Windenergie

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Eine Windkraftanlage des Herstellers Enercon

Die Windenergie oder Windkraft ist die großtechnische Nutzung des Winds als erneuerbare Energiequelle. Die Windenergie wird seit dem Altertum genutzt, um Energie aus der Umwelt für technische Zwecke verfügbar zu machen. In der Vergangenheit wurde die mit Windmühlen verfügbar gemachte mechanische Energie direkt vor Ort genutzt um Maschinen und Vorrichtungen anzutreiben. Mit ihrer Hilfe wurde Korn zu Mehl gemahlen, Grundwasser an die Erdoberfläche gefördert, oder Sägewerke betrieben. Heute ist die Erzeugung von elektrischer Energie mit Windkraftanlagen die mit großem Abstand wichtigste Nutzung.

Ende 2017 waren weltweit Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von insgesamt 539,6 GW installiert, davon 18,8 GW offshore. Ca. 229 GW befinden sich in Asien, 178 GW in Europa und 123 GW in Amerika, während in Afrika und dem pazifischen Raum nur wenige GW verbaut sind. Die bis 2017 installierten Windkraftanlagen sind in der Lage, etwa 5,6 % des weltweiten Strombedarfs zu decken. 2016 lieferten die weltweit installierten Anlagen nach Zahlen von BP rund 960 TWh elektrischer Energie; entsprechend etwa 3,9 % der weltweiten Stromproduktion. Ihr Anteil am weltweiten Primärenergieverbrauch von (160.056 TWh), an dem sie aufgrund der Berechnungsmethode unterrepräsentiert ist[1], lag bei 0,6 %.[2] Auf guten Standorten sind die Stromgestehungskosten von Windkraftanlagen mittlerweile günstiger als die Stromgestehungskosten neuer Kohle- und Kernkraftwerke.[3] Abhängig von verschiedenen Faktoren wie z. B. Windhöffigkeit und Anlagenauslegung erreichen Windkraftanlagen etwa zwischen 1400 und über 5.000 Volllaststunden (letzteres aus den besten Offshore-Standorten).[4]

Geschichte der Windenergienutzung

Windmühle

Geschichte der Windenergienutzung - Artikel in der deutschen Wikipedia

Wann die ersten Windmühlen errichtet wurden, ist umstritten. Nach schriftlichen Überlieferungen aus dem Codex Hammurapi wurden sie vor mehr als 4.000 Jahren genutzt,[5] andere Forscher betrachten ihren Einsatz erst für das 7. Jahrhundert nach Christus als belegt.[6] In Europa datieren die ältesten Erwähnungen aus England in die Mitte des 9. Jahrhunderts nach Christus, im 11. Jahrhundert sind sie in Frankreich nachgewiesen. Im 13. Jahrhundert hatten sie sich bis nach Polen verbreitet.[5] Eingesetzt wurde die Windenergie zur Verrichtung mechanischer Arbeit mit Hilfe von Windmühlen und Wasserpumpen.

In Europa existierten im 19. Jahrhundert einige 100.000 Windräder, die bei guten Windverhältnissen bis zu 25–30 kW Leistung erzielten.[7] In Frankreich, England, Deutschland, den Niederlanden, Belgien und Finnland gab es in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts zwischen 50.000 und 60.000 Windmühlen.[6] Um 1900 waren alleine in den Nordsee-Anrainerstaaten etwa 30.000 Windmühlen mit einer Gesamtleistung von mehreren 100 MW in Betrieb.[8] Insbesondere in den Niederlanden waren Windmühlen stark verbreitet, hier gab es in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts alleine etwa 9.000 Mühlen. Einsatzzwecke waren das Mahlen von Getreide, die Baumwollspinnerei und die Tuchwalkerei, zudem dienten die Mühlen als Kraftquelle für das Stoßen von Leder, das Sägen von Holz, die Herstellung von Öl, Papier und Tabak sowie das Entwässern von Sumpfgebieten oder unter dem Meeresspiegel liegenden Landflächen.[6]

In Deutschland stieg die Zahl der Windmühlen während der Industriellen Revolution zunächst bis zur Hochindustrialisierung weiter an und erreichte in den 1880er Jahren ihr Maximum.[9] In den Jahrzehnten darauf wurden viele der Windmühlen sukzessive durch fossile Kraftquellen bzw. elektrische Antriebe ersetzt. 1895 waren in Deutschland rund 18.000 Windmühlen in Betrieb. Man schätzt, dass 1914 etwa 11.400 und 1933 noch 4.000 bis 5.000 Windmühlen betrieben wurden.[10] Ebenfalls bedeutend waren Windpumpen; die vielflügeligen Western-Windräder mit einer Leistung von wenigen 100 Watt waren weit verbreitet. Bis ca. 1930 wurden über sechs Millionen Westernmills produziert, von denen noch immer ca. 150.000 vorhanden sind.[11] Die ab 1854 in den USA entwickelten Western-Windräder (engl. Western Mill) verbreiteten sich als Wasserpumpe in Nord- und Südamerika, Australien und Teilen von Afrika und wurden später auch zur Stromerzeugung genutzt. In den USA gab es etwa 1000 Hersteller von Windmühlen, die jedoch nach dem Boom nahezu vollständig vom Markt verschwanden.

Nach der Entdeckung der Elektrizität und der Erfindung des Generators lag der Gedanke der Nutzung der Windenergie zur Stromerzeugung nahe. Die ersten Windkraftanlagen zur Stromerzeugung wurden im späten 19. Jahrhundert errichtet und blieben bis nach dem Zweiten Weltkrieg, als erste größere Anlagen mit wenigen 100 kW auf den Markt kamen, weitgehend unverändert. Seit den Ölpreiskrisen in den 1970er Jahren wird weltweit verstärkt nach Alternativen zur Energieerzeugung gesucht, womit auch die Entwicklung moderner Windkraftanlagen vorangetrieben wurde. 1979 begannen verschiedene dänische Unternehmen Windkraftanlagen in Serie zu fertigen. Seit den frühen 1990er Jahren zählt die Windindustrie zu den am schnellsten wachsenden Industriebranchen der Welt.[12]

Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden in den amerikanisch besetzten Gebieten, in Bayern mehrere tausend und in Oberösterreich zahlreiche Westernmills aufgebaut, um Wasser zu pumpen. Um 1958 bzw. um 1970 waren noch einige zu sehen, überlebt bis heute in Bayern hat nur eine in Dietmannsried im Allgäu. Jene in Unterroithen ist Wahrzeichen von Edt bei Lambach und im 1980 verliehenen Wappen symbolisch golden und 12-flügelig dargestellt.

Stromerzeugung durch Windenergie

Windpark in Nordamerika

Die Windenergie gilt aufgrund ihrer weltweiten Verfügbarkeit, ihrer niedrigen Kosten sowie ihres technologischen Entwicklungsstandes als eine der vielversprechendsten regenerativen Energiequellen.[13] Sie zählt mittlerweile zu den Mainstream­technologien in der Stromproduktion und spielt, auch aufgrund technologischer Fortschritte sowie der wirtschaftlichen Konkurrenzfähigkeit in vielen Märkten weltweit, eine zentrale Rolle in der Energiepolitik und den Energiestrategien in einer wachsenden Anzahl von Staaten der Erde.[14]

Windenergieanlagen können in allen Klimazonen, auf See und allen Landstandorten (Küste, Binnenland, Gebirge) zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Häufig wird nur zwischen der Windenergienutzung an Land (onshore) und der Nutzung auf See in Offshore-Windparks unterschieden. Bisher ist vor allem die Windenergie an Land von Bedeutung, während die Offshore-Windenergie global gesehen mit einem Anteil von ca. 3,5 % an der installierten Leistung bisher noch ein Nischendasein fristet. Auch langfristig wird mit einer Dominanz des Onshore-Sektors gerechnet, allerdings mit steigendem Anteil der Offshore-Installationen. So geht z. B. die IEA davon aus, dass bis 2035 rund 80 % des Zubaus an Land erfolgen werden.[15]

Physikalische Grundlagen

Bei der Leistung ist zu unterscheiden zwischen der elektrischen Nennleistung, die sich aufgrund der technischen Konstruktion ergibt, und dem tatsächlich am Standort erzielbaren Ertrag, der sich noch aus einer Reihe weiterer Faktoren ergibt. Bei der Planung werden Daten aus Wetterbeobachtungen (Windstärke, Windrichtung) verwendet, um daraus eine Prognose zu berechnen. Diese Prognosen sind Mittelwerte und können wetterbedingt von den Ergebnissen der einzelnen Jahre abweichen. Langzeitbetrachtungen sind für eine großmaßstäbliche Nutzung der Windenergie, die Planung von Stromnetzen und Speicherkapazitäten unerlässlich.

Die in elektrische Leistung LaTeX: P umsetzbare Leistung aus dem Windangebot lässt sich aus dem kinetischen Leistungsangebot des Massenstroms LaTeX: \dot m der Luft errechnen, multipliziert mit dem Wirkungsgrad nach Betz LaTeX: \eta_\mathrm{Betz} (dessen Maximum beträgt 16/27, also knapp 60 %), aus den Strömungsverlusten LaTeX: \eta_\mathrm{reib} (Reibungsanteil in den Navier-Stokes-Gleichungen) sowie dem mechanischen (Reibungsverluste im Getriebe und den Lagern des Konverters) und elektrischen Wirkungsgrad des Systems LaTeX: \eta_\mathrm{mec} \cdot \eta_\mathrm{elek} :

LaTeX: P = \eta_\mathrm{Betz} \cdot \eta_\mathrm{reib} \cdot \eta_\mathrm{mec} \cdot \eta_\mathrm{elek} \cdot \frac{1}{2} \cdot \dot m \cdot v^2 = \eta_\mathrm{Betz} \cdot \eta_\mathrm{reib} \cdot \eta_\mathrm{mec} \cdot \eta_\mathrm{elek} \cdot \frac{1}{2}\cdot \rho \cdot A \cdot v^3

Die Formelzeichen bedeuten:

η: Wirkungsgrade, Beschreibung siehe oben
A: Querschnittsfläche des Rotors in m²
ρ: Dichte der Luft in kg/m³
: Massenstrom der Luft in kg/s (=ρ·A·v)
v: mittlere Geschwindigkeit der Luft in m/s
P: Leistung des Konverters in Watt

Die erzielbare Leistung nimmt also mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zu. Die Windgeschwindigkeit ist daher wichtig für ihre Nutzung sowie ein Schlüsselfaktor für die Wirtschaftlichkeit.

Die Häufigkeitsverteilung der erzeugten Windleistung kann mit der Log-Normalverteilung gut angenähert werden. Dieselbe Verteilungsart beschreibt auch die Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit. (Hinweis: Auch die erzeugte Leistung aus der Photovoltaik lässt sich mit der Log-Normalverteilung beschreiben.)

Die starke Wetterabhängigkeit der aus Windkraft erzeugten elektrischen Energie kann aus dem zweiten Diagramm abgeleitet werden. Wegen der hohen Variabilität ist eine möglichst genaue Prognose der erwarteten Einspeisung aus Windkraftquellen unerlässlich (siehe auch Artikel Windleistungsvorhersage), um eine entsprechende Planung und Verteilung im elektrischen Stromnetz vornehmen zu können.

Potential

Weltweit

2015 haben Wissenschaftler des Max-Planck-Institut für Biogeochemie die physikalischen Randbedingungen für den weiteren Ausbau der Windenergie untersucht. Die Forscher kamen zu dem Ergebnis, dass großangelegte Windparks in windreichen Regionen auf eine Leistung von maximal 1 Watt/m² kommen können. Als ursächlich für die geringe Leistung wird in der Studie der Bremseffekt gesehen der auf den Wind wirkt wenn viele Windkraftanlagen in einer Region installiert sind. Der derzeitige Ausbaustatus der Windkraft liegt allerdings noch weit unter den hier beschriebenen Grenzen.[16]

Weltweit bietet die bodennahe Windenergie nach einer 2013 im Fachjournal Nature Climate Change erschienenen Arbeit theoretisch Potential für über 400 Terawatt Leistung. Würde zusätzlich die Energie der Höhenwinde genutzt, wären sogar 1.800 Terawatt möglich, etwa das 100-Fache des derzeitigen weltweiten Energiebedarfs. Bei der Nutzung des gesamten Potentials der Windenergie hätte dies ausgeprägte Veränderungen des Klimas zur Folge; bei der Nutzung von nur 18 Terawatt, was dem aktuellen Weltprimärenergiebedarf entspricht, wären keine wesentlichen Einflüsse auf das Klima zu erwarten. Es gilt daher als unwahrscheinlich, dass das geophysikalische Windenergiepotential dem Ausbau der Windstromerzeugung Grenzen setzt.[17]

2009 ermittelten Forscher der Harvard-Universität unter konservativen Annahmen das globale Windenergiepotential und kamen zu dem Ergebnis, dass es den Weltenergiebedarf weit übersteigt: den damaligen Bedarf an elektrischer Energie um das 40-Fache, den Gesamtenergiebedarf um das 5-Fache.[18] Laut einer ebenfalls 2009 veröffentlichten Strömungs-Modellrechnung der Stanford University würden Windkraftanlagen, sollten sie den gesamten heutigen Weltenergiebedarf decken, den Energiegehalt der unteren Luftschicht um circa 0,007 % verringern. Dies sei jedoch mindestens eine Größenordnung kleiner als der Einfluss durch Besiedlung und durch Aerosole aus Abgasen. Die Aufheizeffekte durch Stromerzeugung mit Windkraftanlagen seien viel niedriger als die Abwärme thermischer Kraftwerke.[19]

Deutschland

Onshore-Windenergie durch Windkraftanlagen

Der von der Agentur für Erneuerbare Energien im Jahr 2010 erstellte Potenzialatlas Deutschland kam zu dem Ergebnis, dass Windkraftanlagen auf 0,75 % der Landfläche 20 % des deutschen Strombedarfs 2020 decken könnten.

2013 veröffentlichte das Umweltbundesamt eine Studie[20] zum bundesweiten Flächen- und Leistungspotential der Windenergie an Land. Das Potential wurde vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik auf Grundlage detaillierter Geodaten und moderner Windenergieanlagentechnik modelliert. Demnach stehen auf Basis der getroffenen Annahmen prinzipiell 13,8 Prozent der Fläche Deutschlands für die Windenergienutzung zur Verfügung. Dieses Flächenpotential ermöglicht eine installierte Leistung von rund 1.190 GW mit einem jährlichen Stromertrag von ca. 2.900 TWh. Das realisierbare Potential der Windenergie an Land wird aber erheblich kleiner geschätzt, weil verschiedene Aspekte im Rahmen der Studie nicht betrachtet wurden (z. B. artenschutzrechtliche Belange oder wirtschaftliche Rahmenbedingungen).

Nach Volker Quaschning liegt das Potential der Onshore-Windenergie in Deutschland selbst unter restriktiven Flächennutzungskriterien bei 189 GW. Damit ließen sich 390 TWh/a produzieren und somit über 60 % des deutschen Strombedarfes decken.[21]

Bereitstellungssicherheit

Häufigkeitsdichte der erzeugten Leistung aus der Windkraft

Windleistungsprognose

Windenergie ist Teil eines Energiemix und bildet nur eine Säule der erneuerbaren Energien. Ihr Hauptnachteil ist – insbesondere bei Onshore-Anlagen – die unregelmäßige, mit dem Wind schwankende Leistungsabgabe, die durch ein sinnvolles Kraftwerksmanagement ausgeglichen werden muss. Bei starkem Wind erzeugt eine WEA 100 % ihrer Nennleistung (= Volllast), bei Flaute 0 %. Maßgeblich ist jedoch die Summe der eingespeisten Energie über größere Gebiete, da sich die Schwankungen der jeweiligen Windgeschwindigkeiten durch Kombination von Windenergieanlagen an verschiedenen Standorten teilweise gegenseitig ausmitteln. 2012 betrug z. B. die maximale (am 3. Januar 2012 gemessene) onshore Einspeisung in Deutschland mit 24.086 MW etwa 78 % der installierten Gesamtnennleistung.[22]

Andere erneuerbare Energien können ausgleichend wirken und haben teils ein gegenläufiges Angebotsverhalten. Die durchschnittliche Kurve der Einspeiseleistung von Windenergieanlagen zeigt in Westeuropa im Durchschnitt tagsüber höhere Werte als nachts und im Winter höhere als im Sommer, sie folgt somit über den Tagesverlauf wie auch jahreszeitlich dem jeweils benötigten Strombedarf. In Deutschland wird in den Wintermonaten üblicherweise etwa doppelt so viel Windstrom erzeugt wie in den Sommermonaten.[23] Gleichwohl kann auch in einer ganzen Regelzone einige Tage lang die produzierte Windenergiemenge sehr hoch oder sehr gering sein.

Meteorologische Prognosesysteme ermöglichen es, die von Windparks in das Stromnetz eingespeiste Leistung per Windleistungsvorhersage im Bereich von Stunden bis zu Tagen im Voraus abzuschätzen. Bei einem Vorhersagezeitraum von 48 h bis 72 h beträgt die Genauigkeit 90 %, bei einer 6-Stunden-Vorhersage mehr als 95 %. So werden zur Aufrechterhaltung eines störungsfreien Stromangebotes nur wenige regelenergieliefernde Kraftwerke benötigt.

Regelenergiebedarf

Seit der Novellierung des Gesetzes für den Vorrang erneuerbarer Energien (EEG) zum 1. Juli 2004 sind die Regelzonenbetreiber zum sofortigen horizontalen Ausgleich der Windenergieeinspeisung verpflichtet. Wird die Summenleistung von aktuell (Stand: Oktober 2017) über 27.000 Windenergieanlagen im deutschen Stromnetz betrachtet, so ergibt sich durch die Mittlung, räumliche Verteilung und unterschiedliches Anlagenverhalten in einzelnen Regelzonen dazu (Ausnahme sind extreme Wetterlagen), dass die Schwankung der Windstromeinspeisung mit Mittellastkraftwerken ausgeglichen werden kann. Teure Regelenergie (Primär- und Sekundärregelung) wird in der Regel nicht benötigt. Dies belegen zum Beispiel Untersuchungen für das im Auftrag mehrerer Stadtwerke erstellte „Regelmarkt-Gutachten“. Für einen marktrelevanten Zusammenhang zwischen Windstromeinspeisung und Regelenergiemenge und -preis gibt es keine Belege. Zwar geht man davon aus, dass sich mit einer verstärkten Nutzung der Windenergie auch der Regelenergiebedarf, insbesondere an negativer Regelenergie erhöht, die tatsächlich bereitgestellte Regelenergie blieb jedoch in den letzten Jahren gleich bzw. nahm leicht ab.[24]

Werden fossile Kraftwerke zur kurzfristigen Bereitstellung von (negativer) Regelleistung im Teillast­betrieb gefahren statt vollständig abgeschaltet, nimmt deren Wirkungsgrad etwas ab. Für die modernen Steinkohlekraftwerke liegt der Wirkungsgrad im Volllastbetrieb bei ca. 45–47 %. Werden diese Kraftwerke auf 50 % Leistung gedrosselt, sinkt der Wirkungsgrad auf ca. 42–44 % ab. Bei GuD-Kraftwerken mit einem Volllastwirkungsgrad von 58–59 % reduziert sich der Wirkungsgrad bei 50 % Leistung bei Einblock-Konfiguration auf 52–55 %.

2013 prognostizierte eine Studie des NREL die zusätzlichen Kosten für das vermehrte Regeln bzw. An- und Abfahren konventioneller Kraftwerke aufgrund einer höheren Einspeisung aus Wind- und Solarenergie. Bei einem Anteil von 33 % dieser fluktuierenden Energieformen an der Gesamteinspeisung würden sich in den westlichen USA die Betriebskosten konventioneller Kraftwerke um 2 bis 5 % erhöhen, entsprechend 0,47–1,28 $/MWh. Damit würden sich die Mehrkosten auf 35 bis 157 Mio. US-Dollar belaufen, während sich durch den eingesparten Brennstoff Ersparnisse in Höhe von ca. 7 Mrd. US-Dollar ergeben würden. Verglichen mit den Einsparungen durch den vermehrten Betrieb von Wind- und Solaranlagen sei die Erhöhung der Kohlendioxidemissionen durch vermehrtes Regeln in Höhe von 0,2 % vernachlässigbar.[25]

Die Höhe der vorzuhaltenden Reserveleistung hängt erheblich von der Vorhersagegenauigkeit des Windes, der Regelungsfähigkeit des Netzes sowie dem zeitlichen Verlauf des Stromverbrauchs ab. Bei einem starken Ausbau der Windenergiegewinnung, wie es in der dena-Netzstudie[26] für Deutschland untersucht wurde, wird der Bedarf an Regel- und Reservekapazität (Mittellastkraftwerke) zwar steigen, kann aber laut Studie ohne Neubau von Kraftwerken (also nur mit dem bestehenden Kraftwerkspark) gedeckt werden. Ein Zubau von Windenergieanlagen führt nicht automatisch zu einem Abbau der dann schlechter ausgelasteten, nach Bedarf steuerbaren, Kraftwerkskapazitäten.

Die Unstetigkeit des Windes kann im Verbund mit anderen Energiequellen oder mit Speichern wie Pumpspeicherkraftwerken oder der Umwandlung in Windgas für eine kontinuierliche Energiebereitstellung ausgeglichen werden. Dies kann durch Prognose der Einspeisung und Austausch in und zwischen den Übertragungsnetzen (Regelzonen) im Zusammenspiel mit anderen Kraftwerken wie bei den normalen Verbrauchsschwankungen erfolgen. Für Deutschland geht man laut einer Studie der DENA derzeit von 20 bis 25 % maximalem Anteil beim nur moderaten Ausbau der Netzinfrastruktur aus. Weitere Möglichkeiten, zukünftig den Anteil an Windstrom an der Gesamtstromerzeugung über einen solchen Wert hinaus zu erhöhen, sind:

  • Verstärkung und Vermaschung des Hochspannungsnetzes mit benachbarten Regelzonen bzw. weiter entfernten Regionen
  • Demand Side Management durch intelligente Stromnetze
  • Kombination mit weiteren grundlastfähigen regenerativen Energien zur Glättung der Einspeisung[27]
  • Energiespeicherung, zum Beispiel durch Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicherkraftwerke oder durch Speicherung nach Umwandlung als Windgas
  • Auslegung der Windkraftanlagen auf einen höheren Kapazitätsfaktor durch Erhöhung der Rotorfläche bei gleichbleibender Nennleistung
  • Erhöhung der installierten Nennleistung und zeitweise Abschaltung bei Leistungsüberschuss

Aufgrund begrenzter Netzkapazitäten kann es insbesondere während Sturmphasen lokal bzw. regional zu Abschaltung bzw. Drosselung von Windkraftanlagen kommen („Abregelung“). 2010 gingen so in Deutschland 150 GWh verloren, 2011 waren es 407 GWh. Dies entsprach 0,4 bzw. 0,83 % der in den jeweiligen Jahren eingespeisten Windenergie. In Deutschland werden die Betreiber für solche Produktionsdrosselungen nach Erneuerbare-Energien-Gesetz entschädigt. Im Jahr 2012 sank die abgeregelte Arbeit auf 385 GWh, was ca. 0,71 % der insgesamt eingespeisten Windstromproduktion entspricht. Hauptsächlich betroffen waren mit ca. 93,2 % Windkraftanlagen. Hierfür wurden Entschädigungen in Höhe von 33,1 Mio Euro gezahlt.

In zahlreichen, zumeist dieselgestützten Inselnetzen mit Windstromeinspeisung (Australien, Antarktis, Falklands, Bonaire), werden neben dem Demand Side Management zudem Batterien und teilweise auch Schwungradspeicher zur kurz- und mittelfristigen Netzstabilisierung und -optimierung eingesetzt, wobei relativ schlechte Wirkungsgrade aus wirtschaftlichen Gründen (Reduktion des sehr teuren Dieselstromanteils) akzeptiert werden können. Speicherung von Windstrom durch Wasserstoffelektrolyse und -verbrennung (siehe Wasserstoffspeicherung, Wasserstoffwirtschaft) und Schwungradspeicher wurde in einem Modellprojekt auf der norwegischen Insel Utsira erprobt.

Blindleistungsregelung

Ältere drehzahlstarre Windenergieanlagen mit Asynchrongeneratoren, die in der Frühphase der Windenergienutzung (d. h. von den 1970er bis in die frühen 1990er Jahre) zum Einsatz kamen, haben zum Teil Eigenschaften, die bei einem starken Ausbau Probleme im Netzbetrieb bereiten können; dies betrifft vor allem den sog. Blindstrom. Dem kann durch Blindstromkompensation abgeholfen werden; moderne drehzahlvariable Anlagen mit elektronischem Stromumrichter können den Blindstromanteil ohnehin nach den Anforderungen des Netzes beliebig einstellen und auch Spannungsschwankungen entgegenwirken, so dass sie sogar zur Netzstabilisierung beitragen können.[28] Im Zuge des sogenannten Repowering sind zahlreiche alte Anlagen abgebaut worden.

Wirtschaftlichkeit

Stromgestehungskosten und Wettbewerbsfähigkeit

Zwischen 2008 und 2015 sanken die Stromgestehungskosten von Onshore-Windkraftanlagen in den USA um 41 %.[29]
Stromgestehungskosten für erneuerbare Energien und konventionelle Kraftwerke in Deutschland (Datenquelle: Fraunhofer ISE; März 2018[30])

Bei der modernen Windenergienutzung handelt es sich um eine Technologie, die nach den Anfängen in den späten 1970er Jahren seit den 1990er Jahren in größerem Ausmaß zum Einsatz kommt. Die Verbesserungspotentiale werden allmählich durch Skaleneffekte infolge weiterer Erforschung und der mittlerweile bei den meisten Herstellern etablierten industriellen Serienfertigung erschlossen, weshalb noch ein weiteres Kostensenkungspotential aufgrund technischer Weiterentwicklung besteht.[31]

Mit Stand 2018 können Windkraftanlagen in vielen Fällen günstiger elektrische Energie produzieren als konventionelle Kraftwerke.[32][30] Aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit kommt der Windenergie eine wichtige Rolle zur Dämpfung des Strompreisanstiegs zu.[33] Größter Kostenfaktor bei der Windstromerzeugung sind die relativ hohen Anfangsinvestitionen in die Anlagen; die Betriebskosten (u. a. Wartung; ggf. Standortmiete) und die Rückbau­kosten sind relativ gering. Praktisch weltweit sind auch Standorte im Binnenland wirtschaftlich nutzbar; auf guten Onshore-Standorten sind Windkraftanlagen schon seit 2008 ohne Förderung mit konventionellen Kraftwerken konkurrenzfähig.[34][35]

Langfristig wird davon ausgegangen, dass die Windenergie entweder in der Zukunft die günstigste Form der Stromproduktion sein[27] oder hinter Photovoltaik-Großkraftwerken auf dem zweiten Rang liegen wird.[32] Wichtig bei solchen Vergleichen ist es, die tatsächlichen vollen Stromgestehungskosten der einzelnen Technologien über ihren gesamten Betriebszeitraum anzusetzen. Der in diesem Kontext bisweilen angeführte Strombörsen­preis ist hingegen ungeeignet, da er für konventionelle Kraftwerke Werte ergibt, die aufgrund verschiedener struktureller Faktoren weit unterhalb ihrer Stromgestehungskosten liegen. Dadurch erscheint der Unterschied zwischen Windenergie und konventionellen Kraftwerken größer, als er in der Realität ist.[36]

Laut Fraunhofer ISE (Stand 2018) können Windkraftanlagen mit 3,99 ct/kWh bis 8,23 ct/kWh zu niedrigeren Stromgestehungskosten produzieren als neue Steinkohle- und Gaskraftwerke, die Stromgestehungskosten von 6,27 ct/kWh bis 9,86 ct/kWh bzw. 7,78 ct/kWh bis 9,96 ct/kWh aufweisen. Auch Braunkohlekraftwerke haben mit 4,59 ct/kWh bis 7,98 ct/kWh etwas höhere Stromgestehungskosten als Windkraftanlagen an Land. Offshore-Anlagen sind aufgrund des größeren Bauaufwandes sowie höherer Finanzierungs- und Betriebskosten trotz mehr Volllaststunden deutlich teurer; ihre Stromgestehungskosten lagen 2018 bei 7,49–13,79 ct/kWh.[30]

Auf guten Standorten lagen die Stromgestehungskosten schon 2013 unterhalb derer neuer Kohle- und Kernkraftwerke.[3] So ermittelte z. B. eine von der Deutschen Windguard publizierte Studie auf sehr guten Onshore-Standorten (150 % des Referenzertrages) Stromgestehungskosten von 6,25 ct/kWh. Bei einer durchschnittlichen Kostenstruktur und üblichen Renditeerwartungen der Betreiber gelten Standorte bis etwa 80 % des Referenzertrages als rentabel. Auf diesen Standorten wurden Stromgestehungskosten von ca. 9 ct/kWh erreicht, was in etwa der damals für Windkraftanlagen gezahlten Einspeisevergütung entspricht. Zwischen 2010 und 2013 sanken die Stromgestehungskosten auf schwächeren Standorten inflationsbereinigt um ca. 11 % pro Jahr, auf guten Standorten um 5,2 % pro Jahr. Weiteres Kostensenkungspotential sah die Studie in der Weiterentwicklung der Anlagentechnik sowie im Bau von Windkraftanlagen mit größeren Rotordurchmessern und Nabenhöhen.[37]

Diese Grundannahmen wurden 2012 von Bloomberg geteilt. Windkraftanlagen in einigen Staaten mit guten Windbedingungen und vergleichsweise hohen Stromkosten wie Brasilien, Argentinien, Kanada, Portugal und dem Vereinigten Königreich seien wettbewerbsfähig gegenüber konventionellen Stromerzeugern. Bis 2016 solle auch in Gebieten mit moderaten Windbedingungen die Netzparität erreicht werden.[38] Für Australien prognostizierte Bloomberg beispielsweise im Februar 2013, dass Windkraftanlagen eines Windparks deutlich kostengünstiger produzieren könnten als neu zu bauende Kohle- oder Gaskraftwerke. So lägen die Stromgestehungskosten eines neuen Windparks bei 80 Australischen Dollar pro MWh, bei Kohlekraftwerken 143 A$ und bei Gaskraftwerken 116 A$. Bei letzteren waren die Kosten des CO2-Ausstoßes mit eingerechnet (mit 23 A$ pro Tonne CO2).[39]

In Brasilien, das zu den Ländern gehört, in denen die Nutzung der Windenergie im weltweiten Vergleich mit am günstigsten ist, lagen die Stromgestehungskosten von Windkraftanlagen jedoch auch bereits 2012 bei unter 60 US-Dollar/MWh,[40] umgerechnet ca. Vorlage:Wechselkurs Euro/MWh.

Förderung

Um die erwünschten Investitionen in Windenergie auch an Standorten mit geringerer Windhöffigkeit zu erleichtern, werden diese in vielen Staaten unabhängig von politischer Ausrichtung gefördert. Mögliche Förderungsmaßnahmen sind:[41]

Als wichtigstes Kriterium für den Ausbau nennen Gasch u. a. Planungssicherheit, wie sie vor allem bei Mindestpreissystemen auf Basis von Einspeisevergütungen erreicht wird. Erste Gesetze hierzu wurden 1981 in Dänemark, 1991 in Deutschland und 1993 in Spanien erlassen und führten dort zu einem langfristigen und stabilem Ausbau der Windenergie. Als wenig zielführend gelten hingegen Quotensysteme, wie sie in England und bis 2002 in Frankreich existierten; ihr Erfolg wird mit „mäßig bis null“ beziffert.[42] Mittlerweile setzen viele Staaten auf Mindestpreissysteme (z. B. Deutschland, Spanien, Österreich, Frankreich, Portugal, Griechenland, Großbritannien), da auf diese Weise mehr installierte Leistung erzielt wird.

In wichtigen Windenergiemärkten wie Deutschland werden auch für nicht-produzierte Kilowattstunden Zahlungen der Stromverbraucher als Entschädigung an die Betreiber der Windkraftanlagen geleistet. Die Zahlungen für diesen "Geisterstrom" betrugen im ersten Quartal 2019 EUR 364 Millionen, nachdem sie im Jahr davor nur EUR 228 Millionen ausgemacht hatten.[43] Im ersten Quartal 2019 konnten 3,23 Milliarden Kilowattstunden (Mrd. kWh) nicht ins Stromnetz eingespeist werden.[44]

Der Einspeisetarif für Windkraft in Österreich liegt bei 7,8 ct/kWh.[45] 2017 betrug die in Deutschland nach EEG für mindestens 5 Jahre gezahlte Anfangsvergütung für Onshore-Windenergie 8,38 ct/kWh; die nach Ablauf der Anfangsvergütung gezahlte Grundvergütung lag bei 4,66 ct/kWh. Beide sinken jährlich um 1,5 %.

Auswirkungen auf den Strompreis

Die Windenergie trägt als erneuerbare Energie zum Merit-Order-Effekt bei und senkt durch die Verdrängung konventioneller Kraftwerke den Strompreis an der Börse. Der Merit-Order-Effekt berücksichtigt allerdings nicht die langfristigen Veränderungen in der Zusammensetzung der Kraftwerke, so dass nachhaltige Auswirkungen in Bezug auf den Strompreis durch den besagten Effekt nicht zweifelsfrei geklärt werden können.

Wird an windstarken Tagen viel aus Windenergie erzeugter Strom eingespeist, sinkt der Großhandelspreis an der Strombörse. Ist wenig Windenergie vorhanden, steigt der Preis an der Strombörse. Die Strompreissenkung durch Windenergie entsteht durch die gesetzliche Abnahmepflicht für produzierten Windstrom. Ist viel Strom aus Windenergie verfügbar, wird der Einsatz teurer konventioneller Kraftwerke, insbesondere Gaskraftwerke, („Grenzkosten-Theorie“) vermindert, was zu einem Absinken der Preise an der Strombörse führt. Im Jahr 2007 betrug dieser preisdämpfende Effekt ca. 5 Mrd. Euro.[46] Im 2. Quartal 2008 kostete Strom an der Leipziger Strombörse im Mittel 8,495 ct/kWh, ging aber u. a. durch die verstärkte Einspeisung der Erneuerbaren Energien bis 2012 auf ca. 4 ct/kWh zurück.

Vermeidung externer Kosten

Verglichen mit konventionellen Stromerzeugungsformen weist die Windenergie deutlich geringere externe Kosten auf. Dabei handelt es sich um nicht in die Strompreise mit einfließende Schadenseffekte durch Treibhausgas­emissionen, Luftschadstoffe usw., die sich z. B. im Klimawandel, Gesundheits- und Materialschäden sowie landwirtschaftliche Ertragsverluste äußern. Bei Kohlekraftwerken liegen die externen Kosten in Bereich von 6 bis 8 ct/kWh, bei GuD-Kraftwerken bei ca. 3 ct/kWh. Erneuerbare Energien liegen zumeist unter 0,5 ct/kWh, die Photovoltaik im Bereich von 1 ct/kWh. Unter Einbeziehung dieser externen Kosten ergeben sich für die Windkraft deutlich niedrigere Vollkosten als bei der konventionellen Energieerzeugung und damit volkswirtschaftliche Einspareffekte.[47] Unter anderem vermieden Windkraftanlagen 2017 in Deutschland Treibhausgasemissionen in Höhe von 71,2 Mio. Tonnen Kohlenstoffdioxidäquivalent.

Im Jahr 2011 wurden in Deutschland durch die erneuerbaren Energien insgesamt ca. 9,1 Mrd Euro an externen Kosten eingespart. Da die Messung externer Kosten und Nutzen jedoch aufgrund verschiedener Methodiken nicht eindeutig zu beziffern ist, kamen ältere Studien mit Daten nicht neuer als 2004 zu anderen Ergebnissen.[48]

Politische und ökologische Aspekte heutiger Nutzung

Nachhaltigkeit

Windpark in Mecklenburg

Die Windenergie gehört zu den umweltfreundlichsten, saubersten und sichersten Energieressourcen.[49][50] Ihre Nutzung wird in der wissenschaftlichen Literatur – auch verglichen mit anderen regenerativen Energien – zu den umweltschonendsten Energiegewinnungsformen gezählt.[51] Wie andere Arten der Energiegewinnung ist auch die Windstromerzeugung mit Eingriffen in die Umwelt verbunden, jedoch sind diese bei der Windenergie gering, leicht zu beherrschen und treten ausschließlich lokal auf. Verglichen mit den Umweltbelastungen der konventionellen Energieerzeugung sind sie vernachlässigbar.[50]

Wie auch andere erneuerbare Energien ist die Energie des Windes nach menschlichem Ermessen zeitlich unbegrenzt verfügbar und steht somit im Gegensatz zu fossilen Energieträgern und Kernbrennstoffen dauerhaft zur Verfügung. Ebenfalls entsteht bei der Windenergienutzung nahezu keine Umweltbelastung infolge von Schadstoffemissionen, wodurch die Windenergie als wichtiger Baustein der Energiewende sowie einer nachhaltigen und umweltschonenden Wirtschaftsweise angesehen wird. Da sie zugleich weltweit und im Überfluss vorhanden ist und ihre Wandlung vergleichsweise kostengünstig ist, wird davon ausgegangen, dass sie in einem zukünftigen regenerativen Energiesystem zusammen mit der Photovoltaik den Großteil der benötigten Energie bereitstellen wird.[52]

Aufgrund ihres sehr geringen CO2-Ausstoßes von ca. 9,4 g/kWh[53] gilt sie darüber hinaus als wichtiges Mittel im Kampf gegen die globale Erwärmung.[54] Zudem gibt es bei der Windenergie keine Risiken von großen oder extrem großen Umweltschädigungen wie bei der Kernenergie infolge von schweren Unfällen.[55] Über 20 Betriebsjahre liefert eine 5-MW-Anlage bei jährlich 2000 Volllaststunden insgesamt 200 Millionen kWh Ökostrom, wodurch 120.000 Tonnen Kohlenstoffdioxid eingespart werden können.[56]

Befürworter der Windenergie versprechen sich von ihrer Nutzung zudem mehr Gerechtigkeit, da auf diese Weise insbesondere vor dem Hintergrund steigender Preis für fossile Energieträger auch Staaten ohne Energieressourcen einen höheren Grad der Selbstversorgung bis hin zur Autarkie in der Energieversorgung erreichen könnten.

Moderne Windenergieanlagen besitzen eine kurze energetische Amortisationszeit von nur wenigen Monaten.[57][58][59]

Flächenbedarf

Luftbild eines Windparks in Norddeutschland. Der dauerhafte Flächenbedarf ist geringer als der Flächenbedarf für den Kran sowie die Bauteile während der Bauzeit. Die dauerhaft beanspruchte Fläche ist bei den größeren neuen Anlagen jedoch größer als bei den kleineren Bestandsanlagen.

Die Energieerzeugung aus Windenergie weist insgesamt einen vergleichsweise niedrigen Flächenbedarf auf. Die von ihr ausgehende Flächenversiegelung durch die Fundamente ist verglichen mit konventionellen Energiegewinnungsformen sehr gering.[60] Grund hierfür ist, dass die eigentliche Energiegewinnung in der Höhe stattfindet.[61] Nahezu 99 % der von einem Windpark beanspruchten Fläche können weiterhin für ihre ursprünglichen Zwecke genutzt werden.[62] Als Standort werden zumeist landwirtschaftliche Flächen gewählt. In Deutschland stehen etwa 95 % aller Windkraftanlagen auf landwirtschaftlicher Fläche, 3,3 % stehen in Wald- oder Forstgebieten und 1,5 % auf sonstigen Standorten.[63]

Für eine moderne Windkraftanlage geht man von circa 0,4 ha (4.000 m²) beanspruchter Fläche aus. Die Fundamentfläche moderner Anlagen der 3-MW-Klasse liegt bei ca. 350–500 m², die größten derzeit errichteten Windkraftanlagen vom Typ Enercon E-126 liegen bei einer Leistung von 7,6 MW bei einer Fundamentfläche von etwa 600 m². Hinzu kommt bei Verwendung eines Mobilkranes die Kranstellfläche mit einem Flächenverbrauch von circa 0,3 ha, die während des Betriebes der Anlage dauerhaft erhalten bleibt.[64] Kranstellflächen werden zumeist geschottert, wodurch sie wasserdurchlässig bleiben und nicht zur Bodenversiegelung beitragen. Kommt zur Errichtung der Anlage ein Turmdrehkran zum Einsatz, reduziert sich der Flächenbedarf für die Montage des Krans und der Windkraftanlage auf rund 0,12 ha.[65] Daneben kann ggf. ein Neu- oder Ausbau der Zuwegung zur Anlage notwendig werden, zudem wird während der Bauphase temporär eine Bedarfsfläche von 0,2–0,3 ha für die Lagerung und evtl. Vormontage von Anlagenteilen benötigt.

Insgesamt betrug der Flächenverbrauch von Windkraftanlagen in Deutschland im Jahr 2011 rund 100 km².[64] Zum Vergleich: Der Flächenverbrauch der deutschen Braunkohletagebauten betrug mit Stand 2006 mehr als 2300 km², wobei mehr als 300 Siedlungen für den Braunkohlebergbau aufgegeben und ca. 100.000 Menschen umgesiedelt wurden.[66] Der Anteil der Braunkohle am deutschen Stromverbrauch lag 2017 grob beim 1,5-fachen der Windstromerzeugung. Geht man von einer Stromproduktion von 6–8 Mio. kWh jährlich und einem Flächenverbrauch von 4.000 m² aus, was typische Werte für eine moderne Binnenlandanlage der 3-MW-Klasse sind, so ergibt sich ein Stromertrag von 1.500–2.000 kWh pro m² Gesamtfläche pro Jahr. Auf Starkwindstandorten liegt der Flächenertrag noch deutlich höher.[67] Zum Vergleich: Bei der Nutzung von Energiemais als Substrat für Biogasanlagen ergeben sich pro Jahr nutzbare Biomethanausbeuten von ca. 45 MWh pro ha bzw. 4,5 kWh pro m² und Jahr.[68] Hiervon kann in einer Biogasanlage ca. 35–40 % in Strom gewandelt werden.

Arbeitsmarkt-Effekte

Arbeitsplätze in der Windenergie-Branche in Deutschland 2003–2013[69]

Die Windenergietechnik schafft bei gleicher Stromerzeugung ein Mehrfaches der Arbeitsplätze wie konventionelle Kraftwerke. Verglichen mit Kohlekraftwerken, die mit importierter Steinkohle betrieben werden, sind die Arbeitsplatzeffekte pro generierter kWh um Faktor 4 höher, verglichen mit Kernkraftwerken etwa um Faktor 10.[70]

Weltweit waren im Jahr 2017 ca. 1.148.000 Menschen in der Windenergie-Branche beschäftigt. In Deutschland stieg die Zahl der Arbeitsplätze von etwas mehr als Hunderttausend im Jahr 2011[71] auf rund 149.000 im Jahr 2014 an, etwa 130.500 davon im Bereich Onshore- und etwa 18.700 im Bereich Offshore-Windenergie.[72] 2015 waren etwa 80 Prozent dieser Arbeitsplätze im Bereich Produktion und 20 Prozent in Betrieb und Wartung.[73] Neben Produktionsstandorten partizipieren auch Städte und Gemeinden, in denen Dienstleister und Zulieferbetriebe angesiedelt sind, an der Wertschöpfung. Laut einer Studie der 'Gesellschaft für Wirtschaftliche Strukturforschung' (GWS) erstrecken sich die Beschäftigungseffekte auf alle Bundesländer, nicht nur auf die vorwiegend in Norddeutschland befindlichen Zentren des Ausbaus.[74]

2016 waren in Deutschland insgesamt 161.000 Menschen in der Windenergiebranche beschäftigt. Mit dem Einbruch des deutschen Windenergiemarktes fiel diese Zahl laut IG Metall im Jahr 2017 um 26.000 Arbeitsplätze und von 2018 bis Mitte 2019 um weitere 8.000 bis 10.000 Jobs.[75]

Gesellschaftliche Akzeptanz

Ein großer Teil der Bevölkerung befürwortet (Stand 2011) die Windenergienutzung.[76][77][78] Dies ist auch dann der Fall, wenn konkrete Anlagen in der Nähe der befragten Personen aufgestellt werden sollen. In Regionen, in denen Windkraftanlagen vorhanden sind, war die Zustimmung höher als in Regionen ohne Windkraftanlagen.[79][80] Die Zustimmung nahm mit zunehmender Nähe zu den Anlagen häufig zu; laut einer Studie nahm sie während der Bauphase etwas ab.[81] Trotz der allgemein breiten Zustimmung ist die Windenergienutzung jedoch nicht unumstritten; in der Vergangenheit gründeten sich gelegentlich Bürgerinitiativen gegen geplante Projekte. In Bayern forderte Ministerpräsident Seehofer 2013 einen Abstand zur nächsten Besiedlung, der dem 10-Fachen der Höhe der Windkraftanlage entspreche;[82] 2014 beschloss der Bayerische Landtag ein Gesetz dazu; der Bayerische Verfassungsgerichtshof lehnte eine Klage der Opposition dagegen im Mai 2016 ab.[83]

Moderne Windkraftanlagen haben heute eine deutlich größere Nabenhöhe als früher. Durch den größeren Rotor drehen sie sich auch deutlich langsamer als früher (bei großen Anlagen liegt die Nennwindgeschwindigkeit nur noch bei etwa 10–15 Umdrehungen pro Minute[84]), was von vielen Menschen als ruhiger wahrgenommen wird. Im Rahmen des Repowering werden z. B. drei oder vier alte WKA durch eine neue WKA ersetzt; diese hat gleichwohl meist eine höhere Leistung als die alten Anlagen. Die „Verspargelung“ von Aufstellungsgebieten nimmt damit subjektiv ab.

Nachteile der Windkraft

Gesundheitliche Risiken

Durch die Drehung der Rotoren werden sowohl im hörbaren Frequenzbereich als auch im Infraschallbereich Geräusche erzeugt.

Der hörbare Lärm der Windräder wird als "ungleichmäßige, aber dauerhafte Schallemissionen"[85] beschrieben, die insbesondere nachts, wenn Verkehrslärm und andere Geräusche schwächer sind, als störend empfunden werden. In einer Studie von Psychologen der Universität Halle-Wittenberg gaben etwa 10 % der befragten Anwohner körperliche und psychische Beschwerden an. Diese reichten von erschwertem Einschlafen über weniger tiefen Schlaf bis hin zu negativer Stimmung oder seelischem Unwohlsein. Bei Wiederholung der Befragung nach zwei Jahren litten nur noch 6,8 % der Befragten unter konkreten Symptomen, da viele Anwohner sich mit den Geräuschen des Windparks abfanden. So schloss gut ein Viertel der Betroffenen nachts ihre Fenster, um nicht mehr von den Geräuschen gestört zu werden. Die WHO empfiehlt als Obergrenze für die Lärmemissionen von Windenergieanlagen, dass diese durchschnittlich 45 Dezibel tagsüber nicht überschreiten sollten, da Lärm "oberhalb dieses Wertes mit schädlichen gesundheitlichen Auswirkungen verbunden" sei. Für die nächtliche Höchstbelastung spricht die WHO keine Empfehlung aus, da es dafür noch nicht genügend aussagefähige Studien gäbe.[86] Der Grenzwert in Deutschland beträgt derzeit tagsüber 50 Dezibel.[87]

Als Infraschall gilt Schall mit Frequenzen unter 20 Hertz. Diese niedrigen Frequenzen gelten als nicht hörbar, es gibt aber Hinweise, dass Infraschall dennoch die Gesundheit beeinträchtigen kann. Im Rahmen von Versuchsreihen an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz wurde eine eindeutige Verminderung der Herzmuskelkraft bei Beschallung mit Infraschall-Signalen beobachtet. Wissenschaftler des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf fanden heraus, dass Infraschall bestimmte Regionen des Gehirns aktiviert, was möglicherweise zu Stress führen kann.

Ökologische Probleme

Die ökologischen Folgen der Windkraft insbesondere auf Vögeln, Fledermäusen und Insekten sind zwar bereits seit langer Zeit bekannt, wurden aber kaum wissenschaftlich erhoben. Erst in jüngerer Zeit belegen Studien, dass die Auswirkungen massiver sind als vermutet. So sterben alleine in den vier norddeutschen Bundesländern jedes Jahr mehr als 8500 Mäusebussarde an Windkraftanlagen, was fast 8 % der gesamten Population in diesen Ländern entspricht. In Deutschland kommen jährlich 250.000 Fledermäuse durch die Rotoren um, da der Unterdruck in der Nähe der drehenden Rotoren ihre Lungen platzen lässt. Und eine Schätzung des Deutschen Instituts für Luft- und Raumfahrt geht davon aus, dass jährlich in Deutschland 1200 Tonnen Insekten durch Windräder sterben. Dieser Wert wird vom Naturschutzbund NABU in Relation zu geschätzten 400.000 Tonnen Insekten gesetzt, die jährlich von Vögeln gefressen werden. Dagegen warnt der Vorstand der Deutschen Wildtierstiftung, dass unter den 1200 Tonnen überwiegend Weibchen seien (diese suchen kurz vor der Eiablage hohe schnelle Luftströmungen auf, um sich vom Wind zu entfernten Brutplätzen tragen zu lassen), von denen jedes bis zu 1000 Eier hätte legen können und Windräder so "die nächste Generation erheblich dezimieren" können.[88][89]

Siehe auch

Literatur

  • Albert Betz: Windenergie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen. Ökobuch, Kassel 1982, ISBN 3-922964-11-7. (Reprint der Ausgabe Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 1926).
  • Horst Crome: Handbuch Windenergie-Technik. Ökobuch Verlag, ISBN 3-922964-78-8.
  • Robert Gasch, Jochen Twele (Hrsg.): Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. 9. aktualisierte Auflage Springer, Wiesbaden 2016, ISBN 978-3-658-12360-4.
  • Erich Hau: Windkraftanlagen – Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. 5. Auflage. Springer, Berlin – Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-28876-0. eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche
  • Siegfried Heier: Nutzung der Windenergie. 7. Auflage. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2016, ISBN 978-3-8167-9587-2.
  • Siegfried Heier: Windkraftanlagen: Systemauslegung, Netzintegration und Regelung. 5. Auflage. Vieweg/Teubner, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8351-0142-5.
  • Nicole Hesse: Windwerkerei. Praktiken der Windenergienutzung in der frühen deutschen Umweltbewegung. In: Technikgeschichte, ISSN 0040-117X, 83 (2016) H. 2, S. 125–150.
  • Matthias Heymann: Die Geschichte der Windenergienutzung 1890–1990, Campus-Verlag, Frankfurt am Main 1995, ISBN 3-593-35278-8.
  • Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Springer Vieweg, Berlin / Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-03248-6.
  • Jens-Peter Molly: Windenergie: Theorie, Anwendung, Messung. 2. vollst. überarb. u. erw. Auflage. Verlag C.F. Müller, Karlsruhe 1990, ISBN 3-7880-7269-5.
  • Mario Neukirch: Die internationale Pionierphase der Windenergienutzung, Diss. Göttingen 2010, uni-goettingen.de (PDF)
  • Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. Hanser München 2015, ISBN 978-3-446-44267-2.
  • Stefano Reccia, Daniel Pohl, Denise von der Osten: CleanTech Studienreihe. Band 2: Windenergie. Deutsches CleanTech Institut, Bonn 2009, ISBN 978-3-942292-02-3.
  • Alois Schaffarczyk (Hrsg.): Einführung in die Windenergietechnik. Carl Hanser Verlag, München 2012, ISBN 978-3-446-43032-7.
  • Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur: Introduction to wind energy systems. Basics, technology and operation. Springer, Berlin/ Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-32975-3.
  • Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer: Handbuch Regenerative Energietechnik, 3. aktualisierte und erweiterte Auflage, Berlin/Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-53072-6.

Weblinks

 Wiktionary: Windenergie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer: Handbuch Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2017, S. 6.
  2. Gesamtausgabe der Energiedaten – Datensammlung des BMWi. (XLS; 2,0 MB) Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 16. Januar 2019, abgerufen am 22. April 2019.
  3. 3,0 3,1 Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz: Elektrische Energieversorgung: Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie für Studium und Praxis. 9. Auflage. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2013, S. 43.
  4. Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Berlin/Heidelberg 2013, S. 819.
  5. 5,0 5,1 Piotr Michalak, Jacek Zimny: Wind energy development in the world, Europe and Poland from 1995 to 2009; current status and future perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews 15, (2011), 2330–2341, S. 2330, doi:10.1016/j.rser.2011.02.008.
  6. 6,0 6,1 6,2 Paolo Malanima: Europäische Wirtschaftsgeschichte 10-19. Jahrhundert. UTB, Wien/ Köln/ Weimar 2010, ISBN 3825233774, S. 97 f.
  7. Jens-Peter Molly: Windenergie in Theorie und Praxis. Grundlagen und Einsatz, Karlsruhe 1978, S. 14.
  8. Vaclav Smil, Energy in World History. Westview Press 1994, S. 112.
  9. Michael Mende: Frühindustrielle Antriebstechnik – Wind- und Wasserkraft. In: Ullrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft., VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 289–304, S. 291.
  10. Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur: Introduction to Wind Energy Systems Basics. Technology and Operation. Berlin/ Heidelberg 2013, S. 1.
  11. Erich Hau: Windkraftanlagen – Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. Springer, Berlin Heidelberg 5. Auflage 2014, S. 21.
  12. Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Energy for a sustainable world, Weinheim 2011, S. 235.
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  15. Wind electricity production to hit 2,800TWh by 2035. In: Windpower Monthly, 12. November 2013. Abgerufen am 12. November 2013.
  16. Two methods for estimating limits to large-scale windpower generation (PDF; 1,3 MB). Max-Planck-Institut für Biogeochemie. Abgerufen am 15. Februar 2019.
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  20. Potenzial der Windenergie an Land. Studie zur Ermittlung des bundesweiten Flächen- und Leistungspotenzials der Windenergienutzung an Land (PDF; 5,1 MB). Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik im Auftrag des Umweltbundesamtes. Abgerufen am 13. Juni 2013.
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  39. Australian Wind Energy Now Cheaper Than Coal, Gas, BNEF Says. Bloomberg. Abgerufen am 7. Februar 2013.
  40. Neilton Fidelis da Silva et al.: Wind energy in Brazil: From the power sector’s expansion crisis model to the favorable environment. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews, 22, (2013), S. 686–697, 694, doi:10.1016/j.rser.2012.12.054.
  41. Robert Gasch, Jochen Twele (Hrsg.): Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. Springer, Wiesbaden 2013, S. 11.
  42. Robert Gasch, Jochen Twele (Hrsg.): Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. Springer, Wiesbaden 2013, S. 11 f.
  43.  Daniel Wetzel: Nie produziert, aber bezahlt: Der „Geisterstrom“ offenbart den Irrsinn der Energiewende. 8. August 2019 (https://www.welt.de/wirtschaft/plus198195361/Nie-produziert-aber-bezahlt-Der-Geisterstrom-offenbart-den-Irrsinn-der-Energiewende.html).
  44. agrarheute.com: 3,2 Milliarden Kilowattstunden Geisterstrom aus Windkraft
  45. wirtschaftsblatt.at: (Memento vom 23. September 2008 im Internet Archive) Strompreisexplosion bläst Windkraft ins betriebswirtschaftliche Plus.
  46. Lorenz Jarass, Gustav M. Obermair, Wilfried Voigt: Windenergie. Zuverlässige Integration in die Energieversorgung. Berlin/ Heidelberg 2009, S. 104.
  47. Lorenz Jarass, Gustav M. Obermair, Wilfried Voigt: Windenergie. Zuverlässige Integration in die Energieversorgung. Berlin/ Heidelberg 2009, S. 158 f.
  48. Wolfram Krewitt, Barbara Schlomann: Externe Kosten der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien im Vergleich zur Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern (Memento vom 13. Oktober 2006 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft (bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis) (PDF; 441 kB). DLR und Fraunhofer-Gesellschaft, 2006.
  49. G.M. Joselin Herbert, S. Iniyan, D. Amutha: A review of technical issues on the development of wind farms. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews, 32, (2014), S. 619–641, 619 doi:10.1016/j.rser.2014.01.055.
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  54. Erich Hau: Windkraftanlagen. Grundlagen – Technik – Einsatz – Wirtschaftlichkeit. Berlin/Heidelberg 2016, S. 693
  55. Vgl. Alois Schaffarczyk (Hrsg.): Einführung in die Windenergietechnik. München 2012, S. 64.
  56. Volker Quaschning: Erneuerbare Energien und Klimaschutz. 3. Auflage. Hanser Verlag, München 2013, S. 239.
  57. Robert Gasch, Jochen Twele (Hrsg.): Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. Springer, Wiesbaden 2013, S. 8.
  58. Begoña Guezuraga, Rudolf Zauner, Werner Pölz: Life cycle assessment of two different 2 MW class wind turbines. In: Renewable Energy, 37, 2012, S. 37–44, doi:10.1016/j.renene.2011.05.008
  59. Karl R. Haapala, Preedanood Prempreeda: Comparative life cycle assessment of 2.0 MW wind turbines. In: International Journal of Sustainable Manufacturing, Vol. 3, No. 2, 2014, S. 170–185, doi:10.1504/IJSM.2014.062496
  60. Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. 5. Auflage. Berlin / Heidelberg 2013, S. 539 f.
  61. Matthias Popp: Speicherbedarf bei einer Stromversorgung mit erneuerbaren Energien. Dissertation. Berlin / Heidelberg 2010, S. 1.
  62. Ziyad Salameh: Renewable Energy System Design. Academic Press, 2014, S. 164.
  63. Windenergie-Report Deutschland 2014 (Memento vom 26. Februar 2016 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft (bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis) (PDF) Fraunhofer IWES. Abgerufen am 4. Mai 2015.
  64. 64,0 64,1 Auswirkungen von erneuerbaren Energien auf den Boden (PDF; 11,8 MB). Bayerisches Landesamt für Umwelt. Abgerufen am 22. Mai 2013.
  65. Neues Montagekonzept für Windkraftanlagen (PDF; 287 kB). Kranmagazin 84, 2012. Abgerufen am 22. Mai 2013.
  66. Energiepolitik 20 Jahre nach Tschernobyl. Dokumentation der Tagung „Tschernobyl 1986-2006: Erfahrungen für die Zukunft“, S. 218. Internetseite des Bundesumweltministeriums. Abgerufen am 10. August 2018.
  67. Enercon geht z. B. bei der E-126 auf guten Standorten von einem jährlichen Stromertrag von 20 Mio. kWh aus; die Fundamentfläche dieser Anlage beträgt ca. 600 m². Vgl. Windblatt 01/2008 (PDF; 964 kB) Enercon. Abgerufen am 22. Mai 2013.
  68. Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher (Hrsg.): Regenerative Energien in Österreich. Grundlagen, Systemtechnik, Umweltaspekte, Kostenanalysen, Potentiale, Nutzung. Wiesbaden 2009, S. 487.
  69. Strom-Report: Bruttobeschäftigung in der Windenergie in Deutschland Abgerufen am 3. März 2015.
  70. Siegfried Heier, Nutzung der Windenergie. 7. aktualisierte Auflage, Bonn 2016, S. 21.
  71. Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 255.
  72. Anzahl der Beschäftigten in der Windenergiebranche Offshore und Onshore in Deutschland in den Jahren 2010 bis 2014 . Statista. Abgerufen am 11. Februar 2016.
  73. FAZ.net 29. März 2017: Arbeitsplätze für Bayern – direkt aus dem Meer
  74. Erneuerbar beschäftigt in den Bundesländern: Ausgewählte Fallstudien sowie Pilotmodellierung für die Windenergie an Land (Memento vom 1. Februar 2014 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft (bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis) (PDF) Bundesumweltministerium; abgerufen am 18. Januar 2014.
  75. IG Metall: Bis zu 10.000 Jobs in der Windindustrie sind weg. In: Wirtschaftswoche, 4. September 2019. Abgerufen am 4. September 2019.
  76. emnid-Umfrage: Deutsche pro Erneuerbare Energien, Energienachricht des Verbraucherportals StromAuskunft.de (Memento vom 30. Juli 2011 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft (bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis) Abgerufen am 17. September 2011.
  77. Forsa-Umfrage: Große Zustimmung in allen Bundesländern zu erneuerbaren Energien, Pressemitteilung der Agentur für erneuerbare Energie (Memento vom 4. Januar 2011 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft (bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis) Abgerufen am 17. September 2011.
  78. Ländertrend Brandenburg August 2011 (Memento vom 20. Oktober 2011 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft (bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis). infratest dimap. Abgerufen am 17. September 2011.
  79. Akzeptanz der Erneuerbaren Energien in der deutschen Bevölkerung (Memento vom 16. Mai 2011 im Internet Archive) (PDF; 1,3 MB) Abgerufen am 17. September 2011.
  80. Bundesbürger halten Höhe der EEG-Umlage für angemessen in: EUWID Neue Energien. Abgerufen am 17. September 2011.
  81. Fabian David Musall, Onno Kuik: Local acceptance of renewable energy. A case study from southeast Germany. In: Energy Policy, 39, 2011, S. 3252–3260, 3252 f., doi:10.1016/j.enpol.2011.03.017.
  82. Wieland Bögel: Gegenwind aus der Staatskanzlei. auf: sueddeutsche.de, 21. Juni 2013: „Seehofer: Der Abstand soll mindestens das Zehnfache der Höhe des betreffenden Windrades betragen“
  83. Rückenwind für Staatsregierung, Bayerischer Rundfunk. 9. Mai 2016. Archiviert vom Original am 12. Oktober 2017. Abgerufen am 12. Oktober 2017. 
  84. Vgl. beispielsweise die Drehzahl modernder Großanlagen wie der E-101, der E-115 und der E-126 mit der E-44. Enercon Produktübersicht (PDF; 3 MB) Enercon. Abgerufen am 9. Juni 2013.
  85.  Michael Gassmann: Laute Windräder schaden der Gesundheit. 11. Oktober 2018 (https://www.welt.de/wirtschaft/article181940094/Laute-Windraeder-schaden-der-Gesundheit.html).
  86.  WHO-Bericht: Lärm von Windturbinen kann krank machen. In: Spiegel Online. 10. Oktober 2018 (https://www.spiegel.de/wissenschaft/medizin/who-zu-windenergie-laerm-von-turbinen-kann-krank-machen-a-1232423.html).
  87.  Gernot Knödler: Windräder-Lärm im Norden: Schall und Streit. In: Die Tageszeitung: taz. 23. Mai 2019, ISSN 0931-9085 (https://taz.de/!5594099/).
  88. Riskante Höhe? Tagesschau de, 20. Mai 2019
  89.  Daniel Wetzel: Tod am Windrad: Warum dieses Insektensterben die Ministerin seltsam kalt lässt. 25. April 2019 (https://www.welt.de/wirtschaft/plus192233611/Tod-am-Windrad-Warum-dieses-Insektensterben-die-Ministerin-seltsam-kalt-laesst.html).


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