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


Diplomarbeit, 2003
123 Seiten, Note: 2,3

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Anlagenverzeichnis

1. Einleitung

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

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

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

5. Auswertung

6. Schlussbemerkungen mit Ausblick

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Literatur- und Quellenverzeichnis

Gesetze - Verordnungen - Vorschriften

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 Investitionsmög- lichkeit 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.

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 Nutzungs- möglichkeiten der zu betrachtenden Anlagen. Eine Analyse von Methoden zur Investitionsrechnung und von Wirtschaftlichkeits- betrachtungen 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 KWK- Anlagen (Kraft-Wärme-Kopplung) mit Wirkungsgraden bis über 90 %. Weiterhin spielt der umweltverträgliche Ausbau von Erneuerbaren Energien eine wichtige Rolle. Als erneuerbare Energieträger gelten Rahmenbedingungen 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 in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Zukünftige Energieversorgung - Szenario /2/

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. Ö kologische Steuerreform ( Ö SR)

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.

Fossile Energien sind ein knappes und endliches Gut. Die Preise für ihre Nutzung sind langfristig zu niedrig, weil sie nur einen Teil ihrer „wahren“ Kosten widerspiegeln. Sie bieten zu wenig Anreize, vorhandene Energiesparpotenziale auszuschöpfen, sowie energiesparende Produkte und Produktionsverfahren zu entwickeln und in breitem Maße anzuwenden. Außerdem belasten zu hohe Lohnnebenkosten den Arbeitgeber und den Arbeitnehmer, was sich negativ auf die Wettbewerbsfähigkeit in Deutschland auswirkt und zur relativ hohen Arbeitslosigkeit beiträgt. Daher sollen die Schwerpunkte der steuerlichen Last verlagert werden. Eingeführte Energiesteuern erhöhen sich in kleinen, voraussehbaren Schritten, die Beiträge zur Rentenversicherung senken und stabilisieren sich. Somit ist die ÖSR weitgehend neutral, weil ihr Aufkommen durch Senkung anderer Abgaben wieder an die Wirtschaft und die Bürger zurückgegeben wird.

Durch viele Steuerermäßigungen, wie z.B. eine Befreiung von der Stromsteuer für die Eigenerzeugung von Strom aus erneuerbaren Energieträgern oder die Freistellung von der Mineral- und Ökosteuer für 5 Jahre ab Inbetriebnahme von hocheffizienten Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerken (GuD), werden Anreize zur Realisierung umweltschonender Alternativen gegeben. Außerdem wird durch einen Teil der Einnahmen der ÖSR mit dem Marktanreizprogramm (MAP) die Nutzung erneuerbarer Energien gezielt gefördert. Die Ausgaben belaufen sich auf 190 Mio. Euro pro Jahr ab 2002 (vgl. /3/).

Mit dem Inkrafttreten der ÖSR im Jahr 1999 wurde die stufenweise Fortführung dieses Gesetzes festgelegt und spätestens 2004 soll die nächste Überprüfung erfolgen. Zentrales Anliegen der BRD ist eine breiter angelegte Ökologische Finanzreform, bei der auch weitere umweltschädliche und volkswirtschaftlich fragwürdige Subventionen und Steuerermäßigungen abgebaut werden.

2.1.1.2. Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Das am 01.04.2000 in Kraft getretene EEG löst das Stromeinspeisegesetz von 1991 mit wesentlich verbesserten Konditionen für die Anbieter alternativ erzeugter Energie ab. Mit diesem Gesetz verfolgt die Bundesregierung das Ziel, den Anteil der erneuerbaren Energien am gesamten Energieverbrauch bis zum Jahr 2010 mindestens zu verdoppeln. Somit sind die Netzbetreiber verpflichtet, Anlagen zur Erzeugung von Strom aus alternativen Energiequellen - u. a. aus der Windkraft - an ihr Netz anzuschließen, den gewonnenen Strom aus diesem vorrangig abzunehmen und dafür eine Mindestvergütung zu entrichten.

Die notwendigen Kosten des Netzanschlusses neuer Anlagen trägt der Betreiber, wobei der technisch und wirtschaftlich günstigste Verknüpfungspunkt des Netzes maßgebend ist. Im Ermessen des Betreibers liegt dabei auch, den Anschluss der Anlage durch einen fachkundigen Dritten ausführen zu lassen. Wenn notwendig, sind entsprechende Netzerweiterungen und Verbesserungen vorzunehmen, deren jeweilige Kosten ebenfalls der Anlagenbetreiber zu übernehmen hat. Die dabei erforderlichen Investitionen sind im Einzelnen genau darzulegen, entfallende Kostenanteile können bei der Ermittlung des Netznutzungsentgeldes verrechnet werden. Zur Klärung von Streitigkeiten wird im Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie eine Clearingstelle eingerichtet, welche zur Konsensfindung zwischen den Verbänden dient. Hintergrund dafür ist die noch mangelnde Rechtssprechung im Bereich der Kostentrennung von Netzanschluss und Netzausbau.

Für Strom aus Windkraft beträgt nach § 7 EEG die Mindestvergütung 9.10 Cent/kWh für die Dauer von 5 Jahren ab dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme. Danach beträgt die Vergütung für Anlagen, die in dieser Zeit eine Steigerung auf 150 % des errechneten Ertrages einer Referenzanlage (Referenzertrag) haben, 6.19 Cent/kWh. Grundlage dazu bildet das Leistungsbild einer E-40 Anlage (500kWh) auf 65 m Nabenhöhe mit einem Referenzertrag von 1 080 000 kWh/a = 100 %. Für die sonstigen Anlagen, deren Leistungssteigerung unter 150 % des Referenzertrages liegt, verlängert sich der Zeitraum der oben genannten Mindestvergütung um jeweils 2 Monate für jede Unterschreitung von 0.75 % des Referenzertrages. Die Mindestvergütungen gelten für 20 Jahre, sie werden für Anlagen, die ab dem 01.01.2002 neu in Betrieb genommen wurden, jährlich um jeweils 1.5 % gesenkt.

Die Vergütung für Strom aus solarer Strahlungsenergie beträgt nach § 8 EEG mindestens 50,62 Cent/kWh. Sie wird für alle ab dem 01.01.2002 neu in Betrieb genommenen Anlagen jährlich um jeweils 5 % gesenkt.

Durch die bundesweite Ausgleichsregelung nach § 11 EEG werden sämtliche Kosten der Stromvergütung auf alle deutschen Netzbetreiber verteilt. Diese Kosten werden wiederum auf alle Energieversorgungsunternehmen umgelegt, da sie anteilig zu ihrer abgenommenen Gesamtenergie für die Mehrkosten aufkommen müssen. Davon ausgenommen sind Energieversorger, die mindestens 50 % des käuflich erworbenen Stromes aus alternativen Energieträgern entsprechend dem EEG verkaufen.

2.1.1.3. Energiewirtschaftsgesetz (EnWG)

Das Ziel des Gesetzes liegt in einer möglichst sicheren, preisgünstigen und umweltverträglichen leistungsgebundenen Versorgung mit Elektrizität und Gas. Umweltverträglichkeit bedeutet, dass die Energieversorgung den Erfordernissen eines rationellen und sparsamen Umgangs mit Energie genügt und die Umwelt möglichst wenig belastet wird. Der Nutzung von erneuerbaren Energien, wie beispielsweise der Windkraft, kommt dabei eine besondere Bedeutung zu.

Der Geltungsbereich dieses Gesetzes umfasst Energieanlagen, die erstens zur Erzeugung, Fortleitung oder Abgabe von Energie dienen und zweitens Energieversorgungsunternehmen, welche andere mit Energie versorgen oder ein Netz für die allgemeine Versorgung betreiben. Laut § 2 Abs. 3 EnWG sind Betreiber von Windkraftanlagen Energieversorgungsunternehmen und unterliegen damit den Bestimmungen dieses Gesetzes. Ausgenommen sind nur Fälle, in denen die erzeugte Elektroenergie im vollen Umfang selbst verbraucht wird.

Nach dem EnWG sind Windkraftanlagen so zu errichten und zu betreiben, dass die technische Sicherheit gewährleistet wird. Die allgemein anerkannten Regeln der Technik werden eingehalten, wenn die technischen Regeln des Verbandes Deutscher Elektrotechniker beachtet werden (§ 16 Abs.1 und 2 EnWG). Alle Energieversorgungs- unternehmen haben auf Verlangen der zuständigen Behörde Auskünfte über technische und wirtschaftliche Verhältnisse zu geben, die zur Überwachung der sich aus dem Gesetz ergebenden Pflichten notwendig sind.

Die Abnahme- und Vergütungspflicht für die Einspeisung von Elektrizität aus erneuerbaren Energien in das Netz für die allgemeine Versorgung richtet sich nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (vgl. Kap. 2.1.1.2. EEG). Energieversorgungsunternehmen haben für Gemeindegebiete, in denen sie die allgemeine Versorgung von Endverbrauchern durchführen, allgemeine Bedingungen und Tarife für die Versorgung in Niederspannung oder Niederdruck öffentlich bekannt zugeben, und zu diesen Konditionen jedermann an ihr Versorgungsnetz anzuschließen und zu versorgen.

Die Aufnahme der Stromversorgung anderer mittels Windkraftanlagen bedarf nach § 3 Abs. 1 EnWG keiner energierechtlichen Genehmigung. Das betrifft sowohl die Einspeisung in das Netz eines Energieversorgungsunternehmens als auch die direkte Versorgung von Abnehmern.

2.1.1.4. Bundes-Immissionsschutz-Gesetz (BImSchG)

Der Zweck dieses Gesetzes ist es, Menschen, Tiere und Pflanzen, den Boden, das Wasser und die Atmosphäre, sowie Kultur- und sonstige Sachgüter vor schädlichen Umwelteinwirkungen (Immissionen) zu schützen und diesen vorzubeugen. Handelt es sich um genehmigungsbedürftige Anlagen, zählt dazu auch der Schutz vor Gefahren, erheblichen Nachteilen und Belästigungen, die auf andere Weise herbeigeführt werden.

Unter Immissionen werden Geräusche, Erschütterungen, Licht, Wärme, Strahlen, Luftverunreinigungen und ähnliche Erscheinungen verstanden. Bei Emissionen hingegen handelt es sich um entsprechende Umwelteinwirkungen, die von einer Anlage ausgehen.

Der Geltungsbereich des Gesetzes umfasst die Errichtung und den Betrieb von Anlagen, das Herstellen und Inverkehrbringen von Brenn- sowie Treibstoffen. Anlagen im Sinne dieser Vorschriften sind Betriebsstätten und sonstige ortsfeste oder ortsveränderliche technische Einrichtungen sowie Grundstücke, auf denen Stoffe gelagert oder abgelagert oder Arbeiten durchgeführt werden, die Emissionen verursachen können. Somit findet dieses Gesetz auch beim Bau und Betrieb von Windkraftanlagen Anwendung.

Durch den periodischen Schattenwurf einer Windkraftanlage werden Geräusche und Lichteffekte erzeugt, die zu erheblichen Belästigungen in der Nachbarschaft führen können. Die Angabe von allgemeingültigen Abstandswerten zwischen Anlage und schutzwürdiger Bebauung, bei deren Einhaltung keine schädlichen Umwelteinwirkungen auftreten, ist nicht möglich. Folglich muss die Einhaltung der Anforderungen des Bundes-Immissionsschutzgesetzes immer im Einzelfall geprüft werden.

In Verbindung mit der 4. Verordnung zur Durchführung des BImSchG (4. BImSchV) wird die Genehmigungsbedürftigkeit einer Anlage sowie die Bedingungen für ein vereinfachtes Genehmigungsverfahren oder eine Teilgenehmigung geregelt. Demnach ist für ein bis zwei Windkraft- anlagen ein Baugenehmigungsverfahren nach Landesbauordnung und BauGB ausreichend, wo jeweils nach der Höhe der Anlage entschieden wird. Sollen drei oder mehr Windkraftanlagen (sogenannte Windfarmen) errichtet werden, ist ein immissionsschutzrechtliches Genehmigungsverfahren gem. § 4 Abs. 1 BImSchG und Ziffer 1.6. des Anhangs zur 4. BImSchV notwendig. Ein zusätzliches Baugenehmigungsverfahren ist nicht erforderlich, da die bauliche Zulassung mit dem immissionsschutzrechtlichen Bescheid miterteilt wird.

Ab sechs und mehr Anlagen ist das förmliche immissions- schutzrechtliche Genehmigungsverfahren nach § 10 BImSchG zwingend. Zuständig für die Durchführung ist das jeweils örtliche Regierungspräsidium. Die Antragsunterlagen werden öffentlich ausgelegt, jeder kann Einwendungen erheben und darf in einem Erörterungstermin darüber diskutieren. Wenn die einzelne Anlage eine Höhe von mehr als 35 m oder eine Leistung von mehr als 10 kW hat, ist zusätzlich eine Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) Pflicht. Aber auch hier entscheidet die Anzahl der Anlagen. Bei 20 und mehr Anlagen ist vor der Zulassung eine solche Prüfung notwendig, bei 6-19 Anlagen ist sie nur bedingt zwingend.

Für Windfarmen mit drei bis fünf Anlagen gilt das vereinfachte immissionsschutzrechtliche Genehmigungsverfahren nach § 19 BImSchG. Hier ist die Auslegung der Unterlagen mit anschließendem Erörterungstermin nicht erforderlich, womit sich das Verfahren verkürzt. Zuständig für die jeweilige Durchführung sind die Kreise oder die kreisfreien Städte. Im Regelfall ist keine UVP notwendig, sollte sich die Behörde bei Prüfung der konkreten Standortbedingungen aber dennoch dafür entscheiden, muss dann das förmliche immissionsschutzrechtliche Verfahren durchlaufen werden.

Der Vorhabensträger muss sowohl im förmlichen als auch im vereinfachten Verfahren dieses nicht in einem Zug durchführen. Lässt sich das Vorhaben in sachlich begründete Schritte zerlegen, kann er eine Teilgenehmigung nach § 8 BImSchG für die Errichtung der Anlage oder Anlagenteile beantragen. Außerdem ist auf eine Antragstellung über Einzelfragen, wie die des Standortes, eine Entscheidung durch einen Vorbescheid möglich (§ 9 BImSchG).

2.1.1.5. Gesetzüber die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG)

Dieses Gesetzes dient zur Sicherstellung einer wirksamen Umweltvorsorge nach einheitlichen Grundsätzen bei bestimmten öffentlichen und privaten Vorhaben. Die Auswirkungen auf die Umwelt sollen frühzeitig und umfassend ermittelt und bewertet werden. Die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) wird in Zusammenhang mit dem Bundes-Immissionsschutzgesetz durchgeführt und dient der Entscheidung über die Zulässigkeit von Vorhaben. Die Vorschriften sind gültig für die Errichtung und den Betrieb von Anlagen sowie für die Durchführung, Änderung oder Erweiterung einer sonstigen in Natur und Landschaft eingreifenden Maßnahme.

UVP-Pflicht besteht bei dem Bau von 20 oder mehr Windkraftanlagen, die jeweils eine Höhe von mehr als 35 m und eine Leistung von mehr als 10 kW aufweisen. Werden Windfarmen mit 6 bis weniger als 20 Anlagen errichtet, erfolgt eine allgemeine Vorprüfung des Einzelfalles auf erhebliche nachteilige Umweltauswirkungen, um über die Notwendigkeit einer UVP zu entscheiden. Bei drei bis fünf Windkraftanlagen wird eine standortbezogene Vorprüfung des Einzelfalls durchgeführt, um festzustellen, ob trotz geringer Größe oder Leistung des Vorhabens, auch aufgrund besonderer örtlicher Gegebenheiten, erhebliche nachteilige Umweltauswirkungen zu erwarten sind. Ist dies der Fall, wird ebenfalls auf Umweltverträglichkeit geprüft.

Die zuständige Behörde erarbeitet bei der UVP eine zusammenfassende Darstellung der Umweltauswirkungen des Vorhabens sowie entsprechender Maßnahmen. Im besonderen Falle werden Ersatzvornahmen festgelegt, die zur Vermeidung oder Ausgleichung von schädlichen Umwelteinwirkungen notwendig sind.

Weiterhin werden andere Behörden unterrichtet, deren umweltbezogener Aufgabenbereich durch das Vorhaben berührt wird und diese nehmen entsprechend Stellung dazu. Bedarf ein Vorhaben der Zulassung durch mehrere Landesbehörden, so bestimmen die jeweiligen Länder eine federführende Behörde. Sowohl der Vorbescheid als auch die erste Teilgenehmigung erfolgen nach der Umweltverträglichkeitsprüfung. Die endgültige Zulassung wird mit Hilfe des Bundes-Immissionsschutzgesetzes erteilt.

2.1.1.6. Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm)

Diese technische Anleitung gilt als allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz. Das bedeutet, genehmigungsbedürftige Anlagen nach BImSchG müssen auch den Anforderungen dieser Anleitung genügen. Als schädliche Umwelteinwirkungen gelten hier Geräuschimmissionen, die nach Art, Ausmaß oder Dauer geeignet sind, Gefahren sowie erhebliche Nachteile und Belästigungen für die Allgemeinheit oder die Nachbarschaft herbeizuführen.

Beim Betrieb von Windkraftanlagen entstehen aerodynamische Geräusche aufgrund der Luftströmung um die Rotorblätter und Laufgeräusche durch die Maschinen in der Rotorgondel (z.B. Getriebe, Stellmotor, Generatorkühlung). Um die vorgeschriebenen Immissionsrichtwerte einzuhalten, sollten folgende Abstände zwischen Anlage und bebautem Gebiet nicht unterschritten werden:

- Einzelhäuser: 300 m
- Allgemeine Wohngebiete, dörfliche Siedlungen: 500 m
- Reine Wohngebiete: 750 m

Bei diesen Werten handelt es sich lediglich um Empfehlungen bzw. Richtwerte. Entscheidend für die einzuhaltenden Abstände ist die Höhe der Schalldruckpegel an den Immissionspunkten (Wohnhäuser). In der TA Lärm werden Aussagen über allgemeine Grundsätze zur Prüfung und Ermittlung der Geräuschimmissionen durch Prognosen, Messungen und zu Immissionsgrenzen getroffen. In der nachfolgenden Tabelle werden die Immissionsrichtwerte für den Beurteilungspegel an Immissionsorten außerhalb von Gebäuden aufgeführt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Immissionsrichtwerte für Immissionsorte außerhalb von Gebäuden

Bei ungünstigen Bedingungen können sich die Laufgeräusche einer Windkraftanlage als Körperschall auf die Wände des Maschinenhauses oder auf den stählernen Turm der Anlage übertragen, so dass erhebliche Resonanzverstärkungen auftreten. Die Immissions- richtwerte für Körperschallübertragungen und Geräuschübertragungen innerhalb von Gebäuden betragen für die genannten Gebiete in oben stehender Tabelle tagsüber 35 dB(A) und nachts 25 dB(A).

Durch geeignete konstruktive Maßnahmen, wie das Weglassen des Getriebes, können maschinenbedingte Geräuschemissionen weitgehend eingedämmt werden. Die aerodynamischen Geräusche können durch besondere Maßnahmen bei der Profilierung der Rotorblätter nur reduziert werden, völlig zu unterdrücken sind sie jedoch nicht. Da der Geräuschpegel mit der Drehzahl des Rotors anwächst, lässt sich im Teillastbereich durch gestuftes Herabsetzen der Rotordrehzahl eine Lärmminderung erzielen.

2.1.1.7. Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG)

Ziel des Gesetzes ist der Schutz, die Pflege und die Entwicklung von Natur und Landschaft in besiedelten und unbesiedelten Bereichen. Die wichtigsten Grundsätze des Naturschutzes und der Landespflege sind nach § 2 BNatSchG:

- Erhaltung und Verbesserung des Naturhaushaltes
- Sparsame Nutzung nicht erneuerbarer Naturgüter
- Gesteuerter Verbrauch von erneuerbaren Naturgütern
- Erhaltung von fruchtbarem Boden
- Erhaltung und Vermehrung von Wasserflächen
- Geringhaltung von Luftverunreinigungen und Lärmeinwirkungen
- Schutz der Artenvielfalt und Lebensbedingungen von wildlebenden Tieren und Pflanzen

Eingriffe in Natur und Landschaft im Sinne dieses Gesetzes sind Veränderungen der Gestalt oder Nutzung von Grundflächen, welche die Leistungsfähigkeit des Naturhaushaltes oder das Landschaftsbild erheblich und nachhaltig beeinträchtigen können. Der Verursacher eines Eingriffes ist verpflichtet, vermeidbare Beeinträchtigungen von Natur und Landschaft zu unterlassen, sowie unvermeidbare Beeinträchtigungen innerhalb einer bestimmten Frist durch entsprechende Maßnahmen auszugleichen. Voraussetzung hierfür ist eine, in anderen Rechtsvorschriften, behördliche Bewilligung, Erlaubnis, Genehmigung, Zustimmung, Planfeststellung oder sonstige Entscheidung.

Die Forderungen des Bundesnaturschutzgesetzes finden Beachtung im Baurecht. Demzufolge werden Eingriffsregelungen wie Vermeidung, Ausgleich oder Ersatz von Beeinträchtigungen in Natur und Landschaft bei der Aufstellung und Änderung von Bauleitplänen, sowie bei Bauvorhaben im Außenbereich und innerhalb bebauter Ortsteile durch das Baugesetzbuch festgelegt. Zusammen mit den zuständigen Behörden für Naturschutz und Landschaftspflege werden entsprechende Entscheidungen getroffen.

2.1.2. Monetäre Instrumente

Monetäre Instrumente sind direkte und indirekte finanzielle Maßnahmen unterschiedlicher Art zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit erneuerbarer Energien auf nationaler und internationaler Ebene. Bei mengenorientierten Förderinstrumenten werden die notwendigen Investitionen auf der Basis von gesetzlichen Quotenvorgaben festgelegt. Ebenso gibt es freiwillige bzw. private Maßnahmen, mit denen entsprechende Mittel bereitgestellt werden können, auch wenn die jeweiligen Vorhaben nicht wirtschaftlich sind oder nur anteilig gefördert werden.

2.1.2.1. Fördermöglichkeiten auf EU-Ebene

Der Rat der Europäischen Union hat am 27.10.2001 die EG-Richtlinie zur Förderung der Erneuerbaren Energien endgültig verabschiedet. Ziel ist es, den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromproduktion der gesamten EU von knapp 14 % im Jahr 1997 auf rund 22 % im Jahr 2010 anzuheben. Dabei wurden für alle Mitgliedsstaaten indikative Richtziele festgelegt, bei denen der Einsatz der jeweils dazu benötigten Instrumente freigestellt ist.

Altener

Altener ist ein Mehrjahresprogramm, welches der Förderung zur Nutzung erneuerbarer Energien in der europäischen Union dient. Durch sein Inkrafttreten am 19.04.2000 wurden die vorrangegangenen Maßnahmen Altener I und Altener II ersetzt. Die vorgesehenen finanziellen Mittel belaufen sich um 77 Mio. Euro. Unterstützt werden unter anderem gezielte Aktionen zur erleichterten Marktdurchdringung erneuerbarer Energieträger und entsprechende Investitionstätigkeiten. Somit ist auch die Förderung von Windkraftanlagen ein Teil dieses Programms. Je nach Art der Maßnahme kann die Gemeinschaft alle Kosten oder, ergänzend zu einer Finanzierung aus öffentlichen und/oder privaten Mitteln, bis zu 50 % der Gesamtkosten übernehmen (vgl. /4/).

Weißbuch für eine Gemeinschaftsstrategie und Aktionsplan In Anlehnung an die EG-Richtlinie fungiert das sogenannte Weißbuch als Gemeinschaftsmaßnahme der Union zur Umsetzung der gesetzten Ziele. Der Aktionsplan ist darauf ausgerichtet, faire Marktchancen für erneuerbare Energieträger ohne unangemessene finanzielle Belastungen zu schaffen. Neben der gezielten Förderung sollen entsprechende Stromnetze ausgebaut und der Wert von Alternativenergie bei Investitionsbanken und auf dem Finanzmarkt gesteigert werden. Weiterhin sollen Großprojekte, wie z.B. die Erzeugung von 10.000 MW in großen Windparks, unterstützt werden. Die Höhe der Gemeinschaftsförderung für erneuerbare Energieträger beträgt schätzungsweise 987,5 Mio. Euro für den Zeitraum 1999-2003. Der größte Anteil stammt dabei aus dem privaten Sektor. Über verschiedene Programme (vgl. Altener) und Zuschüsse werden diese Finanzierungshilfen zur Verfügung gestellt.

Allgemein sind im Bereich der Nutzung erneuerbarer Energieträger beachtliche Fortschritte zu verzeichnen. Die Windkraftbranche weist ein jährliches Wachstum von 55 % auf, vorrangig beherrscht durch die europäische Industrie auf dem Weltmarkt. Ebenso verfügt die Photovoltaische Sonnenenergie über ein enormes Potential, das Jahreswachstum liegt bei 29 %. Da dieser Markt aber noch nicht hinreichend genutzt wird, sind aktive Förderungen sowie geeignete Vertriebsnetze und Marktinnovationen erforderlich (vgl. /4/).

2.1.2.2. Fördermöglichkeiten auf Bundesebene

Um Investitionen für die Errichtung und den Betrieb von Windkraftanlagen zu unterstützen, gibt es auch auf Bundesebene mehrere Arten von Förderprogrammen. Nachfolgend werden einige wichtige Fördermöglichkeiten mit den grundlegenden Inhalten betrachtet.

DtA-Umweltprogramm / ERP-Umwelt- und Energieeinsparprogramm

Gegenstand beider Programme ist ein zinsgünstiges Darlehen für die Finanzierung von Investitionen im Umweltbereich durch private gewerbliche Unternehmen. Gefördert werden Projekte in den Bereichen Abfallwirtschaft, Abwasserreinigung, Luftreinhaltung, Energieeinsparung und Erneuerbare Energien. Beide Programme können auch kombiniert werden, dabei lassen sich bis zu 75 % der Investitionen, für kleinere und mittlere Unternehmen bis zu 100 % der Investitionen, fördern (vgl. /5/).

Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

Die Aufgabe dieser Stiftung ist es, Vorhaben zum Schutz der Umwelt unter besonderer Berücksichtigung der mittelständischen Wirtschaft zu fördern. Diese Förderung erfolgt vor allem in den Bereichen Umwelttechnik, Umweltforschung/-vorsorge und Umweltkommu- nikation. Unter anderem sollen Fortschritte bei der Nutzung regenerativer Energiequellen und der effizienten Energieumwandlung erreicht werden, somit werden auch Vorhaben zur Nutzung der Windkraft unterstützt. Die Förderung erfolgt grundsätzlich in Form eines zweckgebundenen, nicht rückzahlbaren Zuschusses, welcher als Anteils-, Festbetrags- oder Fehlbedarfsfinanzierung gewährt wird. Der Antragsteller muss zusätzlich einen entsprechenden Eigenanteil erbringen. Für die Förderungshöhe finden die jeweils geltenden beihilferechtlichen Regelungen der EG-Kommission Anwendung. Projekte, die mit öffentlichen Mitteln unterstützt werden, bekommen in der Regel keine Förderung von der DBU. Bei wirtschaftlichen Gewinnen über 50.000 Euro kann die Stiftung eine teilweise bis vollständige Rückzahlung des Zuschusses verlangen (vgl. /6/).

Programm Energieforschung und Energietechnologien

Gefördert werden Forschung und Entwicklung zu verbesserten Technologien der rationellen Nutzung und Bereitstellung von Energien. Die übergreifende Zielsetzung ist, neben der Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit, die nachhaltige Umweltverträglichkeit. Das bedeutet die umweltfreundliche und kostengünstige Deckung des künftigen Energiebedarfs in Deutschland durch den Einsatz erneuerbarer Energieträger sowie der Vermeidung von umwelt- und klimarelevanten Emissionen. Ein Schlüsselbereich ist dabei das 250 MW-Programm für Großanlagen zur Nutzung der Windkraft. Der Zuschuss beträgt für gewerbliche Unternehmen bis zu 50 % der FuE- Aufwendungen. Aktuelle Informationen dazu sind im Internet unter www.kmu-info.bmbf.de abrufbar.

Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Dieses Gesetz ist kein Förderprogramm im herkömmlichen Sinn, sondern eine Vorrangregelung mit Kaufpflicht für Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Das EEG wird bereits im Abschnitt

2.1.1.2. näher erläutert.
2.1.2.3. Fördermöglichkeiten auf Landesebene

Neben den Fördermöglichkeiten des Bundes gibt es auch die einzelnen Bundesländer verschiedene Unterstützungsmaßnahmen für Projekte im Bereich der Nutzung erneuerbarer Energien. Für Windkraftanlagen im Freistaat Sachsen gibt es aber seit zwei Jahren keine finanziellen Zuschüsse mehr, da durch die gesetzlich geregelte Einspeisevergütung gemäß EEG die Investitionskosten wirtschaftlich darstellbar sind. Vorrangig wird auf die finanzielle Förderung von der EU und dem Bund zurückgegriffen. Im Jahr 1995 wurde in Dresden ein Dachverband gegründet, welcher sämtlicher Fachverbände Sachsens in einem Forum vereinigt, um die gemeinsamen Interessen im Bereich erneuerbare Energien durchzusetzen und zu fördern. Dieser Verband wird nachfolgend näher vorgestellt.

Vereinigung zur Förderung der Nutzung Erneuerbarer Energien (VEE Sachsen e.V.)

Im Mittelpunkt der Tätigkeit der VEE Sachsen e.V. steht die Koordination und Zusammenarbeit aller sächsischen Fachverbände alternativer Energieträger, um die notwendigen politischen Rahmenbedingungen zur Förderung erneuerbarer Energien zu verbessern. Das oberste Interesse gilt dem Umweltschutz, den Möglichkeiten einer erheblichen Energieeinsparung sowie der Ablösung fossiler Energieträger und der Atomenergie. Durch verstärkte Öffentlichkeitspräsenz, wie z.B. die Beteiligung an Umweltmessen (TerraTec / EnerTec in Leipzig) oder am „Tag der erneuerbaren Energien“ (deutschlandweit), werden verschiedene Projekte und Forschungstätigkeiten vorgestellt, um die Akzeptanz in der Bevölkerung zu fördern und Anreize für eine nachhaltige Energiewirtschaft zu schaffen. Auch die Aufklärung in Bildungseinrichtungen zum Thema Umweltschutz und Alternativenergie ist wichtiger Bestandteil der Öffentlichkeitsarbeit. Aktuelle Projekte der VEE Sachsen e.V. sind das Mitwirken beim Klimaschutzprogramm der Landeshauptstadt Dresden und die Durchführung von Schülerfirmen / Förderprogramm „ Schüler unternehmen was “ (vgl. /7/).

Abschließend werden einige sächsische Fachverbände im Bereich erneuerbare Energien aufgeführt:

- Bundesverband Windenergie e.V. - Landesverband Sachsen
- IBEU Dresden e.V. / Informations- und Beratungsinstitut für Energieeinsparung und Umweltschutz
- UNROS e.V. / Union nachwachsende Rohstoffe (Sächsischer Landesbauernverband e.V.)
- Verband der Wasserkraftwerksbetreiber Sachsen und Sachsen Anhalt e.V.
- Geothermische Vereinigung e.V.
- Verein Deutscher Ingenieure; Dresdner Bezirksverein
- Fachverband Biogas e.V.

2.2. Biologie und Technik von Windkraftanlagen

Geschichtlicher Exkurs

Wind ist eine der ältesten Energiequellen, die wir kennen. Schon 3000 vor Christus nutzten die Alten Ägypter den Wind, um primitive Schöpfwerke zur Bewässerung der Felder anzutreiben und mit Segelschiffen die Welt zu erkunden. Im siebten Jahrhundert begannen die Menschen, den Wind an Land zu nutzen, um Getreide zu mahlen. Die ersten Windmühlen entstanden in Persien und breiteten sich rasch über Europa aus. Der wohl bekannteste Mühlentyp entstand im 16. Jahrhundert - die Holländermühle. Mit ihr ließ sich der Wind aus jeder Richtung nutzen.

Seit dem 19. Jahrhundert wird die Windkraft auch zur Stromerzeugung verwendet. Als Vater der modernen Windenergie gilt der Däne Poul la Cour (1846-1908), welcher im Jahre 1891 die weltweit erste Windkraftanlage baute. Die dadurch erzeugte Elektrizität nutzte man, um durch Elektrolyse Wasserstoff herzustellen. So gab es in den 30er Jahren des 19. Jahrhunderts neben den ländlichen Regionen der USA auch in Deutschland immerhin 3600 dieser Anlagen.

Die Ölkrise im Jahr 1973 setzte in der Energiepolitik verstärkt Prozesse des Umdenkens in Gang, wodurch die Nutzung alternativer Energiequellen wesentlich an Bedeutung gewann. Mit dem Inkrafttreten des Stromeinspeisegesetzes am 01.01.1991 erfolgte in Deutschland erstmalig die gesetzliche Regelung der Abnahme und Vergütung von Strom aus Windkraft. Weitere Verbesserungen und Anreize wurden mit der Verabschiedung des Erneuerbare-Energien- Gesetz im Jahr 2000 geschaffen.

Funktionsweise einer Windkraftanlage

Das Ziel der Windkraftnutzung mit modernen Konvertern ist die Strombereitstellung. Dazu wird die in den bewegten Luftmassen entzogene Energie über eine entsprechende Wandlungskette in elektrischen Strom umgewandelt. Die kinetische Energie des Windes im Rotor wird zunächst in eine Rotationsbewegung und damit in die kinetische Energie des Triebstrangs umgewandelt. Anschließend wird bei vielen Anlagen die Drehbewegung der Achse erhöht, da der Generator konstruktionsbedingt oft eine deutlich über der Rotordrehzahl liegende Umdrehungsgeschwindigkeit benötigt. Dies wird über einen mechanischen Drehzahlwandler bzw. ein Getriebe realisiert. Anschließend erfolgt die Umwandlung der Drehbewegung des Triebstrangs in elektrische Energie in einem mechanisch- elektrischen Wandler (Generator). Über einen Transformator wird diese Energie direkt in das öffentliche Netz eingespeist, es ist aber auch eine indirekte Netzkopplung über einen Gleichstromzwischenkreis möglich (vgl. /8/ S. 23).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Energieumwandlungskette einer Windkraftanlage /8/

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Ende der Leseprobe aus 123 Seiten

Details

Titel
Bauwirtschaftliche und baubetriebswirtschaftliche Untersuchung zum Einsatz der Windkraft unter Berücksichtigung neuer technologischer Entwicklungen
Hochschule
Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden  (Bauingenieurwesen)
Note
2,3
Autor
Jahr
2003
Seiten
123
Katalognummer
V26463
ISBN (eBook)
9783638287883
Dateigröße
1245 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Bauwirtschaftliche, Untersuchung, Einsatz, Windkraft, Berücksichtigung, Entwicklungen
Arbeit zitieren
Wibke Persicke (Autor), 2003, Bauwirtschaftliche und baubetriebswirtschaftliche Untersuchung zum Einsatz der Windkraft unter Berücksichtigung neuer technologischer Entwicklungen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/26463

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