In der vorliegenden Bachelorarbeit wird untersucht, inwiefern Kleinwindkraftanlagen in Nordrhein-Westfalen wirtschaftlich betrieben werden können. Dazu werden zunächst die physikalischen und technischen Grundlagen der Windenergie erläutert, die Definition einer Kleinwindkraftanlage vorgenommen und nachfolgend ein Überblick zu den verschiedenen Bauformen gegeben. Anschließend werden die für die Planung notwendigen Informationen herausgearbeitet.
In der abschließenden Wirtschaftlichkeitsanalyse werden die in Nordrhein-Westfalen vorhandenen Windverhältnisse berücksichtigt, um Energieerträge für verschiedene Anlagentypen in unterschiedlichen Preisklassen zu berechnen. Die schlussendliche Gegenüberstellung der Kosten im Vergleich zum Strombezug hat gezeigt, dass eine Investition einer Kleinwindkraftanlage sich unter Berücksichtigung bestimmter Randbedingungen als rentabel erweisen kann.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Nutzung der Windkraft
1.2 Ziele und Vorgehensweise
2 Grundlagen und Definitionen
2.1 Folgen vom Klimawandel für den Wind
2.2 Physikalisches Prinzip der Windkraft
2.2.1 Höhenprofil der Windgeschwindigkeit
2.2.2 Rauigkeitsklassen der Erdoberfläche
2.3 Einordnung der Erneuerbaren Energien
2.4 Erneuerbare Energien Gesetz
2.5 Definition einer Kleinwindkraftanlage
3 Technik von Kleinwindkraftanlagen
3.1 Funktionsweise der Energieumwandlung
3.2 Leistung und Energieertrag
4 Bauformen von Kleinwindanlagen
4.1 Vertikale Drehachsen
4.2 Horizontale Drehachsen
5 Standortevaluierung
5.1 Geländebeschaffenheit
5.2 Gesetzliche und regulative Anforderungen
5.2.1 Genehmigungspflicht
5.2.2 Schallemissionen
5.3 Ermittlung der Windverhältnisse
5.3.1 Windkarten
5.3.2 Windmessung
5.3.3 Häufigkeitsverteilung
5.3.4 Jährlicher Energieertrag
6 Wirtschaftlichkeitsanalyse
6.1 Mittlere Windgeschwindigkeit in NRW
6.2 Investitionskosten
6.2.1 Kosten für Kleinwindkraftanlagen
6.2.2 Kosten für den Mast
6.2.3 Sonstige Kosten
6.2.4 Gesamtkosten
6.3 Ertragsprognose
6.4 Wirtschaftlichkeitsvergleich
7 Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Bachelor-Thesis untersucht, ob und unter welchen Bedingungen der Betrieb von Kleinwindkraftanlagen für Gewerbetreibende in Nordrhein-Westfalen wirtschaftlich rentabel umgesetzt werden kann.
- Grundlagen der Windenergietechnik und Definition von Kleinwindkraftanlagen
- Analyse standortspezifischer Faktoren wie Gelände und gesetzliche Anforderungen
- Methodische Ermittlung von Windverhältnissen und Ertragsprognose
- Wirtschaftliche Gegenüberstellung verschiedener Anlagentypen und Investitionskosten
Auszug aus dem Buch
2.2 Physikalisches Prinzip der Windkraft
Der Ursprung des Windes ist im Wesentlichen die Sonne. Die Wärme der Sonneneinstrahlung wird von der Erdoberfläche absorbiert und in die darüber liegende Atmosphäre zurückgegeben.
Da die Erdoberflächenbeschaffenheit in Bezug auf Vegetation je nach Region variiert, ändert sich entsprechend auch die Fähigkeit der Wärmeaufnahme. Die unterschiedlichen Absorptionskräfte verursachen starke Schwankungen in der Atmosphäre, die sich wiederum in Druck-, Dichte- sowie Temperaturschwankungen widerspiegeln. An den Polen ist die Luft kühl, sodass sie absinkt und ein Hochdruckgebiet erzeugt. Um den Äquator ist die Luft wiederum wärmer, die Luftdichte nimmt ab, die Luft steigt auf und es bildet sich ein Tiefdruckgebiet. Um die unterschiedliche Druckzonen auszugleichen, wandert die Luft in großen Höhen von Hoch- zu Tiefdruckgebiet. In Bodennähe fließt die Luftströmung in umgekehrter Richtung zurück und der Luftkreislauf wird geschlossen.
Die Erdrotation spielt eine weitere wesentliche Rolle für die Entwicklung der Windrichtung. Durch die Drehbewegung der Erde entsteht die Corioliskraft, welche dazu führt, dass die Luftmassen auf der Nordhalbkugel nach rechts (in Strömungsrichtung gesehen) und auf der Südhalbkugel nach links driften. Dieser Prozess verursacht eine spiralförmige Luftausgleichsbewegung, wie sie auch aus den Wolkenbildern von Tiefdruckgebieten bekannt ist.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die historische Bedeutung der Windkraft ein, diskutiert deren heutige Relevanz im Kontext der Energiewende und präzisiert die Zielsetzung der Arbeit bezüglich der Wirtschaftlichkeit von Kleinwindanlagen.
2 Grundlagen und Definitionen: In diesem Kapitel werden die klimatischen und physikalischen Grundlagen der Windenergie sowie die gesetzlichen Rahmenbedingungen und technischen Definitionen einer Kleinwindkraftanlage erläutert.
3 Technik von Kleinwindkraftanlagen: Das Kapitel befasst sich mit der funktionalen Energieumwandlung und den Einflussfaktoren auf die Leistung sowie den jährlichen Energieertrag.
4 Bauformen von Kleinwindanlagen: Hier werden unterschiedliche technische Ausführungen, insbesondere vertikale und horizontale Drehachsen, analysiert.
5 Standortevaluierung: Dieses Kapitel behandelt die komplexen Anforderungen an die Standortwahl, inklusive Geländebeschaffenheit, rechtlicher Vorgaben, Schallemissionen und Methoden zur Ermittlung der Windverhältnisse.
6 Wirtschaftlichkeitsanalyse: Hier werden mittels konkreter Preismodelle und Windverhältnisse in NRW Investitionskosten und Ertragsprognosen gegenübergestellt, um die Wirtschaftlichkeit zu bewerten.
7 Zusammenfassung und Fazit: Das Fazit fasst die Ergebnisse der Analyse zusammen und diskutiert die Herausforderungen sowie Zukunftsperspektiven für Gewerbetreibende bei der Investition in Kleinwindenergie.
Schlüsselwörter
Kleinwindkraftanlagen, Windenergie, Wirtschaftlichkeit, Nordrhein-Westfalen, EEG, Energiewende, Ertragsprognose, Standortevaluierung, Investitionskosten, Rotorblätter, Strombezug, Eigenverbrauch, Windmessung, Leistungskennlinie, Windgeschwindigkeiten.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelor-Thesis grundsätzlich?
Die Arbeit analysiert die wirtschaftliche Umsetzbarkeit und Rentabilität von Kleinwindkraftanlagen für Gewerbetreibende innerhalb von Nordrhein-Westfalen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Analyse?
Die Untersuchung umfasst die physikalischen Grundlagen, technische Bauformen, standortspezifische Genehmigungsverfahren sowie eine detaillierte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.
Welches primäre Ziel verfolgt die Forschungsarbeit?
Ziel ist es zu ermitteln, unter welchen spezifischen Bedingungen eine Investition in eine Kleinwindanlage für gewerbliche Akteure aktuell wirtschaftlich sinnvoll ist.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es erfolgt eine vergleichende Analyse technischer Daten und Kostenmodelle verschiedener Anlagentypen unter Einbeziehung regionaler Winddaten für NRW und ökonomischer Rechenbeispiele.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in Grundlagen, Technik, Bauformen, Standortbewertung sowie eine umfassende Wirtschaftlichkeitsanalyse, die Stromkosten und Energieerträge vergleicht.
Durch welche Schlüsselwörter wird die Arbeit charakterisiert?
Zentrale Begriffe sind Kleinwindkraftanlagen, Wirtschaftlichkeit, NRW, Energiewende, Ertragsprognose und standortspezifische Windverhältnisse.
Warum ist die Wahl des Standortes für Kleinwindanlagen so entscheidend?
Da Kleinwindkraftanlagen oft in bebauten Gebieten aufgestellt werden, können Hindernisse wie Gebäude oder Bäume Turbulenzen erzeugen, die das Windpotenzial und damit die Rentabilität massiv schmälern.
Welche Rolle spielt die Leistungskennlinie bei der Kaufentscheidung?
Sie dient als wichtigstes Instrument, um die Reaktionsweise einer Anlage auf unterschiedliche Windgeschwindigkeiten zu beurteilen und den zu erwartenden Energieertrag am spezifischen Standort abzuschätzen.
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- Lucas Saretzki (Autor), 2020, Wirtschaftliche Betrachtung von Kleinwindkraftanlagen für den Einsatz von Gewerbetreibenden, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1324395
