Windenergie Die Windenergie ist eine der wichtigsten Säulen der Energiewende. Alle wichtigen Infos rund um das Thema Windenergie findest du hier.

Ein Onshore Windpark in Norddeutschland

Inhalt

Wie funktioniert Windenergie?

Wind ist eine unerschöpfliche Ressource, weshalb es absolut sinnvoll ist diese Energiequelle zu nutzen. Fossile Brennstoffe sind nicht nur schädlich für unsere Umwelt, sondern sie sind auch endlich. Luft umgibt uns und gehört zu unserer Lebensgrundlage, ohne sie können wir nicht existieren. Wind wiederum ist nichts anderes als Luft in Bewegung und sorgt für ein stabiles Klima in Form von Jetstreams oder als leichte Abkühlung in Form einer leichten Brise an heißen Sommertagen. Daher ist es naheliegend auf die umweltschonende Windenergie zu setzen, anstatt mit fossilen Brennstoffen eben genau diese Luft zu verschmutzen.

Definition von Windenergie

Windenergie beschreibt die Nutzung von der in Form von Bewegung vorliegenden Energie des Windes. Dies kann durch eine direkte Nutzung oder auch Umwandlung für Weitertransport in Strom geschehen.

Seit wann wird Windenergie genutzt?

Windenergie wird seit Jahrhunderten von Menschen genutzt. Insbesondere in der Seefahrt war die Windkraft eine stetige und wichtige Ressource für Segelschiffe. Mit der Erfindung der Windmühle haben sich auch die Ess- und Lebensgewohnheiten unserer Gesellschaft nachhaltig verändert. Einige Quellen vermuten, dass die Technologie mehr als 4000 Jahre alt ist.

Bis zur Entdeckung der Elektrizität wurde die Bewegungsenergie (kinetische Energie) in Rotationsenergie umgewandelt und weiterverwendet, um z. B. Mehl zu produzieren, für die Entwässerung oder Bewässerung von Flächen.

Historische Windräder zur Entwässerung von Flächen

Geschichte der Windenergie

Mit der Entdeckung des elektrischen Stroms Ende des 19. Jahrhunderts begannen auch die Experimente zur Stromgenerierung. Der erste Bericht, über aus Wind generierten Strom, stammt vom schottischen Erfinder James Blyth , welcher nach eigenen Angaben im Juli 1887 erfolgreich Strom aus Windenergie erzeugte. In den Folgejahren wurde diese Technologie mehrfach weiterentwickelt. Das heute bekannte Design mit drei Flügeln, Getriebe und Generator wurde in den 1950ern in Dänemark entwickelt und ist auch als das “Dänische Design” bekannt geworden. Neben dem Aufbau des Windrades war neu, dass die erzeugte Energie direkt ins Stromnetz eingespeist werden konnte, weil eine Stallregelung dafür sorgt, dass die Anlage eine konstante Drehzahl erreicht, auch bei starkem Wind. Dadurch sind Windräder auch bei hohen Windgeschwindigkeiten vor Schäden geschützt.

Die Entwicklung des modernen Windrades ist nur dank mehrerer Forscher*innen geglückt, welche kontinuierlich an dem Konzept getüftelt haben. Auch wenn die Technologie der Stromgewinnung aus Windenergie ein Übermaß an menschlichem Know-How aufweist, so ist die Implementierung von Windenergie im Stromnetz auf globaler Ebene enttäuschend, denn nur ca. 5,9 % des weltweiten Energiebedarfs werden durch Windenergie gedeckt (Stand 2019) (bmwi, 2020).

Wie funktioniert ein Windrad?

Die Gondel auf dem Turm des Windrades richtet sich immer in Windrichtung, damit die größtmögliche Menge an Windenergie eingefangen werden kann. Durch die Windbewegungen werden die Rotorblätter angetrieben, welche im Inneren der Gondel einen Generator antreiben. Dieser Generator übersetzt diese Bewegungsenergie in elektrische Energie. Diese elektrische Energie wird durch ein Kabel von der Gondel bis in den Erdboden geleitet, wo es wiederum an das Stromnetz verbunden ist, um die Energie an Haushalte zu liefern. Zusätzlich befindet sich in vielen Windrädern auch jeweils ein Getriebe, um die Drehzahl zu erhöhen, damit auch bei schwachem Wind genug Energie generiert werden kann.

Windpark der Familie Kröger nahe Hamburg

Wie nachhaltig und effizient ist Strom aus Windkraft?

Der Vorteil von Windenergieanlagen (Windrädern) ist, dass diese tageszeitunabhängig zum Einsatz kommen und damit auch nachts Strom produzieren können. Somit eignen sich Windenergieanlagen auch in Regionen mit wenig Sonnenstunden im Jahr, wo z. B. der Einsatz von Photovoltaikanlagen nicht unbedingt sinnvoll wäre.

Strom mit einem Windrad zu produzieren, ist eine der zentralen Antworten auf die Klima- und Energiekrise, da es sich um eine besonders nachhaltige und umweltschonende Methode der Energiegewinnung handelt.

Da bei dem Betrieb einer Windenergieanlage außerdem nur sehr wenig CO₂ ausgestoßen wird (z. B. durch Wartung und Instandhaltung), ist sie zugleich ein wichtiges Mittel im Kampf gegen die globale Erwärmung geworden. So hatte die Windenergie im Jahr 2020 einen Anteil von 25,6% an der Jahresenergieerzeugung und leistete damit einen höheren Beitrag als die Kohleenergie.

Hier siehst du den stetig aktualisierten Anteil von Windenergie an der Stromerzeugung in Deutschland: Anteil der Windenergie an der Stromerzeugung in Deutschland in 2021

Ein Nachteil der Windenergie ist, dass nicht jeder Standort für die Gewinnung von Windenergie geeignet ist. Zum einen ist der Wind nicht überall gleich stark, wenn man z. B. die Küstenregionen Deutschlands mit denen in Tälern oder anderen Windgeschützten Regionen vergleicht. Ein weitere Hinderungsgrund ist unter dem Begriff des "Not in my backyard"-Problems bekannt. In vielen Gemeinden in Deutschland wird häufig Einspruch gegen die Errichtung von Windenergieanlagen eingelegt. Diese ablehnende Haltung steht jedoch im Widerspruch zu der Grundhaltung der Mitbürger*innen, welche sich zwar für den Bau von solchen Anlagen aussprechen, ihn jedoch in der unmittelbaren Umgebung ablehnen. Zum Teil wird die Ablehnung mit der Furcht vor Schattenwurf und dem Infraschall einer Anlage begründet. Ein möglicher Ausweg für dieses Problem zeigt das Nachbarland Dänemark, wo Anwohner*innen angeboten wird, sich an den Anlagen zu beteiligen und im Falle einer Wertminderung von Grundstücken ggf. Kompensationen ausgezahlt zu bekommen (Stiftung Energie & Klimaschutz, 2018) .

Wie ist die CO₂-Bilanz von Windkraft?

Wie bei vielen industriellen Herstellungsprozessen wird auch in der Produktion von Windkraftanlagen CO₂ freigesetzt. Trotz dieser freigesetzten Menge an Emissionen wird im Zuge der Stromproduktion das Vielfache im Vergleich zu anderen Erzeugungsmethoden eingespart. Die sogenannte CO₂-Amortisation errechnet sich aus der gesamten Menge an ausgestoßenem CO₂, der energetischen Leistung sowie der Lebenszeit einer Anlage. Anhand dieses Wertes lässt sich errechnen, wann eine Anlage CO₂-neutral ist.

In einer Studie der Oregon State University aus dem Jahr 2014 wurde bspw. für zwei unterschiedliche Windkraftanlagen mit zwei Megawatt Leistung eine CO₂-Amortisation von 5,2-6,4 Monaten ermittelt, wenn eine durchschnittliche Laufzeit (von ca. 20 Jahren) vorausgesetzt wird.

Wo ist der Unterschied zwischen Off- und Onshore-Windenergie?

Offshore-Windpark

Mit den Begriffen “Offshore” und “Onshore” werden die Standorte von Windenergieanlagen beschrieben. Offshore-Anlagen befinden sich auf dem Meer, wohingegen onshore die Energiegewinnung auf dem Land bezeichnet. Neben dem Standort unterscheiden sich auch die Windräder von Offshore- und Onshore-Anlagen. So sind Offshore-Anlagen meistens größer als Onshore-Anlagen , weil auf dem Meer konstante und teils höhere Windgeschwindigkeiten herrschen. Zusätzlich entfallen bei Offshore-Anlagen die Beeinträchtigungen durch Anwohner*innen.

Ist Windenergie umweltschädlich?

Nein, denn auch wenn während der Herstellung von Windrädern zwar CO₂ verursacht wird, werden durch den Betrieb umso größere Mengen an CO₂-Emissionen eingespart. Das stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber fossilen Brennstoffe dar, die der Umwelt erheblichen Schaden zufügen.

Einfluss von Windparks auf Wildtiere

Der potentiell negative Einfluss von Windenergieanlagen auf Vögel und Fledermäuse wurde bereits in mehreren Studien untersucht. Zwar stimmt es dass Vögel und Fledermäuse durch Windräder zu Tode kommen können, jedoch muss man dies im Verhältnis zu anderen Faktoren setzen. Eine Schätzung aus den USA aus dem Jahre 2012 zeigt, dass Windräder eine geringere Gefahrenquelle sind als z. B. Katzen und Autos.

Übersicht alle Gefahrenquellen für Vögel  und Fledermäuse Quelle: Nature Briefing

Windkraftanlagen und Vogelschutz

Windkraftanlagen werden häufig als Todesfalle für Vögel und Fledermäuse dargestellt. Obwohl Windkraftanlagen im Vergleich zu Hauskatzen, Autos oder Pestiziden ein geringeres Gefahrenpotential für Vögel und Fledermäuse aufweisen, haben Forscher*innen dennoch nach einer Lösung gesucht, um die Vogelpopulation im Umkreis von Windkraftanlagen zu schützen. Eine Studie von Roel May vom Norwegian Institute for Nature Research beschäftigte sich bspw. mit der Frage, wie man Windkraftanlagen sicherer für Vögel und Fledermäuse machen kann. In einem Feldversuch, bei dem die Rotorblätter dunkel gefärbt wurden, konnte ein 70% geringeres Gefahrenpotential festgestellt werden.

Warum werden Windkraftanlagen weiß angestrichen?

Wenn die Farbe von Windkraftanlagen einen Einfluss auf die Natur hat, warum werden sie dann trotzdem weiß angestrichen? Die Farbe hat keinen ästhetischen, sondern einen technischen Grund : sie hindert die Windkraftanlagen daran zu überhitzen. Die weiße Färbung soll die Windkraftanlagen davor schützen, dass diese durch die Hitzeeinstrahlung der Sonne zusätzlich erhitzt werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich die Metallteile unkontrolliert verziehen und die Windkraftanlage beschädigen. Ein Beispiel hierfür sind Bahnschienen im Hochsommer - wenn sich diese aufgrund starker Hitzeentwicklungen verziehen, können sie unbefahrbar werden.

Was kostet eine Windkraftanlage?

Die Kosten einer Windkraftanlage hängen von unterschiedlichen Faktoren ab. Sowohl die Größe, als auch der Standort und die Leistungsklasse einer Anlage bestimmen ihren Preis. Wer einmal einen LKW mit einem Rotorblatt auf dem Anhänger gesehen hat, ahnt welche logistischen Herausforderungen die Installation einer Windkraftanlage mit sich bringt. Offshore-Anlagen stellen vor diesem Hintergrund eine besondere Herausforderung dar, da sie viel größer sind als Onshore-Anlagen. Außerdem kann ihre Befestigung vor Ort - entweder am Meeresboden oder schwimmend auf dem Meer - die Kosten zusätzlich in die Höhe treiben.

Die Kosten für Offshore-Anlagen variieren je nach Standort und Leistung und können pro Megawatt Leistung zwischen 2,5 und 4 Millionen kosten ). Demgegenüber stehen die Kosten von ca. 1,5 Millionen Euro pro Megawatt für ein Windrad an Land.

Kleine Windkraftanlagen für den privaten Haushalt

Windenergie für das eigene Heim? Ja klar! Auch wenn kleine Windkraftanlagen eher weniger verbreitet sind als Solaranlagen, bieten sie insbesondere in Küstenregionen einen Mehrwert.

Die Installation einer eigenen Anlage lohnt sich jedoch nur, wenn der erzeugte Strom auch selbst verbraucht wird, da die Wartungs- und Investitionskosten vergleichsweise hoch sind, wohingegen die Einspeisung nur wenig Ertrag bringt. Es wird daher empfohlen, zunächst eine PV-Anlage und ggf. zusätzlich eine eigene kleine Windkraftanlage für die dunklere Zeit des Jahres zu installieren. Aufgrund der deutlich gestiegenen Produktionszahl von PV-Anlagen, sind die Anschaffungskosten für diese in den letzten Jahren stark zurückgegangen.

Rechtliche Hürden für den Bau von Windenergieanlagen

Der Bau von Windrädern wird durch rechtliche Bestimmungen kontrolliert. In Bayern besagt bspw. seit 2014 die 10H-Regel dass Windräder das Zehnfache der eigenen Höhe als Abstand zu Wohnbebauungen entfernt installiert werden müssen. Diese Abstandsregeln gelten jedoch ausschließlich für Bayern, wo die Baubestimmungen am restriktivsten sind. Insgesamt schwanken die Abstandsregeln in Deutschland zwischen der 10H-Regel und 420m, je nachdem wie Siedlungen definiert sind.

Zusätzlich zu den Abstandsregelungen für Windkraftanlagen gibt es eine Vorgabe in Bezug auf den Schattenwurf auf umliegende Wohngebäude. Es ist gesetzlich vorgegeben, dass ein Wohngebäude (Immissionspunkt) maximal 30 Stunden im Jahr und nur 30 Minuten am Tag einen Schatten abbekommen darf. Ausschlaggebend ist also der betroffene Immissionspunkt und nicht der Schattenwurf einer einzelnen Windenergieanlage.

Onshore-Windenergieanlagen

Die Vorschriften für den Bau von Onshore-Windanlagen werden in Deutschland in den Bauverordnungen der jeweiligen Bundesländer geregelt. Diese gelten jedoch nur für Windräder bis zu einer Bauhöhe von 50 Metern. Ab einer Höhe von 50 Metern wird eine immissionsrechtliche Genehmigung vorausgesetzt, welche beim Staatlichen Umweltamt eingeholt werden kann.

Weitere Voraussetzungen ergeben sich aus dem Bauplanungsrecht , der Bauverordnung des jeweiligen Bundeslandes, dem Luftverkehrsrecht und dem Straßenrecht für den Bau von Windrädern ab einer Höhe von 50 Metern.

Windenergieanlage von Heidorn nahe Hamburg Quelle: Heidorn Wind Hamburg

Offshore-Windenergieanlagen

Die Errichtung von Offshore-Windanlagen hat viele Vorteile, da diese nicht den gleichen gesetzlichen Regelungen unterworfen ist wie Onshore-Windanlagen. Dafür sind jedoch andere gesetzliche Voraussetzungen zu erfüllen und sehr hohe Investitionen notwendig.

Zum Beispiel dürfen Offshore-Windanlagen nicht einfach irgendwo in der Nord- oder Ostsee gebaut werden. Es müssen Naturschutz, Handelsrouten der Schifffahrt sowie die Hoheit auf den Gewässern beachtet werden.

Karte der deutschen Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee Quelle: Stiftung OFFSHORE-WINDENERGIE (2020)

Wie werden Windkraftanlagen subventioniert?

Die Subventionierung von Windkraftanlagen wird in Deutschland über die EEG-Umlage geregelt. Das EEG (Erneuerbaren-Energien-Gesetz) wurde erstmals im Jahr 2000 eingeführt und dient dem Zweck, eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung zu gewährleisten und zeitgleich den Anteil der erneuerbaren Energien zu erhöhen. Dieses Ziel soll unter anderem über die verpflichtende Abnahme von Strom eben jener Anlagen sowie feste Garantien erreicht werden. Anlagenbetreiber*innen erhalten so langfristige Planungssicherheit. Der Strom aus den EEG-geförderten Anlagen wird direkt in das Stromnetz eingespeist und von den ÜNB (Übertragungsnetzbetreibern) an der Strombörse verkauft. Die Preise an der Strombörse waren in den letzten Jahren meist geringer als die, die den Stromproduzent*innen durch das EEG garantiert wurden. In diesen Fällen wird die Differenz von Verkaufspreis und dem zugesicherten Abnahmepreis durch die EEG-Umlage ausgeglichen.

Das EEG finanziert sich über die Beträge aller Stromverbraucher*innen, jedoch ist die EEG-Umlage nicht für alle gleich hoch. Es gelten Ausnahmeregelungen für stromkostenintensive Unternehmen, Schienenbahnen und unter bestimmten Voraussetzungen auch für Eigenenergieversorger*innen, für die die Kosten ggf. geringer ausfallen können.

Warum werden Windkraftanlagen abgebaut?

Seit Beginn 2021 läuft die EEG-Förderung für die ersten Windanlagen aus, obwohl sie noch funktionsfähig sind. Durch das Wegfallen der EEG-Förderung sind die Stromproduzent*innen dazu gezwungen, ihren Strom eigenständig zu vermarkten. Da die Strompreise an der Strombörse während der letzten Monate teilweise stark eingebrochen, rentieren sich jedoch viele der Anlagen nicht mehr, da ihre Instandhaltungskosten höher sind als der Gewinn aus dem Stromverkauf. Diese Entwicklung könnte sich jedoch aufgrund der steigenden Strompreise im Jahr 2021 ändern.

Vom Auslaufen der EEG-Förderung sind bis zum Jahr 2025 ca. 23 % aller deutschen Windkraftanlagen betroffen. Dies wäre weniger problematisch, wenn mehr Windanlagen gebaut werden als ggf. abgebaut würden. Aufgrund der hohen Anzahl von betroffenen Windanlagen, ist das jedoch nicht der Fall .

Wie steht es um die Windkraft in Deutschland?

Eines der am häufigsten genannten Argumente von Gegner*innen der erneuerbaren Energien ist, dass Wind- und auch Sonnenenergie zu stark fluktuieren würden - sprich unzuverlässig sind-, weshalb Kohle-, Gas- und Atomstrom als zuverlässige Energiequellen unablässig seien.

Dieser Kritikpunkt ist jedoch nur bedingt richtig. Es stimmt zwar, dass der Wind nicht immer oder konstant weht und der Zubau von Windrädern das Stromnetz nicht ohne weiteres absichern kann. Dennoch hat der Anteil erneuerbarer Energien dazu geführt, dass Deutschland seit 2003 mehr Strom ins Ausland exportiert als importiert (Statista, 2020) . Dennoch wurde der Anteil der fossiler Stromerzeugung nicht proportional reduziert.

Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass der produzierte Strom größtenteils nicht gespeichert, sondern zum direkten Verbrauch in das Stromnetz eingespeist wird. Dieser Vorgang kann zu Schwankungen im Netz führen. Zu stromintensiven Zeiten steht der produzierte Strom dann nicht vollständig zur Verfügung, weshalb auch der Verbrauch der Stromverbraucher*innen nicht vollständig gedeckt werden kann.

Eine Lösung für dieses Problem sind private Haushalte mit Photovoltaikanlagen, bei denen der Strom in eigene Stromspeicher eingespeist wird. Im kleinen Rahmen können so die Schwankungen von erneuerbaren Energien abgefedert werden.

Die Stromversorgung über den eigenen Haushalt hinaus stellt jedoch nach wie vor eine Herausforderung dar, da ein solcher Speicher sehr groß sein muss. Die größte Ionen-Lithium Batterie steht im Australischen Bundesstaat South Australia nahe der Stadt Jamestown. Gebaut wurde diese Batterie durch den Tesla Chef Elon Musk. Grund für den Bau, waren die hohen Stromkosten und Stromfluktuationen, welche mehrere Ausfälle auslösten . Durch den Bau der Anlage konnten die Ausfälle und Strompreise stabilisiert werden, weshalb dies einer der möglichen Ansätze für die deutsche Energie-Infrastruktur wäre. Ein weiterer Ansatz zur Sicherung des Stromnetzes ist der Betrieb von anderen erneuerbaren Energiequellen. Hierzu zählen z. B. Biogasanlagen oder die Energiespeicherung durch Pumpspeicherkraftwerke.

Die mit wichtigste Voraussetzung für die Energiewende ist und bleibt jedoch der Energienetzausbau. Dieser gilt als entscheidender Faktor für den Erfolg des Ausbaus erneuerbarer Energien (Umweltbundesamt) . Damit z. B. die Energie von Offshore-Anlagen auch im Süden Deutschlands zur Verfügung steht.