Der Klimawandel ist die wohl größte Herausforderung in diesem Jahrhundert. Um den Anteil fossiler Energien an der Stromerzeugung im Land zu reduzieren, nehmen Windenergieanlagen daher eine sehr entscheidende Rolle in den Planungen zur Energiewende ein. Windenergie trägt in Deutschland mit knapp 10 Prozent zur Energieversorgung bei. Im Gegensatz zu Wasserkraft ist das Potenzial für Windenergie damit allerdings noch längst nicht ausgeschöpft und der Ausbau von weiteren Windkraftanlagen wäre möglich. Doch wie funktioniert die Stromerzeugung mit Windenergie überhaupt?
In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie Strom aus Windenergie erzeugt und gespeichert wird, wie Windenergieanlagen funktionieren und welche Rolle Windenergie in Zukunft für die Erzeugung von Ökostrom spielen kann.
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Windenergie: Die Funktionsweise von Windrädern einfach erklärt
Trifft Wind auf die Rotorblätter eines Windrades, erzeugt dies einen Auftrieb, welcher die Rotorblätter in Bewegung setzt. So wird die kinetische Energie der Windströme in Rotationsenergie umgewandelt. Der Rotor gibt diese Energie dann über ein Getriebe an einen Generator weiter, welcher sie in Strom umwandelt. Danach kann die Windenergie zur Einspeisung in Form von elektrischer Energie in das Stromnetz abgegeben werden.
Um die Effizienz von Windenergieanlagen bzw. Windkraftanlagen zu erhöhen, sind die einzelnen Windräder in Windparks integriert. Je nach Standort spricht man von Offshore-Windparks (Lage am Meer) oder Onshore-Windparks (Lage an Land).
Wovon hängt die Leistung einer Windenergieanlage ab?
Wie effektiv die Nutzung von Windrädern ist und wie viel Windenergie zur Einspeisung bereitgestellt werden kann, hängt von diversen Faktoren ab, die auch für die Planung zum Ausbau neuer Windenergieanlagen berücksichtigt werden müssen.
Der wichtigste Faktor für einen effizienten Betrieb und damit auch für die Wirtschaftlichkeit von Windrädern ist der Standort der Windkraftanlage. Standorte mit hohen Windgeschwindigkeiten sind offensichtlich ein Vorteil. Wie hoch die Stromerzeugung einer Windenergieanlage ausfällt, hängt aber auch von der Größe der Rotorblätter, sowie der Höhe des Windrades ab, da die Windgeschwindigkeiten in der Höhe durchschnittlich zunehmen.
So lässt sich die Windenergie speichern
Die Windenergienutzung hat jedoch ihre Tücken. Weht viel Wind, kommen die Windräder in Bewegung und die Windkraftanlage produziert folglich konstant Energie. Bei zu starken Windströmen produzieren Windenergieanlagen so jedoch mehr Strom als überhaupt benötigt wird. Um eine Überlastung des Stromnetzes oder gar eine Beschädigung der Windräder zu vermeiden, müssen Windkraftanlagen daher in solchen Fällen phasenweise abgeschaltet werden. Weht dagegen kein Wind, kann die Windenergie trotz eines aktuell hohen Strombedarfes nicht zur Stromerzeugung beitragen. Eine Lösung für die Dysbalance zwischen aktueller Stromerzeugung und aktuellem Strombedarf sind Energiespeicher. Erzeugt eine Windenergieanlage dank hoher Windgeschwindigkeiten mehr Strom als aktuell im Stromnetz benötigt wird, kann diese Energie dort zwischengespeichert werden.
Windenergie zu speichern ist jedoch mit Verlusten verbunden. Produziert der Generator einer Windenergieanlage überschüssig viel Strom, kann dieser nämlich nicht in ausreichender Form als eben solcher Strom, also in Form von elektrischer Energie gespeichert werden, sondern muss in der Regel umgewandelt werden. Das kann über Wärmespeicher erfolgen oder über ein Elektrolyseverfahren, bei welchem Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff getrennt wird. Der Wasserstoff wird dann als Energieträger gespeichert. Überschüssige Windenergie in Deutschland wird in einigen Windkraftanlagen aber auch über chemische Prozesse in große Batteriespeicher eingespeist.
Windenergie Onshore oder Offshore erzeugen: Die Unterschiede je nach Standort
Abhängig vom Standort der Windräder werden Windkraftanlagen in Onshore-Anlagen bzw. Offshore Anlagen unterschieden. Die Windenergie einer Onshore-Anlage wird an Land produziert, also an Standorten mit hohen Windgeschwindigkeiten, z. B. in Gebirgen oder in der Nähe von Küsten. Offshore-Anlagen werden dagegen direkt auf dem Meer in Form eines Windparks errichtet. Sowohl der Ausbau als auch der Betrieb und die Instandhaltung solcher Windkraftanlagen sind deutlich kostenintensiver als bei einer Onshore-Anlage. Die Nutzung von Windenergie via Offshore-Anlagen hat jedoch den Vorteil, dass Windgeschwindigkeiten höher und der Wind generell beständiger ist als auf dem Land.
Was kostet Windenergie?
Nicht nur die Planung und der Ausbau einer Offshore-Anlage ist teurer als eine Onshore-Anlage, auch die Instandhaltung ist kostenintensiver. Windenergie aus Onshore-Anlagen ist also etwas preiswerter. Je nach Standort, fallen für eine Offshore-Anlage ca. sieben bis 13 Cent pro Kilowattstunde an. Die Kosten einer Onshore-Anlage liegen dagegen ca. zwischen drei bis acht Cent pro Kilowattstunde.
Die Vor- und Nachteile von Windenergie im Überblick
Wind ist eine unerschöpfliche und weltweit verfügbare Energiequelle, was einen erheblichen Vorteil für rohstoffärmere Länder bedeutet. Die Nutzung einer Windkraftanlage erfolgt zudem CO2-frei. Als erneuerbare, grüne Energie, kann Windkraft nicht nur einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende leisten, sondern auch zusätzliche Arbeitskräfte schaffen. Den Vorteilen der Windenergie stehen aber auch einige Nachteile gegenüber.
Obwohl Windenergieanlagen einen kleinen Flächenbedarf haben, stellen der Bau und der Betrieb einer Anlage einen Eingriff in Flora und Fauna dar. Die Rotorblätter der Windräder sind so z. B. eine ernste Gefahr für Vögel. Offshore-Anlagen können wiederum das marine Ökosystem in Ungleichgewicht bringen. Weitere Nachteile von Windkraft sind die fehlende Konstanz in der Stromerzeugung bzw. die unzureichende Speichermöglichkeit für überschüssige Windenergie, sowie die erheblichen Kosten für Planung und Bau einer neuen Windenergieanlage.
Förderung von Windenergie in Deutschland
Die Förderung von Windenergie liegt in Deutschland unter anderem in der Hand des Umweltbundesamtes. Dieses sieht für Windkraft grundsätzlich noch ein großes Ausbaupotenzial.
Zwischen dem Jahr 2001 und dem Jahr 2002 wurden in Deutschland mehr als 4.000 neue Windräder in Betrieb gesetzt. In letzter Zeit ist der Ausbau neuer Windenergieanlagen, egal ob Onshore oder Offshore zwar eher stagnierend, über die letzten 20 Jahre gesehen, hat sich die Anzahl der Windräder hierzulande dennoch immerhin vervierfacht.
Windenergie hat in Deutschland unter den erneuerbaren Energien mit ca. 50 Prozent den mit Abstand größten Anteil an der Stromerzeugung. Am meisten Windstrom produzieren dabei die Länder Niedersachsen, Brandenburg und Schleswig-Holstein.
So wird Windenergie weltweit genutzt
Im weltweiten Vergleich der produzierten Windenergie liegt Deutschland hinter China und den USA sogar auf dem dritten Platz. Nicht nur in Deutschland, sondern auf der ganzen Welt wird Windenergie also immer wichtiger. Ein starkes Wachstum an Windenergie ist den letzten Jahren besonders in einigen asiatischen und afrikanischen Ländern zu verzeichnen.
In naher Zukunft werden alle weltweit installierten Windenergieanlagen schätzungsweise so über 10 Prozent des globalen Strombedarfs decken können. In Europa wird Windkraft gemäß einiger Prognosen bald sogar die größte Energiequelle darstellen.
Die Nutzung von Windenergie in der Zukunft
Schon jetzt spielt Windenergie für Deutschland eine sehr wichtige Rolle für die Energiewende. Beim Ausbau von Windkraftanlagen liegt der Fokus für die Windenergie in der Zukunft vor allem auf Offshore-Anlagen in Form von Windparks. Um den Anteil von Windenergie in Deutschland zu steigern, müssen die Speichermöglichkeiten für überschüssig produzierten Strom jedoch noch verbessert und die Verluste bei der Übertragung der elektrischen Energie von Offshore-Anlagen auf das Festland reduziert werden.
In Deutschland würden sich theoretisch fast 15 Prozent der Landesfläche für den Ausbau von Windkraft eignen. Die Suche nach neuen Flächen bzw. Standorten für Onshore-Anlagen gestaltet sich in den letzten Jahren trotzdem zunehmend schwieriger ─ hier liegt der Ausbau auf dem niedrigsten Stand seit Einführung des EEG (Erneuerbare Energien Gesetz).
In Bayern gilt so beispielsweise die „10-H-Regelung“, gemäß welcher der Abstand einer Windenergieanlage zu Wohnsiedlungen mindestens 10 zehnmal so groß sein muss, wie das geplante Windrad hoch ist. Diese Regelung erschwert die Planung geeigneter Flächen für Windenergieanlagen.
Fazit: Ausbau der Windenergie als wichtiger Beitrag zur Energiewende
Dem Thema Windenergie wurde in Deutschland spätestens ab dem EEG immer mehr Aufmerksamkeit zu Teil. Infolgedessen hat auch die Wirtschaftlichkeit von Windkraft enorm zugenommen. Inzwischen ist Windenergie so effektiv, dass Strom beinahe so kostengünstig wie aus fossilen Energien produziert werden kann und der Staat nur noch auf geringe Subventionen angewiesen ist. In den Planungen zur Energiewende spielt Strom aus Windenergieanlagen, als grüne und CO2-freie Energie, daher ohne Zweifel eine wichtige Rolle.
Die Suche nach geeigneten Flächen für einen Windenergieausbau an Land, ist in den vergangenen Jahren etwas ins Stocken geraten. Ein alternativer Plan ist daher die bestehenden, leistungsschwächeren Windenergieanlagen an Land durch neue, effizientere Windenergieanlagen zu ersetzen. Forciert werden soll zudem der Ausbau von Offshore-Windenergieanlagen auf dem Meer, sogenannten Windparks.
