Windenergie

Wind wird seit dem Altertum vom Menschen genutzt. Der Handel über die Weltmeere wurde vor Erfindung der Dampfmaschine ausschließlich mit Segelschiffen durchgeführt, Windmühlen mahlten das Korn und Windräder trieben Wasserpumpen zur Be- oder Entwässerung an. Noch um das Jahr 1900 standen allein in Norddeutschland 30.000 Windmühlen. Seit den fünfziger Jahren des 20. Jahrhunderts haben deutsche Pioniere versucht, diese Technologie wieder zu beleben. Aber erst die Ölkrisen der 1970er Jahre und das verstärkte Umweltbewusstsein seit den 1980er Jahren haben der Windenergie in jüngerer Zeit zur Renaissance verholfen.

Technik der Windenergienutzung

Windenergieanlagen in Deutschland dienen heute fast ausschließlich der netzgekoppelten Erzeugung von Elektrizität. Die technische Entwicklung der Windenergieanlagen hat sich in den letzten 20 Jahren hauptsächlich auf die Konstruktion immer größerer Anlagen konzentriert, um so die Standorte mit guten Windverhältnissen optimal auszunutzen. Heute verfügen die größten Anlagen über eine Leistung von 7,5 MW. Der Ertrag einer solchen Anlage entspricht dem jährlichen Stromverbrauch von bis zu 6.000 Haushalten.

Aufbau, Größe und Stromertrag

Der weitaus größte Teil der heute installierten Windenergieanlagen hat drei Rotorblätter, da so die mechanischen Belastungen am besten in den Griff zu bekommen sind. Die Flügel selbst bestehen meist aus Kunststoff und sind bei großen Anlagen über 60 m lang. Große Rotoren moderner Bauart drehen sich abhängig von der Nennleistung 10 bis 30 Mal pro Minute. Die Rotation wird über eine Welle in einem Generator, der in der Gondel der Anlage sitzt, in Strom umgewandelt. In vielen Anlagen ist noch ein Getriebe dazwischen geschaltet. Die Türme der größten Windenergieanlagen sind inzwischen bis zu 135 m hoch, so dass neue Windräder zusammen mit dem Rotor eine Höhe von bis zu 200 m erreichen. Es gilt: Je höher der Turm, desto weniger stören Verwirbelungen des Windes über dem Boden und desto höher sind die durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten am Rotor. Diese Windgeschwindigkeiten sind sehr wichtig für den Ertrag des Windrades. Bei doppelter Windgeschwindigkeit verachtfacht sich der Stromertrag. Als Faustregel gilt: Mit jedem Meter höherer Nabe steigt der Ertrag der Anlage um ein Prozent.

Auftriebsprinzip und Betriebsphasen

Moderne Anlagen nutzen das Auftriebsprinzip anstatt des Widerstandsprinzips. Dem Wind wird also nicht ein Widerstand entgegengesetzt, sondern der Wind erzeugt beim Vorbeiströmen an den Flügeln einen Auftrieb, ähnlich wie beim Flugzeug. Dieser Auftrieb versetzt den Flügel in Rotation. Kann mit dem Widerstandsprinzip dem Wind maximal 12 % der Energie entzogen werden, so sind es beim Auftriebsprinzip stattliche 59 %. Im besten Fall erreichen moderne Windenergieanlagen heute schon einen Wirkungsgrad von 50 %, damit sind sie also schon sehr nahe an der maximal möglichen Energieausbeute angelangt. Man kann in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit vier unterschiedliche Betriebsphasen einer Windenergieanlage unterscheiden. Weht der Wind zu schwach, so reicht die in ihm enthaltene Energie nicht aus, die Reibungs- und Trägheitsmomente der Anlage zu überwinden, die Anlage steht still. Ab einer gewissen Windgeschwindigkeit (je nach Anlagentyp bei rund 3 m/s) beginnt die Anlage zu arbeiten. Dabei nimmt die Leistung mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zu. Ab einer gewissen Windgeschwindigkeit wird die maximale Nennleistung des Generators erreicht. Bei weiter wachsender Windgeschwindigkeit muss der Leistungsüberschuss weggeregelt werden. Bei modernen Anlagen werden hierzu die Rotorblätter aus dem Wind gedreht.

Zahlen + Möglichkeiten

Die Stadtwerke Augsburg Energie GmbH kauften 2009 zwei Windenergieanlagen im Windpark Gnannenweiler (Landkreis Heidenheim). Beide Anlagen mit jeweils 100 Metern hohen Türmen und 41 Metern langen Flügeln erzeugten 2010 und 2011 folgende Energiemengen:

2010: 4.688.758 kWh

2011: 5.042.938 kWh

Die erzeugte Energie wurde in das Netz der Energie Baden-Württemberg AG (EnBW) eingespeist und mit den Stadtwerken verrechnet. Mit dem Bau des Windparks (acht Anlagen) waren zehn Kilometer Anschlussleitung verlegt und ein Umspannwerk gebaut worden. Der Standort auf der Schwäbischen Alb ist wegen der gleichmäßigen Luftströme ideal. Es kommt dort kaum zu Verwirbelungen an den Rotorblättern.

Windkraftpotenzial für den Wirtschaftsraum Augsburg

Windenergieanlagen haben eine hohe Effizienz bei der Stromproduktion und benötigen dabei nur wenig Fläche. Ein modernes Windrad erreicht bereits nach einem halben Jahr Betrieb seine energetische Amortisation. Für die Kommunen lassen sich über dem Gesamtbetriebszeitraum verhältnismäßig hohe Gewerbesteuereinnahmen erwarten. Aus all diesen genannten Gründen stellen Windenergieanlagen aus Sicht einer Stadt oder Gemeinde, zusätzlich zu den bundes- und landespolitischen Vorgaben, einen wesentlichen Baustein zur Erreichung der Klimaschutzziele sowie für eine Umstrukturierung der Energieversorgung dar. Auf Basis der Potenzialkarte und Beispiel-Berechnungen anhand konkreter Anlagentypen kommt das Regionale Klimaschutzkonzept auf Seite 133 zu dem Ergebnis, dass in einem mittelfristigen Zeitraum im Wirtschaftsraum Augsburg bis zu siebzig Windenergieanlagen mit je 3 MW Leistung bzw. 120 Windenergie-Anlagen mit 2 MW ein realisierbares Potential darstellen. Daraus ergibt sich ein Gesamtpotential für Windenergie von 440.000 MWh Strom pro Jahr. Das Potenzial bezieht sich zum großen Teil auf die Landkreise Augsburg und Aichach-Friedberg. In Augsburg sind die baurechtlichen Voraussetzungen nur für maximal 12 Windräder gegeben.

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