Sonnenuntergang mit Windturbinen

“Jedes Land braucht im Laufe seiner Geschichte alle paar Jahrzehnte ein Projekt, das fasziniert und bannt. Das war die Mondlandung der Amerikaner. […] Und jetzt kommt die Energiewende: also Risiken ernst nehmen, aber noch stärker die Chancen umarmen.”

Dieses Zitat von Deutschlands ehemaligen Bundesumweltminister Peter Altmaier sagt viel über die enorme Bedeutung der Energiewende für die Bundesrepublik und allgemein der restlichen Welt aus. Zugegebenermaßen sind seine Worte mittlerweile schon über sieben Jahre alt, jedoch steckt immer noch sehr viel Wahrheit dahinter. Etwa zu diesem Zeitpunkt wurde in den Medien viel darüber diskutiert, inwiefern der Ausbau der Windkraft in Deutschland vorangetrieben werden konnte. Insbesondere die Nutzung der Windkraft, als ein Teilbereich der erneuerbaren Energien, ist ein wichtiger Faktor, um die Stromversorgung in Deutschland zu decken. Dazu müssen jedoch weiterhin Probleme moderner Windkraftanlagen erkannt und minimiert werden.

Die Energiewende im Wandel der Zeit

Stromerzeugung aus Windenergie

Die Windenergie stellt einen immer größer werdenden Anteil an der Stromerzeugung dar. Um die Milliarden kWh der Grafik Mal in eine greifbarere Größe darzustellen, ist dieser Fakt sicher ganz interessant zu wissen: eine Windkraftanlage mit drei Megawatt Leistung schafft es im Jahr genug Strom zu erzeugen, um damit mehr als 2.000 Haushalte zu versorgen. Man kann also theoretisch mit einer einzigen Anlage eine kleine Gemeinde versorgen. In den letzten 20 Jahren wurden allein in Deutschland etwa 20.000 neue Windkraftanlagen errichtet. Das ist eine super Zahl und ziemlich beeindruckend, findest Du nicht auch? Um genau zu sein gab es in Deutschland im Jahr 2000 genau 9.359 Anlagen, welche bis Ende 2019 auf 29.456 anstiegen. Bis 2050 wird geplant, dass wir neben Wasser-, Solar- und weiteren erneuerbaren Energien durch Windenergie 80 % des in Deutschland produzierten Stroms erzeugen.

Wie funktioniert die Energiegewinnung?

Ich bin zwar ganz gewiss kein Physiker, aber werde Euch nun trotzdem kurz versuchen die Funktionsweise auf einfache Weise näher zu bringen. Ein wichtiger Baustein einer Windkraftanlage ist der Rotor, mit dem kinetische Energie (= Bewegungsenergie) des Windes in Rotationsenergie (= Bewegungsenergie, bloß bei einem starren Objekt) umgewandelt wird. Das Ganze treibt dann einen Generator an, der für die Erzeugung elektrischer Energie verantwortlich ist. Die vom Generator erzeugte elektrische Energie wird mittels Umwandlung durch Trafos schließlich in das Leitungsnetz eingespeist. Puh, war doch gar nicht so schwer, oder? Falls Du aber noch mehr darüber erfahren willst, dann schau Dir doch dieses interessante Video an vom Simpleclub:

Welche Herausforderungen ergeben sich durch Windkraftanalagen?

Oft ergeben sich Schwierigkeiten bei der Umsetzung vor Ort. Wenn es konkret wird, wenn Menschen und auch fachliche Interessen (bspw. Natur- und Artenschutz, Grundwasserschutz, Rohstoffsicherung, Luftverkehr, Infrastruktureinrichtungen und militärische Belange usw.) direkt betroffen sind, ist es kaum noch möglich konkrete Gebiete für Windparks im Einvernehmen aller Beteiligten auszuweisen. Die offensichtlichen Vorteile dieser Stromerzeugung, gepaart mit dem unternehmerischen Interesse der Gewinnerzielung, treffen dann auf andere konkurrierende Nutzungen und Befürchtungen der Anwohner vor Lärm, optischer Beeinträchtigung ihres Lebensumfeldes und Abwertung ihrer Grundstücke. Hier kann die Regionalplanung mit ihrem Instrumentarium von Vorrang-, Vorbehalts- und Ausschlussgebieten zu einer vernünftig abgewogenen Raumnutzung beitragen.

Verfügbarkeit und Ausfälle

Wie anderen Maschinen unterliegen Windkraftanlagen Störungen oder Ausfälle, die behoben werden müssen. Baugruppen wie die Elektrik, Elektronik, Sensorik oder die Hydraulikanlage sind, im Vergleich zu den mechanischen Teilen, störanfälliger und müssen häufiger repariert werden. Derartige Fehler führen jedoch zu weniger Stillstandszeiten und einer höheren Verfügbarkeit der Anlage. Schäden an mechanischen Baugruppen wie Getriebe, Rotor oder Generator sind hingegen seltener. Die Reparatur ist aber aufgrund der notwendigen Verwendung eines Krans deutlich aufwändiger. Die Ersatzteile sind teurer und es kommt zu deutlich längeren Stillstandszeiten. Abschaltungen können aber auch durch Faktoren wie beispielsweise Netzstörungen, Netzausfälle, Stürme oder Vereisungen nötig sein.

Schall

Des Weiteren entstehen bei der Windkraftnutzung vor allem durch die Luftströmung Geräusche an den Rotorblättern. Mechanische Komponenten wie Getriebe, Generator, Lüfter, etc. spielen hierbei nur eine untergeordnete Rolle. Der Geräuschpegel hängt also von der Windgeschwindigkeit ab. Dieser beträgt im Schnitt bei heute üblichen Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von zwei bis drei Megawatt etwa 103 Dezibel (das kommt von der Lautstärke schon fast an ein Rockkonzert ran), wobei leistungsstärkere Anlagen im Allgemeinen mehr Emissionen erzeugen. Die Lautstärke, die von einem Anwohner oder einer Person zu hören ist, hängt stark von der Entfernung ab. Diese Werte sind abhängig von der Windrichtung, Topographie und Vegetation. Der Betrieb von Windenergieanlagen muss die gesetzlichen Anforderungen des Lärmschutzes erfüllen. Lärmimmissionen (= Geräusche an einem bestimmten Ort in der Umgebung beispielsweise einem nahegelegenen Wohngebiet) sind dabei anhand der Richtwerte der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm zu beurteilen.

Beeinträchtigungen von Mensch, Tier- und Pflanzenwelt

Windkraftanlagen leisten heute einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz, sie können jedoch auch eine Gefahr für die Menschen, Tier- und Pflanzenwelt darstellen und sich für manche störend auf das Empfinden des Landschaftsbildes auswirken.

Hochrechnungen zufolge verunglücken pro Anlage jedes Jahr im Durchschnitt 20 Fledermäuse oder Vögel. Jedoch sind nicht alle Arten gleichermaßen betroffen.
Unter den Vögeln sind vor allem Mäusebussarde, Rotmilane, Adler und andere Großvögel be- troffen. Greifvögel kollidieren vor allem während der Nahrungssuche mit den Rotoren, wenn sie den Blick nach unten richten und Hindernisse vor ihnen im toten Winkel ihres Sehfeldes liegen.

Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt oder bei Schneefall stellt der Eiswurf bei Windkraftanlagen eine Gefährdung dar. Bei ungünstigen Wetterlagen, hoher Luftfeuchtigkeit, Nebel oder Regen, in Verbindung mit Temperaturen um den Gefrierpunkt oder darunter können sich auf den Rotorblättern Eisschichten bilden. Dieses Eis löst eine Unwucht an den Rotoren aus, die den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Anlage verringern. Weiterhin kann das Eis weggeschleudert und somit zur Gefahr für Menschen und Tieren werden. Daher muss an Standorten ein Mindestabstand eingehalten werden, wenn davon auszugehen ist, dass eine Vereisung an mehreren Tagen im Jahr stattfindet.

Bei modernen Anlagen sind die Rotorblätter mit Eissensoren bestückt, die die Anlage automa- tisch abschalten, sobald sie registrieren, dass sich Eis gebildet hat. Es werden aber auch Entei- sungssysteme eingesetzt, die Rotorblätter mit warmer Luft, beispielsweise aus der Abwärme der Gondel oder mithilfe elektrischer Heizelemente durchströmen. Dadurch ändern die Eiskristalle ihren Aggregatszustand und fallen als Wassertropfen zu Boden.

Der Schattenwurf von Windkraftanlagen wird durch die Drehbewegungen der Rotoren hervorgerufen. Sie erzeugen, in Abhängigkeit von Jahreszeit und Sonnenstand, einen für den Menschen als unangenehm und lästig empfundenen Schatten. Das Auftreten des Schattenwurfes hängt von der Lage, der Größe der Anlage, sowie von der Lage des Immissionspunktes und des Wetters ab. Nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz darf der Schattenwurf nicht länger als 30 Stunden pro Jahr und höchstens 30 Minuten am Tag in einer Höhe von 2 Metern auf ein Wohnhaus wirken. Jedoch fällt diese Zahl in der Realität meist deutlich geringer aus, da bereits bei der Baugenehmigung darauf geachtet wird, dass die Abstandsbestimmungen zu Wohnhäusern eingehalten werden.

Welche Vorteile bringt die Windenergie mit sich?

Auch wenn viele Vorteile auf der Hand liegen, sollten diese im Folgenden trotzdem nochmal genannt werden. Natürlich ist Windenergie nachhaltig, da keine begrenzt vorhandenen Ressourcen verbraucht werden. Des Weiteren ist Wind selbstverständlich kostenlos, was bedeutet, dass diese Form der Energie auch günstiger für die Nutzer ist. Egal ob an Küsten, auf der See, dem Land oder Bergen, an den richtigen Standorten ist Wind fast immer verfügbar und kann genutzt werden. Außerdem stellt der saubere Windstrom einen beachtlichen Beitrag zum Klimaschutz dar. Milliarden an Tonnen von CO₂ können so jährlich gespart werden. Es gibt dabei keine Abgase, Abfälle oder Abwässer und anders wie bei einem Kernkraftwerk fallen keinerlei zusätzlichen Kosten an für die Beseitigung des Mülls. Der Lebenszyklus einer Anlage beträgt etwa 20 Jahre. Danach kann es jedoch ohne Probleme und umweltgerecht abgebaut werden. Zusätzlich kann man viele der Bestandteile des Windrades wiederverwenden. Wenn ich nun die Ganzen Vorteile betrachte, scheint es man könnte die resultierenden Herausforderungen auf jeden Fall in Kauf nehmen, oder was meinst Du?

Persönliches Fazit

Heute hat die Windkraft einen festen Stellenwert innerhalb der Stromerzeugung Deutschlands. Im Bereich der erneuerbaren Energien trägt sie sogar den höchsten Anteil zur Energieversorgung bei. Windkraftanlagen sind jedoch wetterabhängig und können folglich nicht die Grundlastversorgung decken. Deshalb ist der Verbund mit anderen regenerativen Energiequellen notwendig und sinnvoll. Als ein Ziel der Zukunft sollte die Entwicklung von Speichermöglichkeiten vorangetrieben werden, um überschüssige Energiemengen aufzunehmen und bei Bedarf, beispielsweise an windschwachen Tagen, abrufen zu können.

Gemessen an den Risiken, die konventionelle Energieerzeugung beispielsweise aus Kernkraft mit sich bringt, sind die Probleme, die Windkraftanlagen bezüglich Umwelt und Gesellschaft verursachen, vergleichsweise gering. Windkraft leistet heute ihren enormen Beitrag zur Energiewende, trotzdem gilt es negative Auswirkungen durch ständige Weiterentwicklung zu minimieren. Lass uns doch gerne einen Kommentar dar, wie Du darüber denkst.

Sonnenuntergang mit Windturbinen

“Jedes Land braucht im Laufe seiner Geschichte alle paar Jahrzehnte ein Projekt, das fasziniert und bannt. Das war die Mondlandung der Amerikaner. […] Und jetzt kommt die Energiewende: also Risiken ernst nehmen, aber noch stärker die Chancen umarmen.”

Dieses Zitat von Deutschlands ehemaligen Bundesumweltminister Peter Altmaier sagt viel über die enorme Bedeutung der Energiewende für die Bundesrepublik und allgemein der restlichen Welt aus. Zugegebenermaßen sind seine Worte mittlerweile schon über sieben Jahre alt, jedoch steckt immer noch sehr viel Wahrheit dahinter. Etwa zu diesem Zeitpunkt wurde in den Medien viel darüber diskutiert, inwiefern der Ausbau der Windkraft in Deutschland vorangetrieben werden konnte. Insbesondere die Nutzung der Windkraft, als ein Teilbereich der erneuerbaren Energien, ist ein wichtiger Faktor, um die Stromversorgung in Deutschland zu decken. Dazu müssen jedoch weiterhin Probleme moderner Windkraftanlagen erkannt und minimiert werden.

Die Energiewende im Wandel der Zeit

Stromerzeugung aus Windenergie

Die Windenergie stellt einen immer größer werdenden Anteil an der Stromerzeugung dar. Um die Milliarden kWh der Grafik Mal in eine greifbarere Größe darzustellen, ist dieser Fakt sicher ganz interessant zu wissen: eine Windkraftanlage mit drei Megawatt Leistung schafft es im Jahr genug Strom zu erzeugen, um damit mehr als 2.000 Haushalte zu versorgen. Man kann also theoretisch mit einer einzigen Anlage eine kleine Gemeinde versorgen. In den letzten 20 Jahren wurden allein in Deutschland etwa 20.000 neue Windkraftanlagen errichtet. Das ist eine super Zahl und ziemlich beeindruckend, findest Du nicht auch? Um genau zu sein gab es in Deutschland im Jahr 2000 genau 9.359 Anlagen, welche bis Ende 2019 auf 29.456 anstiegen. Bis 2050 wird geplant, dass wir neben Wasser-, Solar- und weiteren erneuerbaren Energien durch Windenergie 80 % des in Deutschland produzierten Stroms erzeugen.

Wie funktioniert die Energiegewinnung?

Ich bin zwar ganz gewiss kein Physiker, aber werde Euch nun trotzdem kurz versuchen die Funktionsweise auf einfache Weise näher zu bringen. Ein wichtiger Baustein einer Windkraftanlage ist der Rotor, mit dem kinetische Energie (= Bewegungsenergie) des Windes in Rotationsenergie (= Bewegungsenergie, bloß bei einem starren Objekt) umgewandelt wird. Das Ganze treibt dann einen Generator an, der für die Erzeugung elektrischer Energie verantwortlich ist. Die vom Generator erzeugte elektrische Energie wird mittels Umwandlung durch Trafos schließlich in das Leitungsnetz eingespeist. Puh, war doch gar nicht so schwer, oder? Falls Du aber noch mehr darüber erfahren willst, dann schau Dir doch dieses interessante Video an vom Simpleclub:

Welche Herausforderungen ergeben sich durch Windkraftanalagen?

Oft ergeben sich Schwierigkeiten bei der Umsetzung vor Ort. Wenn es konkret wird, wenn Menschen und auch fachliche Interessen (bspw. Natur- und Artenschutz, Grundwasserschutz, Rohstoffsicherung, Luftverkehr, Infrastruktureinrichtungen und militärische Belange usw.) direkt betroffen sind, ist es kaum noch möglich konkrete Gebiete für Windparks im Einvernehmen aller Beteiligten auszuweisen. Die offensichtlichen Vorteile dieser Stromerzeugung, gepaart mit dem unternehmerischen Interesse der Gewinnerzielung, treffen dann auf andere konkurrierende Nutzungen und Befürchtungen der Anwohner vor Lärm, optischer Beeinträchtigung ihres Lebensumfeldes und Abwertung ihrer Grundstücke. Hier kann die Regionalplanung mit ihrem Instrumentarium von Vorrang-, Vorbehalts- und Ausschlussgebieten zu einer vernünftig abgewogenen Raumnutzung beitragen.

Verfügbarkeit und Ausfälle

Wie anderen Maschinen unterliegen Windkraftanlagen Störungen oder Ausfälle, die behoben werden müssen. Baugruppen wie die Elektrik, Elektronik, Sensorik oder die Hydraulikanlage sind, im Vergleich zu den mechanischen Teilen, störanfälliger und müssen häufiger repariert werden. Derartige Fehler führen jedoch zu weniger Stillstandszeiten und einer höheren Verfügbarkeit der Anlage. Schäden an mechanischen Baugruppen wie Getriebe, Rotor oder Generator sind hingegen seltener. Die Reparatur ist aber aufgrund der notwendigen Verwendung eines Krans deutlich aufwändiger. Die Ersatzteile sind teurer und es kommt zu deutlich längeren Stillstandszeiten. Abschaltungen können aber auch durch Faktoren wie beispielsweise Netzstörungen, Netzausfälle, Stürme oder Vereisungen nötig sein.

Schall

Des Weiteren entstehen bei der Windkraftnutzung vor allem durch die Luftströmung Geräusche an den Rotorblättern. Mechanische Komponenten wie Getriebe, Generator, Lüfter, etc. spielen hierbei nur eine untergeordnete Rolle. Der Geräuschpegel hängt also von der Windgeschwindigkeit ab. Dieser beträgt im Schnitt bei heute üblichen Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von zwei bis drei Megawatt etwa 103 Dezibel (das kommt von der Lautstärke schon fast an ein Rockkonzert ran), wobei leistungsstärkere Anlagen im Allgemeinen mehr Emissionen erzeugen. Die Lautstärke, die von einem Anwohner oder einer Person zu hören ist, hängt stark von der Entfernung ab. Diese Werte sind abhängig von der Windrichtung, Topographie und Vegetation. Der Betrieb von Windenergieanlagen muss die gesetzlichen Anforderungen des Lärmschutzes erfüllen. Lärmimmissionen (= Geräusche an einem bestimmten Ort in der Umgebung beispielsweise einem nahegelegenen Wohngebiet) sind dabei anhand der Richtwerte der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm zu beurteilen.

Beeinträchtigungen von Mensch, Tier- und Pflanzenwelt

Windkraftanlagen leisten heute einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz, sie können jedoch auch eine Gefahr für die Menschen, Tier- und Pflanzenwelt darstellen und sich für manche störend auf das Empfinden des Landschaftsbildes auswirken.

Hochrechnungen zufolge verunglücken pro Anlage jedes Jahr im Durchschnitt 20 Fledermäuse oder Vögel. Jedoch sind nicht alle Arten gleichermaßen betroffen.
Unter den Vögeln sind vor allem Mäusebussarde, Rotmilane, Adler und andere Großvögel be- troffen. Greifvögel kollidieren vor allem während der Nahrungssuche mit den Rotoren, wenn sie den Blick nach unten richten und Hindernisse vor ihnen im toten Winkel ihres Sehfeldes liegen.

Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt oder bei Schneefall stellt der Eiswurf bei Windkraftanlagen eine Gefährdung dar. Bei ungünstigen Wetterlagen, hoher Luftfeuchtigkeit, Nebel oder Regen, in Verbindung mit Temperaturen um den Gefrierpunkt oder darunter können sich auf den Rotorblättern Eisschichten bilden. Dieses Eis löst eine Unwucht an den Rotoren aus, die den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Anlage verringern. Weiterhin kann das Eis weggeschleudert und somit zur Gefahr für Menschen und Tieren werden. Daher muss an Standorten ein Mindestabstand eingehalten werden, wenn davon auszugehen ist, dass eine Vereisung an mehreren Tagen im Jahr stattfindet.

Bei modernen Anlagen sind die Rotorblätter mit Eissensoren bestückt, die die Anlage automa- tisch abschalten, sobald sie registrieren, dass sich Eis gebildet hat. Es werden aber auch Entei- sungssysteme eingesetzt, die Rotorblätter mit warmer Luft, beispielsweise aus der Abwärme der Gondel oder mithilfe elektrischer Heizelemente durchströmen. Dadurch ändern die Eiskristalle ihren Aggregatszustand und fallen als Wassertropfen zu Boden.

Der Schattenwurf von Windkraftanlagen wird durch die Drehbewegungen der Rotoren hervorgerufen. Sie erzeugen, in Abhängigkeit von Jahreszeit und Sonnenstand, einen für den Menschen als unangenehm und lästig empfundenen Schatten. Das Auftreten des Schattenwurfes hängt von der Lage, der Größe der Anlage, sowie von der Lage des Immissionspunktes und des Wetters ab. Nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz darf der Schattenwurf nicht länger als 30 Stunden pro Jahr und höchstens 30 Minuten am Tag in einer Höhe von 2 Metern auf ein Wohnhaus wirken. Jedoch fällt diese Zahl in der Realität meist deutlich geringer aus, da bereits bei der Baugenehmigung darauf geachtet wird, dass die Abstandsbestimmungen zu Wohnhäusern eingehalten werden.

Welche Vorteile bringt die Windenergie mit sich?

Auch wenn viele Vorteile auf der Hand liegen, sollten diese im Folgenden trotzdem nochmal genannt werden. Natürlich ist Windenergie nachhaltig, da keine begrenzt vorhandenen Ressourcen verbraucht werden. Des Weiteren ist Wind selbstverständlich kostenlos, was bedeutet, dass diese Form der Energie auch günstiger für die Nutzer ist. Egal ob an Küsten, auf der See, dem Land oder Bergen, an den richtigen Standorten ist Wind fast immer verfügbar und kann genutzt werden. Außerdem stellt der saubere Windstrom einen beachtlichen Beitrag zum Klimaschutz dar. Milliarden an Tonnen von CO₂ können so jährlich gespart werden. Es gibt dabei keine Abgase, Abfälle oder Abwässer und anders wie bei einem Kernkraftwerk fallen keinerlei zusätzlichen Kosten an für die Beseitigung des Mülls. Der Lebenszyklus einer Anlage beträgt etwa 20 Jahre. Danach kann es jedoch ohne Probleme und umweltgerecht abgebaut werden. Zusätzlich kann man viele der Bestandteile des Windrades wiederverwenden. Wenn ich nun die Ganzen Vorteile betrachte, scheint es man könnte die resultierenden Herausforderungen auf jeden Fall in Kauf nehmen, oder was meinst Du?

Persönliches Fazit

Heute hat die Windkraft einen festen Stellenwert innerhalb der Stromerzeugung Deutschlands. Im Bereich der erneuerbaren Energien trägt sie sogar den höchsten Anteil zur Energieversorgung bei. Windkraftanlagen sind jedoch wetterabhängig und können folglich nicht die Grundlastversorgung decken. Deshalb ist der Verbund mit anderen regenerativen Energiequellen notwendig und sinnvoll. Als ein Ziel der Zukunft sollte die Entwicklung von Speichermöglichkeiten vorangetrieben werden, um überschüssige Energiemengen aufzunehmen und bei Bedarf, beispielsweise an windschwachen Tagen, abrufen zu können.

Gemessen an den Risiken, die konventionelle Energieerzeugung beispielsweise aus Kernkraft mit sich bringt, sind die Probleme, die Windkraftanlagen bezüglich Umwelt und Gesellschaft verursachen, vergleichsweise gering. Windkraft leistet heute ihren enormen Beitrag zur Energiewende, trotzdem gilt es negative Auswirkungen durch ständige Weiterentwicklung zu minimieren. Lass uns doch gerne einen Kommentar dar, wie Du darüber denkst.