rEnergy Basics Windkraft: Tragende Säule der Energiewende

Anbieter zum Thema

Schneider Electric GmbH

Die Windkraft ist heute eine der effizientesten, saubersten und wirtschaftlichsten Möglichkeiten zur Stromerzeugung. Mit moderner Technik, digitaler Überwachung und stetig wachsender Leistungsfähigkeit spielt sie eine zentrale Rolle in der globalen Energiewende.

So modern Windenergie auch klingt, sie gehört tatsächlich zu den Energieformen, die der Mensch am längsten nutzt. Bereits im antiken Persien wurden Windräder beispielsweise zum Mahlen von Kern oder zum Pumpen von Wasser genutzt. Die „persische Mühle“ wird zum Teil noch heute in unveränderter – wenn auch nur vereinzelt – genutzt. 

In Europa waren es die Holländer, die ab dem 16. Jahrhundert die Windkraft in großem Stil nutzten. Die berühmten Windmühlen sind den heutigen Windkraftanlagen erstaunlich ähnlich. 

Vorreiter auf dem Gebiet der Stromerzeugung durch Wind – so wie wir es heute kennen – war der Schotte James Blyth. Die von ihm gebaute Windkraftanlage, die er zur Beleuchtung seines Ferienhauses in Maryhill einsetzte, gilt als die erste Anlage, die Windkraft zur Stromerzeugung nutzen konnte.

Wie ist eine Windkraftanlage aufgebaut?

Windenergie ist die Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in nutzbare Energie, meist Strom, mittels Windkraftanlagen. Eine moderne Windkraftanlage besteht aus mehreren zentralen Komponenten:

• Turm: bis zu 160 Meter hoch, trägt Gondel und Rotor
• Gondel: das Herzstück der Windkraftanlage, enthält Generator, Getriebe, Windmessung und Steuerung
• Generator: Wandelt mechanische in elektrische Energie um
• Rotorblätter: aerodynamisch geformt, bestehen aus glas- bzw. kohlefaserverstärktem Kunststoff.
• Nabe: verbindet die Rotorblätter mit der Gondel

Die Menge des produzierten Stroms hängt stark von der Windgeschwindigkeit ab: Je stärker der Wind die sogenannten Rotorblätter antreibt, desto mehr Strom kann die Windkraftanlage erzeugen.

Wie wird Wind zu Strom?

Zunächst setzt der Wind das Windrad bzw. die Rotorblätter in Bewegung. Die mechanische Energie wird durch einen Generator in der Gondel der Windkraftanlage in elektrische Energie umgewandelt. Über Stromleitungen im Turm der Windkraftanlage wird der erzeugte Strom ins allgemeine Stromnetz eingespeist. 

Welche Arten von Windkraftanlagen gibt es?

Windkraftanlagen können sowohl an Land (Onshore) als auch auf dem Wasser (Offshore) betrieben werden. Dabei gibt es verschiedene Arten von Windkraftanlagen, je nach Art der Rotrachse:

• Horizontal: Windräder mit drei Rotorblättern, die sich um eine horizontale Achse drehen. Sie sind in der Regel dem Wind zugewandt.
• Vertikal: Die Rotoren drehen sich um eine vertikale Achse und sind daher unabhängig von der Windrichtung. Bekannte Formen sind der Darrieus-Rotor und der Savonius-Rotor.

Spannend, aber noch Gegenstand intensiver Forschungsarbeit, sind flügellose Windkraftanlagen. Sie werden durch Wind-Verwirbelung in Schwingung gesetzt und erzeugen so elektrische Spannung. Sie sind kostengünstiger, brauchen weniger Platz und sind geräuscharm. Die sogenannten "Windkraft Spargel" erzeugen jedoch auch weniger Strom als herkömmliche Windräder mit drei Rotorblättern.

Vorteile der Windkraft

Die Windkraft ist eine der führenden erneuerbaren Energien weltweit und ein wichtiger Treiber der Energiewende. Seit Anfang der 2000er steigt die installierte Leistung kontinuierlich an und beispielsweise lag im Jahr 2023 bei über 1.000 Gigawatt. Im selben Jahr wurden rund 117 Gigawatt Leistung neu installiert – ebenfalls ein neuer Höchstwert. 

Der Siegeszug der Windkraft liegt nicht zuletzt an ihren diversen Vorteilen. Denn Windenergie ist:

• eine saubere Energiequelle: Windkraftanlagen verursachen keine schädlichen Emissionen wie Smog oder Treibhausgase.
• auch für rohstoffarme Länder geeignet: Gäbe es beispielsweise in Deutschland den Strom aus erneuerbaren Energien nicht, müssten wir viel Strom importieren oder mehr fossile Brennstoffe einsetzen, um den Strom in konventionellen Kraftwerken zu erzeugen. 
• nahezu  unerschöpflich: Wind ist eine sich stetig selbst erneuernde Energiequelle, die im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen nicht zur Neige geh.

Wirtschaftliche Aspekte der Windenergie

Neben den positiven Aspekten für die Umwelt bringt der Ausbau der Windkraft auch wirtschaftliche Vorteile:

• Nach der anfänglichen Investition fallen nur geringe Betriebskosten an, da keine teuren Brennstoffe benötigt werden.
• Auf lange Sicht ist Windenergie kosteneffizient, da zusätzliche Umweltkosten wie die Entsorgung von Kraftwerksmüll entfallen.
• Der Bau, die Installation und die Wartung von Windkraftanlagen schaffen Arbeitsplätze, oft auch in ländlichen Regionen.
• Investitionen in Windkraft können für Anleger attraktiv sein.

Nachteile & Risiken 

Wie immer gilt – auch beider Windkraft – es gibt zwei Seiten der Medaille. So ist die Stromproduktion aus Wind stark von den Windverhältnissen abhängig. Das heißt, bei Flaute oder unregelmäßigen Windbedingungen kann die Energieversorgung schwanken, das kann die Netzstabilität beeinträchtigen.

Ein weiterer Nachteil sind die mitunter hohen Investitionskosten. Insbesondere bei Offshore-Anlagen ist die Amortisationszeit trotz niedriger Betriebskosten oft lang.Hinzu kommen Gefahren für die Tierwelt. Vögel und Fledermäuse sind besonders gefährdet, mit den Rotorblättern zu kollidieren. Studien zeigen aber auch, dass insbesondere die Wahl des Standorts die Gefahren verringern kann.

Neben diesen objektiven Nachteilen gibt es auch Befürchtungen, die sehr vom Menschen persönlich geprägt sind. So empfinden manche Windkraftanlagen als hässlich bzw. das Landschaftsbild störend. Außerdem erzeugen die Rotoren von Windkraftanlagen Geräusche, die als störend empfunden werden können. Hier soll zumindest ein festgelegter Mindestabstand zu Wohngebieten dagegenwirken.

BirdVision

Windkraft: Vorsorglicher Vogelschutz für den effizienten Anlagenbetrieb

Recycling & Rückbau von Windkraftanlagen

Moderne Windkraftanlagen können 20-30 Jahre stehen, bevor sie zurückgebaut werden müssen. Ausrangierte Windkraftanlagen können größtenteils recycelt werden.

Der Rückbau von Windkraftanlagen erfolgt in der Regel durch die schrittweise Demontage, bei der die Rotorblätter, Gondel, Turm und schließlich das Fundament entfernt werden. Die Einzelteile werden getrennt und dem Recycling zugeführt.

Eine besondere Herausforderung stellen dabei die Rotorblätter dar (+). Deren Recycling ist aufgrund der eingesetzten Verbundwerkstoffe schwierig. Bislang werden sie oft thermisch verwertet oder als Downcycling-Material für andere Zwecke wiederverwendet, wie zum Beispiel für Sitzbänke oder Dielen. Die Branche arbeitet jedoch an neuen Konzepten, um auch für Rotorblätter den Kreislauf zu schließen, zum Beispiel mithilfe des chemischen Recyclings.

Trivia

• Deutschland stieg mit einem Giganten in die moderne Windkraftnutzung ein.  Am 4. Oktober 1983 ging Growian im Dittmarscher Kaiser-Wilhelm-Koog in Betrieb. Die beiden Flügel mit 100 Metern Durchmesser hingen an einem Turm, der fast so hoch ist wie der Kölner Dom.
• Der größte Windrad der Welt steht seit Sommer 2023 in China und hält mit einer Höhe von 280 Metern den aktuellen Weltrekord.
• Immer wieder wird behauptet, dass Windenergie erhebliche Folgen für die Umwelt habe. Doch auch wenn Studien zeigen, dass es lokal zu einer Veränderung der bodennahen Temperatur kommen kann - von Dürre kann nicht die Rede sein.