Erneuerbare Energien: Windkraft in Deutschland


Hausarbeit, 2008
23 Seiten, Note: 1,7

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

EINLEITUNG

ERNEUERBARE ENERGIEN

WINDE UND IHRE RESSOURCEN

WINDENERGIENUTZUNG IN DEUTSCHLAND

WINDENERGIE-ANLAGEN

JOBMOTOR ERNEUERBARE ENERGIEN

GESETZLICHE FÖRDERUNG

WINDENERGIE ZU WASSER

BETRIEB EINER WINDENERGIE-ANLAGE

GENEHMIGUNG und RISIKEN-ABSCHÄTZUNG

VERSORGUNGSSICHERHEIT und KOSTEN

ZUKUNFT: ERNEUERBARE ENERGIEN

RESÜMEE

QUELLEN

EINLEITUNG

Fossile Rohstoffe werden knapp.

CO2-Ausschüttung belastet unsere Natur und Umwelt.

Anzeichen eines globalen Klimawandels, der globalen Erderwärmung werden immer deutlicher.

Die Risiken der atomaren Energiegewinnung treten vermehrt ins Bewusstsein einer mehr und mehr aufgeklärten Gesellschaft. Der Atomausstieg wird gefordert.

Die Strompreise steigen.

Das Verlangen nach der Stromgewinnung aus den so genannten „erneuerbaren Energien“ steigt stetig.

Doch, inwieweit haben die erneuerbaren Energien heute schon das Potential uns zu versorgen? Welche Möglichkeiten bieten sie uns?

Wie weit ist die Technik und die Forschung bereits fortgeschritten um uns Strom aus erneuerbaren Energien zugänglich zu machen? In welche Bereiche dringen sie vor?

Stellen die erneuerbaren Energien ein Risiko dar; für die Natur, für die Umwelt, für den Menschen?

Welche Vor- und Nachteile bringt der Einstieg in diese neue Branche mit sich?

Und, an welchem Punkt einer derartigen Entwicklung stehen wir bereits?

Die vorliegende Seminararbeit geht auf diese Fragestellungen ein. Wichtige Gesichtspunkte werden erläutert, Probleme und Hemmnisse kritisch betrachtet. Der Leser erhält einen Einblick in die momentane Situation und Stellung der erneuerbaren Energien am Beispiel der Windenergie in Deutschland.

Winde, sowie Windenergie-Anlagen werden beschrieben und erklärt.

Bereits bestrittene sowie zukünftig zu gehende Wege werden aufgezeigt Die Arbeit zeigt Möglichkeiten, die genutzt werden können, aber auch Hemmnisse, die noch bestehen; Sowohl in der Energiegewinnung selbst, als auch für die Umwelt, die Natur und den Menschen.

ERNEUERBARE ENERGIEN

Zwei Milliarden Menschen sind heute ohne gesicherten Zugang zu Elektrizität. Gleichzeitig steigt der weltweite Energieverbrauch der Industrienationen. Er wird sich in den nächsten 30 Jahren noch einmal um 60% erhöhen. Fossile und atomare Vorkommen sind endlich. Die weltweiten Vorräte an Öl, Gas und Uran, welche heute über drei Viertel des Weltweiten Energiehaushalts decken, sind in einigen Jahrzehnten erschöpft, und auch die Kohlevorräte sind begrenzt.

Bei gleichzeitigem Anstieg des Energiebedarfs wird es in naher Zukunft zu einer Verknappung der Energieressourcen kommen.

Die Folgen sind heute schon in Form steigender Preise zu spüren.

Quelle: Internationale Energie Agentur, Stand 2001

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Reichweite der Fossilen Rohstoffe

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

Studien belegen, dass eine Veränderung des Klimas auch in Deutschland drastische Folgen für Umwelt und Wirtschaft hat. Alleine der Sturm „Lothar“ von 1999 verursachte Schäden in Höhe von 11 Milliarden Euro. Der Rekord Sommer von 2003 verursachte Kosten von 10-17 Milliarden Euro. Ein stetiger Anstieg dieser Kosten von rund 137 Milliarden Dollar jährlich bis 2050 ist zu erwarten.

Quellen: Die ökonomischen Kosten des Klimawandels, DIW Wochenbericht 42/04

Sofortiges Handeln spart hohe Kosten, DIW-Wochenbericht 12-13/2005, Berlin 2005, Jahresrückblick Naturkatastrophen 2004, TOPICS geo, München 2005

Hinzu kommen die ungesicherte Entsorgung des Atommülls, sowie die Belastung durch die Verbrennung fossiler Energieträger.

Die erneuerbaren Energien dagegen sind unerschöpflich und bereits hier und heute verfügbar. Allein die Sonneneinstrahlung auf die Erde würde ausreichen, den Energiebedarf der Menschen über 10 000 Mal zu decken. Das weltweite Windpotenzial übersteigt den gesamten globalen Energiebedarf. Praktisch gesehen könnte bis zum Jahr 2050 mehr als die Hälfte des Energiebedarfs aus erneuerbaren Energien gedeckt werden.

Quelle: Studie zum Weltwindpotential, www.stanford.edu/group/efmh/winds

In Deutschland Versorgt die Windenergie mittlerweile 5,5% des Nettostromverbrauchs. Dieser Anteil könnte in den nächsten Jahrzehnten durch Ausbau von Windkraftanlagen zu Land und zu Wasser auf über 25% anwachsen.

Dennoch braucht eine grundlegende Umstellung der Energieversorgung Zeit. Engagierte Ausbauziele in überschaubaren Zeitintervallen helfen, die Energiewende einzuleiten.

Mit dem Ausbau der erneuerbaren En­ergien und dem beschlossenen Ausstieg aus der Atomenergie ist Deutschland im Kreis der Industrieländer Vorreiter einer nachhaltigen Ener­gieversorgung. Länder mit stark wachsendem Energiebedarf wie China und Indien werden die hier gemachten Erfahrungen zu nutzen wissen. Der Einsatz erneuerbarer Energien leistet über den Klimaschutz hinaus einen wirkungsvollen Beitrag für den internationalen Frieden und die Verbesserung der Lebens­qualität. Ihre Ziele sind darüber hinaus die Versorgungssicher­heit bei knapper werdenden Ressourcen, langfristig die Technologien zu entwickeln, die das Potenzial der erneuerbaren Energien erschlie­ßen und eine kostengünstige Energieversorgung zu gewährleisten. Die Zukunftsenergien Sonne, Wind, Wasser, Biomasse und Erdwärme sind technisch leicht beherrschbar, jedem Staat zugänglich und erfordern, im Gegensatz zur Atomkraft, weder heute noch in Zukunft eine Missbrauchskontrolle.

WINDE UND IHRE RESSOURCEN

Windenergie-Anlagen funktionieren nach einem einfachen Prinzip. Die Bewegungsenergie des Windes wird von den Rotorblättern in eine Drehbewegung gewandelt und mittels Generator, ähnlich dem Dynamo-Prinzip, in elektrischen Strom umgeformt.

Globale Winde entstehen durch Druckunterschiede auf der Erdoberfläche durch ungleiche Erwärmung der Erdoberfläche, die wiederum durch ungleiche Sonneneinstrahlung entsteht. (Vereinfachtes Beispiel: Einstrahlung ist am Äquator größer als an den Polen). Warme Luft steigt am Äquator auf und sinkt an den Polen. Zusätzlich erhöhen jahreszeitliche Verteilungen der Sonnenenergie die Variation der Zirkulation. Unterschiedliche Temperaturverteilungen führen zu Druckunterschieden innerhalb der Atmosphäre. Bewegungen der Luft, die diese stetigen Temperatur- und Druckunterschiede ausgleichen wollen führen zu globalen Winden. Druckausgleich in vertikaler Form wird durch die Gravitationskraft geregelt. Winde wehen also vorwiegend horizontal und erzeugen somit einen dauernden Druckunterschied. Die Zirkulation der Atmosphäre wird zudem von der Rotation der Erde beeinflusst (circa 600 km/h am Äquator, abnehmend gegen 0 km/h an den Polen).

Die Erde variiert zwischen großen Land- und großen Wassermassen. Diese wirken sich verschieden auf den Luftfluss, Absorption der Sonneneinstrahlung und die Luftfeuchtigkeit aus. Die Luftbewegung ist oft an die Zirkulation der Ozeane gekoppelt.

Daraus resultieren unterschiedliche Druckgebiete, die zu globalen und regionalen Winden führen.

Außerdem entstehen durch lokale Erwärmung oder Abkühlung lokale Windvorkommen, die jahreszeitlich oder tageszeitlich auftreten können.

Man kann Winde also nach ihrer Regelmäßigkeit bestimmen:

Über-jährlich: Winde, die immer (zumindest aber über Jahre hin gesehen) vorhanden sind

Jährlich: Winde, die jahreszeiten-spezifisch auftreten

Täglich: Winde, die tageszeitlich oder täglich variieren

Die Windgeschwindigkeit hängt stark von der lokalen Topografie und der Bodenbeschaffenheit ab. Viele Forscher betonen, dass der Einfluss der Umgebung auf den Energie-Output so groß ist, dass die Wirtschaftlichkeit des gesamten Projekts von einer sorgfältigen Wahl abhängt. Eine Grundeinteilung wäre hier die Unterscheidung zwischen flach (kleine Irregularitäten wie Wälder) und nicht-flach oder komplex (große Anstiege oder Gefälle. Hügel, Täler,…). Eingeteilt werden diese Unterscheidungen anhand von Höhenunterschieden innerhalb eines bestimmten Radius um die Windenergie-Anlage. Nicht-flache Gebiete, deren Einfluss auf die Windenergie-Anlage nur minimal ist (Wind bläst nur 5% der Zeit aus besagter Richtung, mit niedriger Durchschnittsgeschwindigkeit von 2m/s) werden als flach klassifiziert.

Für charakteristische Oberflächen wurde folgendes Verhältnis (als Exponent) bezüglich der Reibung ermittelt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: www.boxer99.de/windkraft_aerodynamik.htm, entnommene Zahlenbeispiele

Veränderungen bezüglich der Windrichtung können genauso schnell variieren wie die Windgeschwindigkeit. Kurzzeitige Veränderungen sind durch die turbulente Natur des Windes zu begründen. Jahreszeitliche Änderungen liegen hier bei weniger als 30°.

Um weltweite und auch lokale Ressourcen realistisch abzuschätzen geht man von den Potentialen des Windes aus. Man unterscheidet hierbei:

Meteorologisches Potential: Gesamt vorliegendes Windvorkommen

Lage-Potential: Bezieht sich auf das meteorologische Potential. Betrachtet werden aber nur Gebiete die für die Energiegewinnung nutzbar sind.

Technisches Potential: Errechnet sich durch das Potential der Lage bezogen auf die technisch möglichen Mittel.

Ökonomisches Potential: Das technische Potential, das ökonomisch realisiert werden kann.

Bereitstellungspotential: Berücksichtigt die Windenergie-Anlagen-Kapazität, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums errichtet werden kann.

Ein weiterer wichtiger Parameter in der Charakterisierung der Windressourcen ist der Anstieg der Windgeschwindigkeit mit zunehmender Höhe. (Windgeschwindigkeitsmessungen beziehen sich meist auf Messdaten in einer Höhe von 10 Metern.)

Eine Windressourcen-Vorhersage bestimmt die Produktivität einer Windenergie-Anlage, deren lokale Windgeschwindigkeiten bekannt sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bekannte durchschnittliche Windgeschwindigkeiten führen zu Leistungs-Abschätzungen

Quellen: links: Durchschnittliche Windgeschwindigkeiten im Jahr, vereinfacht dargestellt, Rohatgi and Nelson, 1994;

rechts: Abschätzbare Leistung pro Jahr, “Machine productivity curve”, Manwell, McGowan, Rogers “Wind Energy Explained”, 2006

Viele Studien über viele Teile der Welt wurden angefertigt um regional verfügbare Windenergie-Ressourcen zu ermessen. Einige dieser Studien führten zu detaillierten Wind-Atlassen in W/m² -Angaben oder anhand von Einteilungen in Wind-Power-Klassen. Diese reichen von Klasse 1 (Winde mit der niedrigsten Energie) bis Klasse 7 (Winde mit der größten Energie).

Winde ab Klasse 4 sind am besten geeignet für die meisten Windenergie-Anlagen. Klasse 3 ist geeignet für Windenergie-Anlagen mit höheren Turbinen. Die Klassen 1 und 2 sind für die Windenergie nicht zu gebrauchen.

Deutschland liegt in der Westwindzone und hat eine mittlere Windgeschwindigkeit von circa 4 m/s, wobei 70 % des Jahres ein Wind von <5 m/s weht.

Europäische und amerikanische Verbände haben anderen Ländern (Mexiko, Indonesien, Chile, Argentinien, Brasilien,…) technische Unterstützung zur Erschließung ihrer Windressourcen angeboten.

Quelle: Manwell, McGowan, Rogers „Wind Energy Explained“, 2006

WINDENERGIENUTZUNG IN DEUTSCHLAND

In Deutschland trat die Idee zur Windenergie-Nutzung erstmals nach der Ölkrise auf. Auf Grund der „Unzuverlässigkeit“ des Windes wurde ihr aber nur ein geringer Stellenwert beigemessen.

Auf eine Anfrage teilte das Forschungsministerium 1974 mit: „Windenergie hat nur geringe Priorität.“

Zu dieser Zeit entstand eine Kluft zwischen Befürwortern erneuerbarer Energietechniken und denen der Atomtechnik. An zentraler Stelle stand die Atomtechnik.

Eine grobe Abschätzung des Ministeriums besagte, dass wohl nur die Hälfte des Stromverbrauchs gedeckt werden könnte, tatsächlich eher noch weniger. Windenergie würde deshalb voraussichtlich nur eine begrenzte, lokale Bedeutung haben.

Eine Studie, die 2 Jahre später entstand kommt zu dem Ergebnis, dass (mit 30 000 Windenergie-Anlagen im MW-Bereich) eine Deckung des Strombedarfs zu 75% möglich wäre. Die Bundesregierung entschloss sich „Die Möglichkeiten zur Nutzung der Windenergie im Detail zu prüfen“.

[...]

Ende der Leseprobe aus 23 Seiten

Details

Titel
Erneuerbare Energien: Windkraft in Deutschland
Hochschule
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Note
1,7
Autor
Jahr
2008
Seiten
23
Katalognummer
V183529
ISBN (eBook)
9783656079521
ISBN (Buch)
9783656079309
Dateigröße
584 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
erneuerbare, energien, windkraft, deutschland
Arbeit zitieren
Benjamin Füger (Autor), 2008, Erneuerbare Energien: Windkraft in Deutschland, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/183529

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