Zur Erlangung des akademischen Grades
D i p l o m i n g e n i e u r ( F H )
dem Fachbereich Bauingenieurwesen / Architektur
der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) vorgelegte 

Diplomarbeit

Bauwirtschaftliche und baubetriebswirtschaftliche Untersuchung zum
Einsatz der Windkraft unter Berücksichtigung neuer  technologischer Entwicklungen

von 

Wibke Persicke

24.06.2003

Thesen
These 1: Gesetzliche Rahmenbedingungen sichern die Vergütung und fördern den Einsatz erneuerbarer Energieträger.
These 2: Investitionen in Windkraftanlagen lohnen sich.
These 3: Um Windkraftanlagen optimal auszunutzen, sind umfangreiche Voruntersuchungen durchzuführen.
These 4: Anlagen der Firma Enercon haben sich auf dem Markt bewährt und bieten somit eine sichere Investitionsmöglichkeit für den Betreiber.
These 5: Neue Technologien wie Bluenergy können bezüglich ihrer Effizienz und Wirtschaftlichkeit schon im Vorfeld durch Vergleichsberechnungen genau abgeschätzt werden.
These 6: Unter den getroffenen Annahmen lohnt sich eine Investition in Bluenergy – Anlagen nicht.
These 7: Beim Einsatz von Windkraftanlagen ergeben sich häufig Akzeptanzprobleme in der Bevölkerung.

Inhaltsverzeichnis

Anlagenverzeichnis ... 4

1. Einleitung  ... 5

2. Rahmenbedingungen  ... 7
2.1. Instrumente ... 7
2.1.1. Ordnungsrechtliche Instrumente ... 9
2.1.1.1. Ökologische Steuerreform (ÖSR)  ... 9
2.1.1.2. Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)  ... 11
2.1.1.3. Energiewirtschaftsgesetz (EnWG)  ... 13
2.1.1.4. Bundes-Immissionsschutz-Gesetz (BImSchG)  ... 15
2.1.1.5. Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG)  ... 18
2.1.1.6. Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm)  ... 20
2.1.1.7. Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG)  ... 22
2.1.2. Monetäre Instrumente ... 24
2.1.2.1. Fördermöglichkeiten auf EU-Ebene ... 24
2.1.2.2. Fördermöglichkeiten auf Bundesebene ... 26
2.1.2.3. Fördermöglichkeiten auf Landesebene  ... 28
2.2. Biologie und Technik von Windkraftanlagen  ... 30
2.2.1. Der Wind-Prozess ... 32
2.2.1.1. Entstehung von Wind ... 32
2.2.1.2. Geographische Verteilung der Windgeschwindigkeiten  ... 36
2.2.1.3. Windstärke und Windgeschwindigkeitsverteilungen ... 39
2.2.1.4. Einfluss der Umgebung und der Höhe  ... 43
2.2.2. Verfahrenstechniken ... 46
2.2.2.1. Allgemeiner Aufbau von Windkraftanlagen  ... 46
2.2.2.2. Verfahrenstechnische Kenngrößen von Windkraftanlagen  ... 51
2.2.3. Enercon E-40 - Windkraftanlagen mit horizontaler Rotorwelle ... 54
2.2.3.1. Aufbau der Enercon E-40  ... 54
2.2.3.2. Verfahrenstechnische Größen der Enercon E-40  ... 58
2.2.4. Bluenergy Solare Windturbine  ... 59
2.2.4.1. Aufbau der Bluenergy Solaren Windturbine  ... 60
2.2.4.2. Aufbau und Funktion einer Solarzelle ... 62
2.2.4.3. Verfahrenstechnische Größen der Solaren Windturbine ... 65
2.2.5. Speicherung und Verwertung  ... 67
2.2.5.1. Grundsätzliche Nutzungsmöglichkeiten  ... 67
2.2.5.2. Windenergie zur Stromversorgung ... 69
2.2.5.3. Verlustquellen einer Windkraftanlage ... 71

3. Methoden und Betrachtungen  ... 73
3.1. Ökonomische Methoden ... 73
3.1.1. Grundlagen der Investitionsrechnung ... 73
3.1.2. Kapitalwertmethode  ... 79
3.1.3. Interne Zinsfuß-Methode  ... 81
3.1.4. Amortisationsmethode  ... 83
3.1.5. Liquidität und Finanzplan ... 84
3.2. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen  ... 85

4. Gegenüberstellung Enercon E-40 / Bluenergy Solare Windturbine ...  90
4.1. Windpark Enercon E-40 ... 92
4.1.1. Investitionskosten  ... 92
4.1.2. Finanzplan  ... 93
4.1.3. Zahlungsströme  ... 94
4.2. Windpark Bluenergy Solare Windturbine ... 96
4.2.1. Kostenschätzung  ... 96
4.2.2. Investitionskosten  ... 96
4.2.3. Finanzplan  ... 97
4.2.4. Zahlungsströme  ... 97

5. Auswertung ... 99

6. Schlussbemerkungen mit Ausblick  ... 106

Abbildungsverzeichnis  ... 108
Tabellenverzeichnis  ... 109
Literatur- und Quellenverzeichnis  ... 110
Gesetze – Verordnungen – Vorschriften  ... 113

Anlagenverzeichnis
Anlage 1 Investitionsplan Windpark Enercon
Anlage 2 Finanzplan Windpark Enercon
Anlage 3 Kostenschätzung Bluenergy Solare Windturbine
Anlage 4 Investitionsplan Windpark Bluenergy
Anlage 5 Finanzplan Windpark Bluenergy

1. Einleitung

Unsere heutige Energieversorgung basiert überwiegend auf fossilen Energieträgern wie Erdgas, Erdöl, Stein- oder Braunkohle. Durch die zunehmende Ausbeutung der Ressourcen wird die Förderung in Zukunft immer schwieriger, technisch aufwendiger, riskanter und kostspieliger. Sollte der Umfang der fossilen Energienutzung weiter anhalten oder gar noch steigen, werden sämtliche erreichbaren Vorkommen von Erdöl und Erdgas bereits im 21. Jahrhundert aufgebraucht. Lediglich die Kohlevorräte werden noch über einen längeren Zeitraum verfügbar sein. Somit können zukünftige Generationen auf diese Energieträger nicht mehr zurückgreifen. Auch die zunehmende Umweltzerstörung, wie beispielsweise durch den Treibhauseffekt oder das Waldsterben, findet ihre Ursache in der nicht genügend nachhaltigen Energieversorgung. Deshalb ist es notwendig, alternative Energiequellen zu finden und zu nutzen. Neben Wasser, Sonne, Erdwärme und Biomasse ist die Windkraft eine Möglichkeit zur Energiegewinnung.

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit dem Schwerpunkt der Stromversorgung durch den Einsatz von Windkraftanlagen unter bauwirtschaftlichen und baubetriebswirtschaftlichen Aspekten. Dabei werden bereits bestehende Anlagen im Vergleich zu neuen technologischen Entwicklungen untersucht. Betrachtet wird das marktgängige Modell E-40 der Firma Enercon und das Modell Solare Windturbine der Firma Bluenergy, welches erst im Jahr 2004 zum Verkauf angeboten wird.

Am Beginn dieser Arbeit werden rahmengebende Gesetze und Fördermöglichkeiten aufgezeigt. Dem schließen sich technische Verfahrensweisen der Windkraftnutzung an. Nähere Erläuterung finden hier der Entstehungsprozess und die Eigenschaften des Windes sowie der Aufbau, zugehörige Kenndaten und allgemeine Nutzungsmöglichkeiten der zu betrachtenden Anlagen. Eine Analyse von Methoden zur Investitionsrechnung und von Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen bildet die Grundlage der nachfolgenden Gegenüberstellung. In Form eines Windparkprojektes erfolgt die ökonomische Untersuchung der Enercon E-40 und der Bluenergy Solaren Windturbine. Die anschließende Auswertung sowie der Ausblick sollen zeigen, wie der heutige Stand der Windkraftnutzung und neuer Entwicklungen auf diesem Gebiet ist und welche Potentiale sich dazu noch eröffnen lassen.

2. Rahmenbedingungen

Um den Bau und den Betrieb einer Windkraftanlage zu realisieren, muss ein Energieversorgerunternehmen verschiedene Gesetze und Verordnungen beachten sowie Kenntnisse über Verfahrenstechniken zur effektiven Nutzung der Windenergie besitzen. Ebenso spielen entsprechende Fördermöglichkeiten für Investitions- und Kostenfragen eine bedeutsame Rolle. Weiterhin müssen Aufstellungsort, Größe und Anzahl der Anlagen in Bezug auf das vorhandene Windpotential sowie die Betriebsweise geklärt werden.

2.1. Instrumente

Da fossile Energieträger in ihrer Vorrätigkeit fast erschöpft sind, besteht verstärkt die Nachfrage nach Alternativen für die zukünftige Energieversorgung.

Als Beitrag zur Weltkonferenz für Nachhaltige Entwicklung in Johannesburg (August/September 2002) beschloss die Bundesregierung eine Nachhaltigkeitsstrategie als Handlungsanleitung für eine umfassende zukunftsfähige Politik, um der Generationen übergreifenden Verantwortung für eine ökonomisch, ökologisch und sozial tragfähige Entwicklung gerecht zu werden. Ein Schwerpunkt ist die sichere Energieversorgung mit dem Ziel einer weiteren Reduzierung der Treibhausgase. Bis zum Jahr 2005 sollen die Kohlendioxidemissionen um 25 % vermindert werden. Die Effizienz bei der Erzeugung und dem Verbrauch von Energie soll durch eine Erhöhung des Wirkungsgrades von stromproduzierenden Kraftwerken gesteigert werden. Die Aufmerksamkeit gilt dabei besonders den KWKAnlagen (Kraft-Wärme-Kopplung) mit Wirkungsgraden bis über 90 %. Weiterhin spielt der umweltverträgliche Ausbau von Erneuerbaren Energien eine wichtige Rolle. Als erneuerbare Energieträger gelten Wasser, Wind, Sonnenstrahlung, Biomasse und Erdwärme. Ziel ist es, bis Mitte des Jahrhunderts rund die Hälfte des Energieverbrauchs durch den Einsatz alternativer Energiequellen zu decken (vgl. /1/).

Abbildung 1: Zukünftige Energieversorgung - Szenario /2/
[in Downloaddatei enthalten]

Ein mögliches Orientierungsszenario für die zukünftige Energieversorgung wird in der oben dargestellten Abbildung verdeutlicht. Die Energieerzeugung durch alternative Träger soll zunehmend gesteigert werden. Gleichzeitig wird die Verringerung des Einsatzes von fossilen Rohstoffen angestrebt.

2.1.1. Ordnungsrechtliche Instrumente

Zahlreiche Gesetze und Verordnungen bilden Grundlagen zur Verbesserung der rechtlichen, strukturellen und administrativen Rahmenbedingungen für die Nutzung erneuerbarer Energien und können sowohl Anreiz als auch Auflage sein. Bei der Errichtung und dem Betrieb einer Windkraftanlage müssen einige dieser Rahmenbedingungen beachtet werden, welche im Folgenden näher betrachtet werden (siehe Gesetze – Verordnungen - Vorschriften).

2.1.1.1. Ökologische Steuerreform (ÖSR)

Ziel der Bundesregierung ist es, durch die ökologische Steuerreform zum Energiesparen und zur rationellen Energieverwendung anzuregen sowie erneuerbare Energien zu fördern. Diese Säulen der Energiewende sind neben dem Atomausstieg entscheidend für den Klimaschutz und schaffen Arbeitsplätze.

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