Regenerative Energien in Deutschland. Ziele, Trends und Prognosen im Bereich Windkraft


Hausarbeit (Hauptseminar), 2019

18 Seiten, Note: 1,7


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Begriffsdefinitionen
2.1 Windkraftanlagen
2.2 Windparks
2.4 Onshore- und Offshore-Anlagen

3. Windkraftanlagen
3.1 Aufbau
3.2 Funktionsweise
3.3 Kategorisierung

4. Ziele

5. Trends

6. Prognosen

7. Schlussfolgerungen/Zusammenfassung

8. Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Aufbau einer Onshore-Anlage

Abbildung 2: Aufbau einer Offshore-Anlage

Abbildung 3: Rotorblattform einer Windkraftanlage

Abbildung 4: Mittlere Windgeschwindigkeiten in Deutschland

Abbildung 5: Entwicklung der Windstromeinspeisung

Abbildung 6: Gesamtleistungen von Windkraftanlagen der Bundesländer

1. Einleitung

Bereits im siebten Jahrhundert, im heutigen Iran, wurde die Windkraft für das Betreiben von Pumpen zur Bewässerung von landwirtschaftlich genutzten Flächen, und bei Mühlen zum Mahlen von Getreide verwendet. Die ersten Windmühlen in Deutschland wurden im 12. Jahrhundert erbaut. Ab dem 16. Jahrhundert wurden in Holland erstmalig Mühlen errichtet, bei welchen sich nur der obere Teil der Mühle dem Wind nach drehte (Dannen­berg et al. 2012:73). Die Kapazität der Windmühlen in Deutschland erreichte in den 1880er Jahren ihren Höchstwert von etwa 20.000 (Mende 1993:291, Dannenberg et al. 2012:73). Ein dänischer Physiker namens Poul La Cour baute im Jahr 1891 die erste Windenergieanlage, welche verbunden war mit einem Generator und Strom und Wasser­stoff erzeugte (Dannenberg et al. 2012:73). 1991 wurde das Stromeinspeisungsgesetz veröffentlicht, welches privaten Windenergieunternehmen Vergütungen für ihren in das deutsche Stromnetz beförderten Strom zusicherte (Fischedick/Hennicke 2007:52). Im Jahr 2000 wurde dann das Erneuerbare-Energien-Gesetz umgesetzt, wodurch Investiti­onen in eine Windenergieanlage attraktiv und vor allem auch lukrativ wurden, da erneut Vergütungen über eine Periode von 15 bis 20 Jahren versprochen wurden. Außerdem wurden Elektrizitätsversorgungsunternehmen dazu verpflichtet, den Windstrom primär einzuspeisen (Dannenberg et al. 2012:20). Die ersten deutschen Windenergieanlagen auf dem Meer wurden 2009 erbaut und im April 2010 in dem Windpark Alpha Ventus, welcher aus 12 Windenergieanlagen besteht und circa 60 Kilometer vor der nordwestli­chen deutschen Nordseeküste liegt, in Betrieb genommen (Sommer 2015:20). Im Jahr 2011 kam es dann am Kernkraftwerk Fukushima in Japan durch ein Erdbeben und des­sen Folgen zu einer Nuklearkatastrophe. Im selben Jahr beschloss der Deutsche Bun­destag einen vollständigen Atomausstieg bis zum Jahr 2022 zu verwirklichen. Somit sollte es zu einer Umstrukturierung der deutschen Energieversorgungsstruktur kommen. Diese Situation lenkte das Licht auf die erneuerbaren Energien und unter anderem auch auf die Windenergie (Dannenberg et al. 2012:20). Im Folgenden dieser Hausarbeit wird eine Windkraftanlage in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise erklärt und erläutert und Ziele, Trends und Prognosen der Windenergie in der Bundesrepublik Deutschland herausgear­beitet.

2. Begriffsdefinitionen

2.1 Windkraftanlagen

Nach Fischedick/Hennicke (2007:48) wird eine Windkraftanlage wie folgt definiert: „Mit Hilfe einer Windkraftanlage (auch häufig Windenergieanlage genannt, WEA) kann die Strömungsenergie des Windes in mechanische bzw. elektrische Energie umgewandelt werden.“

2.2 Windparks

Windparks sind auf einem Standort konzentrierte Windkraftanlagen. Ein Windpark muss mindestens drei Windenergieanlagen umfassen, um als ein solcher zu gelten. Darüber hinaus wird ein bestimmter Mindestabstand zwischen den Anlagen gefordert, um die Leistungsfähigkeit des Windparks nicht zu beeinträchtigen. Denn dadurch, dass eine Windkraftanlage dem Wind seine Energie entzieht, entsteht ein sogenannter „Schatten“ hinter dieser. Erst nach einer gewissen Strecke hinter einer solchen Anlage erlangt die Windströmung die gleiche Energie, die sie vor dem Durchqueren der Windenergieanlage besaß. Die Mindestabstände betragen in Hauptwindrichtung 8 bis 10 Durchmesser des jeweiligen Rotors und orthogonal dazu 4 bis 5 Rotordurchmesser (Brücher 2009:188).

2.4 Onshore- und Offshore-Anlagen

Im Allgemeinen werden Onshore- und Offshore-Anlagen darin unterschieden, ob sie sich auf dem Land (Onshore) oder im Wasser (Offshore) befinden (Sommer 2015:15). Die genaue Differenzierung zwischen Onshore und Offshore wird jedoch genauer beschrie­ben (Sommer 2015:17). Somit wird jede Anlage, „[...] die sich inlandseitig der Küstenlinie [...]“ (Sommer 2015:17) befindet als Onshore-Anlage bezeichnet. Die Küstenlinie wird als „[.] die Linie der unteren Sturmflutgrenze [.]“ (Kelletat 1999:86 zit. in Sommer 2015:17) beschrieben.Jene Windkraftanlagen, welche sich nicht inlandseitig der Küstenlinie befin­den, werden als Offshore-Anlagen bezeichnet (Sommer 2015:17).

3. Windkraftanlagen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Abbildung 1: Aufbau einer Onshore-Anlage) (Fischedick/Hennicke 2007:49)

Die vier Hauptbestandteile einer Windenergieanlage sind das Fundament, der Turm, die Gondel und der Rotor. Es gibt zwei Arten von Fundamenten. Zum einen gibt es das Flachfundament und zum anderen die Tiefgründung. Das Flachfundament besteht aus einer vorkonstruierten Stahlform, in welche Beton eingefüllt wird. Außerdem wird diese Fundamentart an Standorten mit belastbarem und stabilem Bauplatz verwendet. Bei ei­ner Tiefgründungwerden Stahlbetonpfähle in den Boden gearbeitet, bis diese auf belast­baren Bodenschichten stehen. Anschließend werden die Pfähle mit Stahlbetonplatten verbunden, welche sich auf der oberen Seite des Fundaments befinden. Des Weiteren wird die Tiefgründung an Standorten mit instabilen Baugebiet angewandt. Auf dem Fun­dament befindet sich zunächst der Turm. Es wird zwischen drei Turmarten unterschei­den. Die erste Turmart wird als Stahlturm beschrieben, die zweite als Betonturm und die dritte als Gittermastturm. Der Stahlturm hat eine Wanddicke von 2 bis 4 Zentimetern und besteht aus 2 bis 4 Bauelementen, welche verschraubt oder verschweißt werden. Dar­über hinaus ist dieser kegelförmig. Dies hat zum einen den Grund, dass auf diese Weise weniger Material gebraucht wird und zum anderen, dass somit eine größere Standhaf­tigkeit des Turms gewährleistet wird (Dannenberg et al. 2012:81). Ein Betonturm wird bereits als fertige Betonturmkonstruktion angeliefert, vor Ort aufgebaut und schließlich mit Stahlseilen verspannt. Der Gittermastturm ist eine turmartige „[...] Fachwerkskon­struktion aus Stahl [...]“ (Dannenberg et al. 2012:82). Das heißt er besteht aus Stahlstä­ben, welche miteinander verbunden sind und somit eine gesamtes Turmkonstrukt erge­ben. Auf dem Turm befinden sich die Gondel und der Rotor, welche zusammen mehrere Tonnen wiegen (Dannenberg et al. 2012:81). Die Gondel ist nach dem Rotor das wich­tigste Bauteil einer Windkraftanlage. „Antriebswelle, Hauptlager, Getriebe, Generator, Windrichtungsnachführung, Steuerungs- und Sicherheitssysteme befinden sich in der Gondel.“ (Dannenberg et al. 2012:82). Die Windrichtungsnachführung ist jedoch nur bei größeren und modernen Windenergieanlagen ein Bestandteil, während ältere und klei­nere Anlagen ihre Ausrichtung zum Windstrom selbstständig ändern (Fischedick/Henni- cke 2007:50). Teilweise ist in der Gondel auch ein Transformator zu finden, meistens steht jedoch eine Transformatorstation in unmittelbarer Nähe zu der Windenergieanlage. Der Rotor ist direkt mit der Gondel verbunden (Dannenberg et al. 2012:82). In der Mitte eines Rotors befindet sich die Rotornabe und an dieser sind wiederum vorherrschend drei Rotorblätter angebracht, welche meistens aus Faserverbundstoff bestehen (Fische- dick/Hennicke 2007:49). Es sind ausgerechnet drei Rotorblätter, da diese den besten Wirkungsgrad haben. Noch mehr Rotorblätter anzubringen würde einen zu hohen Mate­rialaufwand und zu hohe Kosten mit sich bringen, und weniger Rotorblätter würden eine deutlich niedrigere Leistung bringen. Des Weiteren werden Windenergieanlagen darin unterschieden, ob diese ein Luv- oder ein Leeläufer sind. Luvläufer drehen sich nach der Windrichtung vor dem Turm und Leeläufer nach der Windrichtung hinter dem Turm (Dan­nenberg et al. 2012:82).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Abbildung 2: Aufbau einer Offshore-Anlage) (Guerrero-Lemus/Martmez-Duart 2012:159)

Eine Offshore-Anlage unterscheidet sich, wie in Abbildung 2 zu erkennen ist, in Bezug auf den Aufbau nicht viel von einer Onshore-Anlage (siehe: Abbildung 1). Die Unter­schiede bestehen darin, dass eine Windenergieanlage auf dem Wasser zusätzliche Ser­vice-Plattformen und einen Service-Kran besitzt (Guerrero-Lemus/Martinez-Duart 2012:159).

3.2 Funktionsweise

Eine Windenergieanlage produziert Strom und ist erst wirtschaftlich profitabel ab einer mittleren Windgeschwindigkeit von 4 bis 5 Metern pro Sekunde (Nentwig 2005:208, Brücher 2009:185, Dannenberg et al. 2012:83). Die Nenngeschwindigkeit einer Wind­kraftanlage liegt je nach Größe der Anlage zwischen 12 und 16 Metern pro Sekunde (Fischedick/Hennicke 2007:50). Bei dieser Geschwindigkeit erreicht eine Windenergie­anlage ihre höchstmögliche Leistung (Fischedick/Hennicke 2007:51). Die Leistungsfähig­keit einer Anlage steigt mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit des Windes. Dies kann an einem, zur besseren Verständlichkeit, vereinfachtem und unrealistischem Beispiel er­klärt werden. Es wird davon ausgegangen, dass zwei identische und leistungsgleiche Windkraftanlagen vorliegen. Die Rahmenbedingungen unterscheiden sich jedoch. An­lage A leistet bei einer Windgeschwindigkeit von 1 Meter pro Sekunde 1 Megawatt1. An­lage B dagegen leistet bei einer Windgeschwindigkeit von 10 Metern pro Sekunde (103=1000) 1000 Megawatt (Fischedick/Hennicke 2007:49). Weht der Wind stark genug, werden die einzelnen Rotorblätter durch Auftrieb in Bewegung gebracht.

[...]


1 1 Megawatt = 1.000 Kilowatt

Ende der Leseprobe aus 18 Seiten

Details

Titel
Regenerative Energien in Deutschland. Ziele, Trends und Prognosen im Bereich Windkraft
Hochschule
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen  (Geographisches institut)
Note
1,7
Autor
Jahr
2019
Seiten
18
Katalognummer
V1130368
ISBN (eBook)
9783346490216
ISBN (Buch)
9783346490223
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Regenerative Energien in Deutschland Ziele, Trends und Prognosen im Bereich Windkraft
Arbeit zitieren
Dominik Ginal (Autor:in), 2019, Regenerative Energien in Deutschland. Ziele, Trends und Prognosen im Bereich Windkraft, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1130368

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