Das Wichtigste über Windenergie, insbesondere
Offshore-Standortproblematik
Rolf Hinrichs - Allgemeines über Windenergie
Mit Windenergie sollte man
sich unbedingt auseinandersetzen, da sie zur Energiewende beiträgt. Erneuerbare
Energien wie die Windkraft, sind nämlich heute sehr wichtig. Seit dem Altertum
wird bereits Wind in andere Energieformen wie mechanische Energie umgewandelt.
Früher waren es hauptsächlich Segelschiffe, Windmühlen, bestimmte
Industriebetriebe und Wasserpumpen, welche Windenergie nutzten. Die Industriebetriebe
waren beispielsweise Baumwollspinnereien, Tuchwalkereien, Sägewerke für Holz,
Hersteller von Öl, Papier, Tabak und Leder. Aber auch in der Luftfahrt mit
Ballons war Windenergie wichtig. Erneuerbare Energien sind also heute
eigentlich nichts Neues.
Rolf Hinrichs - Heute wird Windenergie
mittels Windkraftanlagen hauptsächlich in elektrische Energie umgewandelt. Im
Jahre 2016 hatten alle weltweit bestehenden Windkraftanlagen eine
Gesamtnennleistung von 486,7 GW. Der größte Teil der Windenergieanlagen ist auf
dem Land. Nur ein kleiner Teil, mit einer Gesamtnennleistung von 14,4 GW ist
offshore, also auf dem Wasser.
Rolf Hinrichs - Alle Windkraftanlagen, die bis 2015 installiert
wurden, können 3,7 % des weltweiten Strombedarfs decken. Wenn der Standort
einer Windkraftanlage gut ist, kann der gewonnene Strom günstiger kommen, als
von einem neuen Kohle- oder Kernkraftwerk. Rolf Hinrichs - Generell sind heute sehr gute
Offshore-Anlagen in ihrer Stromproduktion günstiger als konventionelle
Kraftwerke. Besonders mit den dauernd steigenden Energiepreisen, wird sich
dieser Kostenvorteil weiter vergrößern. Wenn der Standort nicht genau passt,
kann es durchaus eine Kostenfrage sein, ob ein Windkraftwerk errichtet wird.
Die Standortgüte muss also genau betrachtet werden.
Erwähnenswert sind hier
einige physikalische Zusammenhänge. Rolf Hinrichs - Die Dichte der kinetischen Energie einer
Luftströmung steigt quadratisch mit der Windgeschwindigkeit an. Sie hängt
außerdem von der Luftdichte ab. Da die Leistungsdichte mit der Geschwindigkeit
stark ansteigt, wird klar, warum Offshore-Anlagen besonders interessant sind.
Die Anlagenhöhe ist dabei auch sehr wichtig, da sich die Windgeschwindigkeit in
Bodennähe aufgrund von Reibung verringert und auch Turbulenzen eintreten.
Rolf Hinrichs - Langfristig wird davon
ausgegangen, dass sich die Windenergie zur günstigsten Form der elektrischen
Energieproduktion entwickelt. Windkraft ist auch eine der umweltfreundlichsten,
sichersten und saubersten Energieressourcen. Der Eingriff in die Umwelt ist
dabei gering. Bei Betrachtung der Umwelteinflüsse der konventionellen
Kraftwerke, ist der Eingriff in die Umwelt sogar vernachlässigbar. Da Wind
weltweit im Überfluss bereitsteht, kann die Windenergie in Verbindung mit
anderen regenerativen Energiequellen den Großteil der benötigten elektrischen
Energie liefern. Rolf Hinrichs - Da Windenergie einen sehr geringen Kohlendioxidausstoß
aufweist, trägt sie bei der Eindämmung der globalen Erwärmung eine
entscheidende Rolle. Windkraftanlagen halten nach Erfahrungswerten bis zu 30
Jahre.
Seit der Elektrifizierung
spielt Windenergie eine besonders wichtige Rolle, da mit ihr elektrische
Energie erzeugt werden kann. Seit 1990 zählt die Windindustrie deshalb auch zu
den weltweit am schnellsten wachsenden Industriebranchen. Deutsche
Windkraftanlagenhersteller zählen heute zu den Weltmarktführern. Gründe hierfür
liegen wahrscheinlich hauptsächlich darin, dass sie in der Technologie führend
sind. Heute werden nämlich moderne Großturbinen mit variabler Drehzahl und
verstellbaren Rotorblättern entwickelt. Es werden meist drei Rotorblätter
verwendet. Besonders durch das Stromeinspeisungsgesetz von 1991 und das
Erneuerbare-Energien-Gesetz von 2000, wird der Aufwärtstrend in der Windkraft
vorangetrieben.
Rolf Hinrichs - Die Windenergie zählt zu
den erneuerbaren Energien, da sie regenerativ ist. Ähnlich wie die anderen erneuerbaren
Energien Solar, Holz, Biogas und Umweltwärme, ist Windenergie weltweit
verfügbar, Kosten sind niedrig und die Technik ist auch hochentwickelt.
Windenergie kann überall genutzt werden, aufgrund dessen unterscheidet man oft
nur zwischen onshore (auf dem Land) und offshore (auf dem Wasser). Eine
typische Onshore-Anlage hat heute etwa 2 - 5 MW. Rolf Hinrichs - Eine typische Offshore-Anlage
hat heute etwa 3,6 - 8 MW. Es ist allerdings ein klarer Anstieg der
durchschnittlichen Nennleistung absehbar.
Der Nennleistungsanstieg wird
hauptsächlich durch die Vergrößerung des Rotordurchmessers erreicht. In 2016
betrug der durchschnittliche Rotordurchmesser 109 m und heute sind bereits 130
m möglich. Prototypen haben aber bereits Rotordurchmesser von 160 - 170 m.
Anlagengesamthöhen von 200 m werden aber meist noch nicht überschritten. Eine
Spezialform von Windkraftanlagen sind Kleinanlagen im Inselbetrieb. Sie werden
im Leistungsbereich von einigen 100 W bis einigen kW wirtschaftlich eingesetzt.
Rolf Hinrichs - Die Standortproblematik der Windenergie
Wie eingangs bereits
erwähnt, sind nur knapp 3 % der installierten globalen Windenergieanlagen als
offshore zu verzeichnen. Die Gründe hierfür sind vielfältig und sollen in
diesem Artikel genauer betrachtet werden. Generell haben Windkraftanlagen
Auswirkungen auf die Tierwelt, Schallemissionen, Schattenwurf, Veränderung des
Landschaftsbildes und auf die Bevölkerung sowie auf den Verkehr. Es herrscht
eine vielschichtige Standortproblematik, die in diesem Artikel genauer
betrachtet werden soll.
Rolf Hinrichs - Es besteht bei Offshore
Windkraft beispielsweise eine höhere Standortproblematik, da es zu Kollisionen
mit Schiffen kommen kann. Des Weiteren kann die Meeresbiologie bei Offshore
Windkraft beeinträchtigt werden. Es ist beispielsweise unklar, wie Delfine auf diese
Anlagen reagieren. Die Verlegung von Seekabeln im Wattenmeer ist außerdem
problematisch, da es fast vollständig zu einem Nationalpark zählt. Hier gelten
besondere Eingriffsregelungen. Ein besonderes Problem ist auch, dass sich
manche Vogelarten gestört fühlen, andere dagegen nicht. Besonders während des
Baus kann die Meeresbiologie gestört werden, da dieser sehr lärmintensiv ist.
Das Gleiche gilt für die Vogelbestände auf dem Land.
Eine sinnvolle
Standortwahl ist dadurch gegeben, wenn Landwirte, Bevölkerung, Schifffahrt,
Flugverkehr und die Tierwelt kaum oder gar nicht beeinträchtigt werden, oder
sich zumindest daran gewöhnen. Um den Flugverkehr abzusichern, werden besonders
große Windkraftanlagen speziell gekennzeichnet. Dies kann auch per Radar erfolgen.
Rolf Hinrichs - Um die Vogel- und Fledermausbestände zu schonen, werden die
Standortverhältnisse der Tierwelt beachtet. Es ist durchaus möglich, Anlagen zu
bestimmten Zeiten, zum Vogelschutz abzuschalten. Die Vogelschwärme können dazu
auch überwacht werden.
Durch einen anderen Farbanstrich werden außerdem
Insekten nicht so stark angezogen. Dies hat dann auch Auswirkungen auf die
Vögel- und Fledermausbestände. Besonders der Schattenwurf wird oft als störend
empfunden. Um dieses Problem einzudämmen, wurden Grenzwerte vergeben. Außerdem
ist im Extremfall eine Abschaltung der Anlagen zu bestimmten Zeiten auch
möglich. Einen ähnlichen Effekt wie der Schattenwurf haben Reflexionen, die
aber durch eine besondere Lackierung unterbunden werden können.
Um die
Schallemissionen zu begrenzen, wurden Grenzwerte eingeführt. Diese werden durch
unterschiedlichste Aktionen erreicht. Durch spezielle Form der Rotorblätter,
kann nämlich die Aerodynamik verbessert werden. Es können auch spezielle
Dämpfungsmaterialien verbaut werden. Die Anlagen haben außerdem einen
schallreduzierten Betriebszustand.
Rolf Hinrichs - Die Standortproblematik
der Windkraftanlagen liegt unter anderem auch darin, dass verschiedene
Windklassen vorherrschen. Durch verschiedene Anlagentypen- und Klassen, sollen
die Windkraftanlagen an diese verschiedenen Windklassen angepasst werden.
Optimierungen wie diese, führen dazu, dass alte Anlagen abgebaut und durch neue
ersetzt werden.
Rolf Hinrichs - Wird durch die Windenergie die Umwelt
verschandelt?
Ein weiteres Problem ist
auch, dass die Umwelt verschandelt wird. In einer weltweiten Umfrage, sprachen
sich 2011 allerdings 93 % der Befragten für die Windenergie aus, sodass dies
ein untergeordnetes Problem sein dürfte. Da sich die Menschen an den Anblick
gewöhnen und jedem immer klarer wird, dass erneuerbare Energien gefördert
werden müssen, erfolgt auch eine Steigerung der Akzeptanz. Generell ist die
Ästhetik von Windkraftanlagen auch eine subjektive Frage. Durch
Beteiligungsprojekte kann es außerdem auch für viele Leute finanziell
interessant werden. Durch einen Flächennutzungsplan und mit Mindestabständen
soll auch verhindert werden, dass die Anlagen wild platziert werden.
Rolf Hinrichs - Windenergie ist eine Herausforderung für die
Technik
Offshore Windkraft ist
teurer als Onshore Windkraft. Für die Technik ist Offshore Windkraft auch eine
größere Herausforderung, da die Anlagen im Wasser sicher stehen müssen. Es wird
aber auch mit schwimmenden Konstruktionen gearbeitet. Diese Konstruktionen sind
aber noch sehr teuer. Eine technische Herausforderung ist auch die salzhaltige
Meeresluft.
Rolf Hinrichs - Da diese aggressiv ist, wirkt sie korrosionsgefährdend auf alle
Baugruppen. Dies kann die Anlagen schneller altern lassen. Durch umfangreiche
Schutzmaßnahmen wird dies unterbunden oder reduziert. Es sind
meerwasserbeständige Werkstoffe, Korrosionsschutzanstriche, Kapselung
bestimmter Baugruppen sowie die Belüftung der Türme und Maschinenhäuser mit
Überdruck.
Rolf Hinrichs - Eine besondere
Herausforderung bei Offshore Windkraft ist allerdings die Stromzuleitung. Es
müssen extra Stromkabel am Meeresboden über längere Entfernungen verlegt
werden. Da die Offshore-Windparks meist nicht in der Nähe der Küste sind, kann
zur Energieübertragung kein üblicher Drehstrom verwendet werden. Lange Kabel
haben nämlich die Eigenschaft, wenn sie von Wechselstrom gespeist werden, dass
sich kapazitive Blindleistung bildet.
Rolf Hinrichs - Diese muss entweder kompensiert oder
unterbunden werden. Um diese Blindleistung zu unterbinden, wird deshalb
Gleichstrom zur Übertragung verwendet. Über das Seekabel findet deshalb eine
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung statt. Man bezeichnet dies als
Offshore-HGÜ-System. Damit so eine Übertragung überhaupt möglich wird, benötigt
man einiges an Leistungselektronik. Dies ist eine technische Herausforderung,
die auch mit Kosten verbunden ist. Längere Zeit war auch die Einspeisung ein
Problem, da die direkt gekoppelten Generatoren nicht so netzverträglich waren.
Heute verwendet man Leistungselektronik, damit die Netzverträglichkeit sehr gut
wird.
Rolf Hinrichs - Offshore-Anlagen müssen
auch stabiler gebaut werden, da die Kräfte auf rauer See viel größer sind, als
an Land. Der Zugang zu Offshore-Anlagen ist auch nicht so einfach. Es werden
deshalb auch Hubschrauberlandeplattformen angebracht. Dies alles ist natürlich
mit Kosten verbunden.
Generell waren die
Fertigungskosten lange sehr hoch.
Rolf Hinrichs - Da man heute auf die im Automobilbau bekannte
Serienfertigung am Fließband setzt, werden die Kosten gedrückt. Eine
Standardisierung und Modularisierung der Produkte senkt die Kosten weiter.
Energetisch gesehen amortisiert sich eine Offshore-Anlage bereits nach fünf
Monaten. Dies bedeutet, dass nach dieser Betriebszeit genauso viel elektrische
Energie erzeugt wurde, wie für den vollständigen Anlagenaufbau inklusive
Entsorgung und Betrieb aufgewendet wird bzw. wurde.
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