Regenerative Energien. Windenergie in Deutschland

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Vorwort

2 Historische Entwicklung der Windenergienutzung

3 Aufbau und Funktionsweise von Windenergieanlagen
3.1 Physikalische Grundlagen
3.2 Technische Grundlagen
3.3 Arten von Windenergieanlagen
3.3.1 Offshore-Windenergieanlagen
3.3.2 Onshore-Windenergieanlagen
3.4 Herausforderungen durch die Nutzung von Windenergieanlagen
3.4.1 Netzausbau aufgrund der Verbreitung von Windenergieanlagen
3.4.2 Speicherung von Windenergie
3.4.3 Repowering von Windenergieanlagen

4 Rechtliche Betrachtungen
4.1 Erneuerbare-Energien-Gesetz
4.1.1 Entwicklung
4.1.2 Novelle 2016
4.2 Genehmigungsvorschriften in der Bundesrepublik Deutschland

5 Betriebs- und volkswirtschaftliche Betrachtungen
5.1 Beschäftigungseffekte der Windenergienutzung
5.1.1 Bruttobeschäftigungseffekte
5.1.1.1 Positive Effekte
5.1.1.2 Negative Effekte
5.1.2 Nettobeschäftigungseffekte
5.2 Kosteneffekte der Windenergienutzung
5.2.1 Stromgestehungskosten
5.2.2 Gesamtinvestitionskosten
5.2.2.1 Hauptinvestitionskosten
5.2.2.2 Investitionsnebenkosten
5.2.3 Betriebskosten
5.3 Leistungspotenzial der Windenergienutzung

6 Ökologische Betrachtungen

7 Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Schematischer Aufbau einer Windenergieanlage

Abbildung 2: Entwicklung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland

Abbildung 3: Betonkugeln als Energiespeicher eines Offshore-Windparks

Abbildung 4: Grundprinzip - Ermittlung Ausschreibungsmenge Offshore-Windenergie nach EEG-Novelle 2016

Abbildung 5: Investitionen in die Errichtung von Erneuerbare-Energien-Anlagen in Deutschland (in Mrd. Euro)

Abbildung 6: Kosten je Kilowatt nach Anlagentypen

Abbildung 7: Vermiedene Treibhausgasemissionen durch die Nutzung erneuerbarer Energien (in Mio. Tonnen CO2-Äquivalente)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Kumulierte Leistung und Anlagenbestand nach Bundesländern

Tabelle 2: Mindestabstände zu Infrastrukturen

Tabelle 3: Immissionsrichtwerte für Immissionsorte außerhalb von Gebäuden

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bibliografische Beschreibung:

Gräbner, Michael:

Regenerative Energien. Windenergie in Deutschland, Hochschule Mittweida - University of Applied Sciences, Fakultät Wirtschaftsingenieurwesen, Belegarbeit, 50 Seiten, Mittweida, 2016

Referat:

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Thematik der Windenergie. Das Ziel der Arbeit besteht in einer zusammenfassenden Darstellung der ökologischen, rechtlichen und ökonomischen Faktoren der Windenergie, die dem interessierten Leser einen Einblick in die genannte Thematik liefern sollen. Einführend erfolgt ein Abriss der historischen Entwicklung der Windenergienutzung, bevor im Hauptteil auf den Aufbau und die Funktionsweise der Windenergieanlagen ein- gegangen wird sowie die ökologischen, rechtlichen und ökonomischen Faktoren der Windenergienutzung betrachtet werden. Die Arbeit schließt mit einem Fazit, in dem die zu erwartende künftigen Entwicklungen der Windenergienutzung skizziert werden.

1 Vorwort

Die erneuerbaren Energien, sowie die im Verlauf von deren Entwicklung und Etablierung erfolgte Steigerung der Energieeffizienz, stellen eine unablässige Basis für die Transfor- mation des deutschen Energiesektors dar. Durch das kontinuierliche Wachstum der er- neuerbaren Energien erhöht sich auch deren Bedeutung als Faktor für die Entwicklung der Beschäftigung und nicht zuletzt der Wirtschaftsleistung in der Bundesrepublik Deutschland.¹

Im Jahr 2008 wurden 87 Prozent der weltweit neu installierten Windenergieleistung in den Regionen OECD-Nordamerika, China sowie OECD-Europa errichtet. Der weitere globale Ausbau der erneuerbaren Energien wird gekennzeichnet sein von einer Ausdehnung auf die derzeit noch nicht frequentierten Marktregionen bei gleichzeitig stetigen Wachstumsra- ten der erneuerbaren Energien an der Energieversorgung der benannten Regionen.² In Nordamerika, Asien und Europa waren 2009 fast 99 Prozent der weltweit verfügbaren Leistung installiert. Die Bundesrepublik Deutschland gehört neben den Vereinigten Staa- ten von Amerika, Indien, China und Spanien zu dem fünf bedeutsamsten Staaten im Hin- blick auf die Nutzung der Windenergie. Zum vorgenannten Zeitpunkt waren etwa 73,7 Prozent der weltweit betriebenen Windenergieanlagen in diesen Staaten.³

Der im Jahr 2014 vorliegende Bestand an Windenergieanlagen war zu diesem Zeitpunkt im Mittel zehn Jahre aktiv.⁴ Im Jahr 2015 betrug der kumulierte Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch der Bundesrepublik Deutschland bereits 32,6 Prozent. Zurückzuführen war dies vor allem auf die große Erweiterung des Windenergiesektors und die im Allgemeinen in 2015 vorherrschenden sehr guten Windverhältnisse.⁵ Zum Er- reichen der durch die Bundesregierung gesetzten Ziele ist ein Paradigmenwechsel über alle beteiligten Ebenen notwendig.⁶

In der vorliegenden Arbeit wird zunächst die historische Entwicklung der Windenergienut- zung in Deutschland, beginnend mit den 1970er Jahren, betrachtet. Daran schließen sich Erläuterungen hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise von Elektromotoren an, die einen Hauptteil dieser Abhandlung darstellen. Es folgen rechtliche Betrachtungen der Windenergienutzung, wobei der Fokus auf der Novelle des Erneuerbare-Energien- Gesetzes aus 2016 liegt. Einen weiteren Hauptteil der vorliegenden Arbeit bilden betriebs- und volkswirtschaftliche Betrachtungen der Windenergienutzung. Danach werden ökolo- gische Betrachtungen vorgenommen, die sich aus der zunehmenden Verbreitung der Windenergie ergeben. Geschlossen wird die Arbeit mit einem Fazit, in dem ein Ausblick auf die zu erwartende Entwicklung der erneuerbaren Energien gegeben wird.

2 Historische Entwicklung der Windenergienut- zung

Die Nutzung von Windenergie zum Betrieb technischer Anlagen hat eine über mehrere Jahrtausende dauernde Tradition. Aufgrund des begrenzten Umfangs der vorliegenden Arbeit wird in der Folge lediglich auf die Entwicklungen seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts eingegangen.

Die großflächige Verwendung von Windenergieanlagen zur Energiegewinnung wurde in den 1970er Jahren des 20. Jahrhunderts begonnen. Dänemark fungierte hierbei als Weg- bereiter dieser Technologie, gefolgt von den Vereinigten Staaten von Amerika, Deutsch- land und den Niederlanden. Hauptursache der Zuwendung zu regenerativen Energien und explizit der Windenergie waren die hohe Importabhängigkeit der betreffenden Staaten in Hinblick auf Energieträger. Darüber hinaus stieg das Bewusstsein, aufgrund der End- lichkeit natürlicher Ressourcen alternative Energieträger in Anspruch zu nehmen.⁷ In Deutschland entstand diese Auffassung verstärkt nach der Reaktorkatastrophe in Tschernobyl.⁸

Die die darauffolgende Entwicklung der Windenergienutzung in Deutschland lässt sich nach Ohlhorst in mehrere Etappen unterteilen. Sie beginnt mit der Pionierphase, die von etwa 1976 bis 1986 dauerte und in der erste technologische Entwicklungen unter den vorgenannten Gründen stattfanden.⁹

Die Bauweise der Modellreihen in den einzelnen Staaten glich sich zu diesem Zeitpunkt in mehreren Gesichtspunkten: So wiesen die Modelle jeweils im Gegensatz zu den in der Vergangenheit gebräuchlichen Windmühlen eine horizontale Achse auf. Des Weiteren besaßen sie einen aus drei Blättern bestehenden Rotor, der fest mit der Nabe verbunden war. Die Rotordrehzahl war bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten annähernd gleichbleibend. Zur Einspeisung der erzeugten Energie wurde meist ein Asychrongenera- tor verwendet. Die Kosten der Energieerzeugung waren als recht niedrig anzusehen.¹⁰ Im Lauf der Zeit veränderte sich die Gestaltung der Windenergieanlagen hin zu einer Leicht- bauweise, um den Anforderungen wie einer Erhöhung der Nennleistung gerecht zu werden.¹¹ Auf den Aufbau der gegenwärtig genutzten Windenergieanlagen wird unter 3.2 Technische Grundlagen näher eingegangen.

Eine annähernde Wettbewerbsfähigkeit wurde allerdings erst in der sich bis 1990 an- schließenden Aufbruchsphase erreicht. In dieser Phase waren nur marginale Wachs- tumssteigerungen erreichbar.¹² Die darauffolgende und bis 1995 andauernde Phase des Durchbruchs war gekennzeichnet durch ein durch staatliche Förderung begünstigtes ste- tiges Wachstum der erneuerbaren Energien.¹³ In der bis 1998 folgenden Stagnierungs- phase kam es zu einer starken Dezimierung des Marktes der erneuerbaren Energien.¹⁴ Diese Rückbildung des Marktes wurde in der sich anschließenden Phase des Auf- schwungs neutralisiert. In dieser Phase stieg der Anteil der erneuerbaren Energien an der Menge des Bruttostromverbrauchs stetig. Gleichzeitig wurden im zunehmenden Maße gesetzliche Grundlagen zur Nutzung der erneuerbaren Energien wie das Erneuerbare- Energien-Gesetz (EEG) geschaffen, was der vorherrschenden Planungsunsicherheit ent- gegenwirkte. Während die Wettbewerbsfähigkeit der Windenergie stieg, nahmen kom- plementär dazu auch die Widerstände in der Bevölkerung aufgrund der steigenden Ver- breitung der Anlagen zu.¹⁵ Zwischen 2002 und 2008 fand eine Konsolidierungsphase statt, in der die Splittung der Windenergie-Technologien in die bereits angewendete Ons- hore- und die neu eingeführte Offshore-Technologie erfolgte.

In der Folge bis in die Gegenwart nahm das Marktwachstum der Onshore-Technologie aufgrund des begrenzten Flächenpotenzials ab und dem gegenüber die Entwicklung der Offshore-Technologie stetig zu.¹⁶ So nahm im Jahr 2010 der erste deutsche OffshoreWindpark alpha ventus seine Aktivitäten auf.¹⁷

3 Aufbau und Funktionsweise von Windenergiean- lagen

3.1 Physikalische Grundlagen

Die Bewegung der Luftmassen kann man folgendermaßen beschreiben: In Höhen von 1.500 bis 2.000 Metern können sich die Luftmassen nahezu ungebremst entfalten. In den unterhalb von etwa 1.500 Metern liegenden Ebenen werden die Luftmassen durch die spezifische Rauigkeit der Oberfläche aufgehalten. Es ist dabei zu beachten, dass für die Klassifizierung der Standortqualität einer Windenergieanlage ihre weitere Umgebung in Abhängigkeit der vorliegenden Windrichtung bedeutsam ist. Die Rauigkeit selbst ist in Gelände- und Oberflächenrauigkeit zu unterteilen. Letztere hat die größere Bedeutung. Sie ist über Wäldern und Städten sehr groß, dies bewirkt eine starke Bremswirkung für die Luftmassen. Das bedeutet außerdem, dass die Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Höhe des Waldes nur gering ansteigt. Dem gegenüber ist die Bremswirkung über dem offenen Meer und küstennahen Bereichen vergleichsweise gering.

Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, in Wäldern und Regionen mit geringer Standortqua- lität Windenergieanlagen mit größeren Nabenhöhen zu errichten, um die hohe Bremswir- kung der Luftmassen einzugrenzen. Des Weiteren wirken weitere Umstände wie thermi- sche Winde und Hügeleffekte, die zu einer Erhöhung der Windgeschwindigkeiten füh- ren.¹⁸

3.2 Technische Grundlagen

Zentraler Bestandteil einer Windenergieanlage ist die sogenannte Gondel. In ihr sind das Getriebe, der Generator und weitere Steuerungssysteme integriert. Sie ist drehbar auf dem Turm angebracht.¹⁹ Die heute angewandten Windenergieanlagen besitzen drehbar an der Nabe gelagerte Rotorblätter, eine der Windgeschwindigkeit angepasste variable Rotordrehzahl sowie Umrichter und Synchronmotoren zur Einleitung der erzeugten Ener- gie in die Stromnetze.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Schematischer Aufbau einer Windenergieanlage²⁰ Aus dieser Konstruktionsweise ergeben sich folgende Vorteile:

- grundsätzlich freie Einstellung des Verhältnisses Wirk-/Blindleistung bei der Transfe- rierung der Energie mittels Umrichter,
- grundlegend freie und präzise Kalibrierung der eingespeisten Leistung,
- große Reduzierung der auf die Windenergieanlage wirkenden mechanischen Kräfte
- Anwendung von Leichtbauteilen, die wiederum eine Steigerung der Anlagengröße begünstigen²¹

Durch die Rotorblätter wird zunächst die Windenergie in eine mechanische Drehbewe- gung umgewandelt. Mittels des Generators wird aus dieser elektrische Energie gewon- nen. Mit einem Motor in der Windrichtungsnachführung wird die Gondel zur Windrichtung hin ausgerichtet. Die Standsicherheit der Windenergieanlage wird durch das Fundament gewährleistet.²²

Während Onshore-Windenergieanlagen ein herkömmliches Beton-Fundament aufweisen, existieren für Offshore-Windenergieanlagen verschiedene Fundamenttypen. Monopile bestehen aus einem einzigen Pfahl, der hohl ist. Sie sind bis ca. 40 Metern Wassertiefe anwendbar. Durch die einfache Konstruktion und damit verbundene Installation liegen Einsparpotenziale von 30 bis 40 Prozent gegenüber Tripod- und Jacketfundamenten vor. Tripode zeichnen sich durch ein aus drei Stützpfeilern und einem Hauptpfeiler bestehen- des Fundament aus. Bis etwa 50 Metern Meerestiefe und ausschließlich auf nichtsteini- gem Untergrund können sie verwendet werden. Der Fundamenttyp Jacket besteht aus vier Füßen. Er kann in bis zu 70 Metern Wassertiefe eingesetzt werden. Kostensteigernd wirkt sich aus, dass das Fundament regelmäßig zu wartende Schweißverbindungen auf- weist. Neben diesen seit geraumer Zeit eingesetzten Varianten werden vermehrt auch Schwimm-, Bucket- und Schwerkraftfundamente eingesetzt, die jedoch noch spezifische Nachteile wie die Einsatztiefe, Kräftewirkungen und Untergrundbeschaffenheit überwin- den müssen²³ und aufgrund des Umfangs der Arbeit nicht näher betrachtet werden.

3.3 Arten von Windenergieanlagen

Windenergieanlagen können in an Land aktive Anlagen (Onshore) und in im Küstenvorfeld in der offenen See stehende Anlagen (Offshore) untergliedert werden, wobei beide Arten ihre spezifischen Vor- und Nachteile besitzen.

Die erneuerbaren Energien haben einen stetig steigenden Anteil am Bruttostromver- brauch in der Bundesrepublik Deutschland, wobei vor allem der Anteil der Windenergie sich in der Vergangenheit vervielfacht hat. Gleichzeitig erhöhte sich der Anteil der instal- lierten Windenergieleistung kontinuierlich. So wurden im Jahr 2015 insgesamt 3.579 Me- gawatt Onshore-Windenergieleistung neu installiert, darüber hinaus wurden etwa 176 Megawatt Leistung durch Rückbau unter anderem im Zuge von Repowering abgetragen.²⁴ Die große Bedeutung der einzelnen Arten der Windenergie an der Bruttostromerzeugung im Zeitverlauf zeigt sich daran, dass die Windenergie summiert in 2015 einen Anteil von 44,9 Prozent an der durch regenerative Energien erzeugten Bruttostrommenge und einen

Anteil von 14,7 Prozent am gesamten Bruttostromverbrauch der Bundesrepublik Deutschland hatte.²⁵

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Entwicklung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland²⁶

Gegenwärtig ist die Technologie der Windenergieanlagen geprägt durch die Integration von Getrieben. Derzeit sind Tendenzen zu getriebelosen Anlagen und Getrieben mit ledig- lich einer Übersetzungsstufe im Zusammenspiel mit Permanentmagnet-Generatoren er- kennbar.²⁷ Daraus ergeben sich diverse Vorteile. So findet eine Reduzierung der Be- triebskosten und der Geräusche durch die Anlagentechnik statt.²⁸ Die Leistungsfähigkeit der Windenergieanlagen hat in der Vergangenheit stetig zugenommen aufgrund ihrer technischen Fortentwicklung. Aufgrund der hohen Komplexität der Anlagen sank aller- dings deren Zuverlässigkeit, die nur durch entsprechende technische Korrekturen stabilisiert werden kann.²⁹

3.3.1 Offshore-Windenergieanlagen

Der erste deutsche Offshore-Windpark alpha ventus wurde im Jahr 2010 in Betrieb genommen. Er befindet sich in der Nordsee etwa 45 Kilometer von der Insel Borkum entfernt. Durch seine Aktivitäten wurden seitdem zahllose Forschungsprojekte ermöglicht, die zu einer technischen Weiterentwicklung der Offshore-Technologie und Erkenntnissen in Hinblick auf mögliche Umweltauswirkungen führten.³⁰

Zu den Vorteilen von Offshore-Windenergieanlagen gegenüber anderen regenerativen Energieträgern zählt, dass sie sehr hohe Volllaststunden haben. Durch diese Kennziffer wird verdeutlicht, dass Offshore-Windenergieanlagen eine große Anzahl an Betriebsstun- den und Einspeisevolumen erreichen.³¹ Aufgrund der gegenwärtig günstigen Windver- hältnisse kann ein Betrieb von etwa 340 Tagen im Jahr ermittelt werden. Dieses stetige Produktionsverhalten trägt maßgeblich zur Systemstabilität bei.³² Offshore- Windenergieanlagen können etwa das Zehnfache von Onshore-Windenergieanlagen an Regelleistung erbringen.³³ Darüber hinaus geht von ihrem Betrieb eine geringere Lärmbe- lastung aus, was bei gleichzeitiger Einhaltung von Auflagen des Umweltschutzes zu einer stärkeren Akzeptanz in der Bevölkerung führt.³⁴

Hinsichtlich der Genehmigung von Offshore-Windenergieanlagen ergibt sich folgende rechtliche Situation:

Die unmittelbar vor der deutschen Küste liegende Zone, die 12 Meilen umfasst, wird ge- nehmigungsrechtlich dem jeweiligen Bundesland zugeordnet. Außerhalb dieser Zone in der als ausschließliche Wirtschaftszone (AWZ) bezeichneten Region obliegen alle ge- nehmigungsrechtlichen Maßnahmen dem Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrologie (BSH). Der überwiegende Teil der Offshore-Windparks wird in der AWZ aufgrund des großen Flächenpotenzials errichtet. Daraus ergibt sich der Vorteil, das Küstenökosysteme wie das Wattenmeer nicht beeinträchtigt werden. Das BSH erteilt auf Grundlage des Bun- desfachplans Offshore einen Planfeststellungsbeschluss, sofern keine umweltschutz-, verkehrs- oder sonstigen öffentlich-rechtlichen Bedenken dem entgegenstehen.³⁵

In den vor der europäischen Union liegenden Gewässern, überwiegend in der Nord- und Ostsee, waren Ende 2015 Offshore-Parks mit einer Kapazität von insgesamt 11 Gigawatt Leistung installiert, im Jahr 2014 lag eine Kapazität von in Summe 8 Gigawatt vor.³⁶ Ende 2013 waren in der deutschen Ost- und Nordsee 4 Windparks mit einer Gesamtkapazität von 616 Megawatt fertiggestellt und weitere 8 Windparks im Bau.³⁷ Im Jahr 2014 waren in den deutschen Hoheitsgewässern bereits 258 Offshore-Windenergieanlagen mit einer Leistung von 1.049 Megawatt in Betrieb sowie weitere 285 Anlagen mit einer Nennleis- tung von 1.303 Megawatt fertiggestellt, allerdings noch nicht aktiviert.³⁸

Mittels des Offshore-Netzentwicklungsplans und des jährlich durch das BSH erscheinenden Bundesfachplans Offshore findet seit 2013 eine gesetzliche Lenkung des Ausbaus der Offshore-Windenergie statt.³⁹ Durch die im Vergleich zum Festland weitaus besseren Windverhältnisse auf dem offenen Meer stellt die Offshore-Windenergie die derzeit zuverlässigste Form der regenerativen Energien dar.⁴⁰

3.3.2 Onshore-Windenergieanlagen

Eine Studie zum Stand der Windenergie an Land aus 2016 ergab, dass die im Jahr 2015 in Deutschland installierten Windenergieanlagen im Mittel eine Nennleistung von 2,7 Megawatt besaßen. Gleichzeitig wiesen diese Windenergieanlagen einen durchschnittlichen Rotordurchmesser von etwa 105 Metern und eine übliche Nabenhöhe von 123 Metern auf.⁴¹ Im Zeitverlauf betrachtet stiegen sowohl die mittlere Nennleistung als auch die durchschnittliche Nabenhöhe der Windenergieanlagen.⁴²

Die regionale Aufteilung der gegenwärtig installierten Windenergieanlagen und die spezi- fischen Nennleistungen können der folgenden Tabelle entnommen werden. Es wird deut- lich, dass auf die fünf nördlichen Bundesländer ca. 42 Prozent der gesamten Nennleis- tung entfallen. Dem gegenüber entfallen auf die südlichen Bundesländer lediglich 14 Prozent der kumulierten Leistung.⁴³ Dies ist darin begründet, dass die Oberflächenrauigkeit in den südlichen Bundesländern höher ist und sich negativ auf die Windgeschwindigkeit und damit potenzielle Erträge auswirkt.⁴⁴

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Kumulierte Leistung und Anlagenbestand nach Bundesländern⁴⁵

In einer Studie zum Potenzial der Onshore-Windenergienutzung in 2012 wurde ermittelt, das aufgrund vorliegender Geographischer Daten etwa 8 Prozent der Landfläche Deutschlands für die Errichtung von Onshore-Windenergieanlagen genutzt werden könn- ten bei Berücksichtigung von Umweltschutzgebieten.⁴⁶ Die größten Flächenpotenziale lagen hierbei in den Flächenländern Bayern, Niedersachsen, Brandenburg und Baden- Württemberg.⁴⁷ Allerdings stehen der tatsächlichen Nutzung dieser Flächen nach Mei- nung des Verfassers weitere Restriktionen gegenüber. Dazu zählen insbesondere Belan- ge des Artenschutzes wie des roten Milan und die individuell zu sondierenden Besitzverhältnisse der in Betracht kommenden Flächen.

Bei der zunehmenden Errichtung von Onshore-Windenergieanlagen in Regionen mit einer geringeren Standortqualität werden zur Erreichung gleichbleibender Windverhältnisse vorrangig Anlagen mit einer größeren Nabenhöhe und einer im Verhältnis zur Nennleistung größeren Rotorfläche errichtet. Durch die größere Rotorfläche werden bei niedrigen Windgeschwindigkeiten größere Leistungen und damit verbunden eine höhere Anzahl an Volllaststunden erreicht. Dem gegenüber werden in Regionen mit einer hohen Standortqualität Windenergieanlagen mit einer verhältnismäßig großen Nennleistung, geringen Nabenhöhen und Rotordurchmessern installiert.⁴⁸

3.4 Herausforderungen durch die Nutzung von Windenergie- anlagen

Nachfolgend werden drei ausgewählte Herausforderungen betrachtet, die sich aus der Nutzung von Windenergieanlagen ergeben: Der Ausbau der Netzstrukturen, die Möglichkeit der Speicherung von Windenergie und der Austausch alter durch neue Windenergieanlagen, das sogenannte Repowering.

3.4.1 Netzausbau aufgrund der Verbreitung von Windenergieanlagen

Um auch in Zukunft weitere kontinuierliche Steigerungen des Anteils von erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch zu erreichen, ist insbesondere ein weitergehender Ausbau der Stromnetze vonnöten.⁴⁹ Dies wird durch mehrere Beispiele deutlich: So wurden im Jahr 2011 ca. 127 Gigawattstunden an Windenergieleistung aufgrund fehlender Netzkapazitäten abgeriegelt. Für die Betreiber der Stromnetze entstanden dabei Aufwendungen in Höhe von fast 10 Mio. Euro, die als Entschädigungssummen an die Betreiber der Windenergieanlagen abzutreten waren.⁵⁰

Die durch Offshore-Windenergieanlagen erzeugte Energie wird zunächst an einem zentralen Umspannwerk des jeweiligen Windparks gesammelt, aufbereitet und mit einem höheren Spannungsniveau auf das Festland geleitet.⁵¹

[...]

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¹ Vgl. DIW (2015), S. 1.

² Vgl. ifeu/ GWS (2012), S. 15.

³ Vgl. Wiser/ Yang et. al. (2011), S. 539.

⁴ Vgl. FA Wind (2016), S. 9.

⁵ Vgl. BMWi (2016a), S. 1.

⁶ Vgl. IRENA (2015), S. 4.

⁷ Vgl. Neukirch (2010), S. 7f.

⁸ Vgl. Ohlhorst (2009), S. 289f.

⁹ Vgl. Ohlhorst (2009), S. 102ff.

¹⁰ Vgl. Fraunhofer IWES (2015a), S. 10.

¹¹ Vgl. Fraunhofer IWES (2015a), S. 10.

¹² Vgl. Ohlhorst (2009), S. 119ff.

¹³ Vgl. Ohlhorst (2009), S. 149ff.

¹⁴ Vgl. Ohlhorst (2009), S. 162f.

¹⁵ Vgl. Ohlhorst (2009), S. 190ff.

¹⁶ Vgl. Ohlhorst (2009), S. 230ff.

¹⁷ Vgl. BMWi (2015a), S. 8.

¹⁸ Vgl. Agora (2013), S. 20.

¹⁹ Vgl. HA Hessen Agentur GmbH (2015), S. 13.

²⁰ HA Hessen Agentur GmbH (2015), S. 15.

²¹ Vgl. Fraunhofer IWES (2015a), S. 10f.

²² Vgl. HA Hessen Agentur GmbH (2015), S. 13.

²³ Vgl. BMWi (2015a), S. 19f.

²⁴ Vgl. BMWi (2016a), S. 3.

²⁵ Vgl. BMWi (2016a), S. 4.

²⁶ BMWi (2016a), S. 3.

²⁷ Vgl. VDI (2015), S. 17.

²⁸ Vgl. HA Hessen Agentur GmbH (2015), S. 13.

²⁹ Vgl. Fraunhofer IWES (2015a), S. 18.

³⁰ Vgl. BMWi (2015a), S. 8.

³¹ Vgl. Fraunhofer IWES (2015b), S. 9.

³² Vgl. VDI (2015), S. 20.

³³ Vgl. Fraunhofer IWES (2015b), S. 9.

³⁴ Vgl. Fraunhofer ISE (2013), S. 21.

³⁵ Vgl. BMWi (2015a), S. 10f.

³⁶ Vgl. Flauger (2016).

³⁷ Vgl. O’Sullivan/ Edler/ Bickel/ Lehr/ Peter/ Sakowski (2013), S. 9.

³⁸ Vgl. VDI (2015), S. 16.

³⁹ Vgl. VDI (2015), S. 19.

⁴⁰ Vgl. Hubik (2016).

⁴¹ Vgl. DWG (2016), S. 3.

⁴² Vgl. VDI (2015), S. 16.

⁴³ Vgl. DWG (2016), S. 5.

⁴⁴ Vgl. Agora (2013), S. 19.

⁴⁵ DWG (2016), S. S. 5.

⁴⁶ Vgl. BWE (2012), S. 4.

⁴⁷ Vgl. BWE (2012), S. 10.

⁴⁸ Vgl. Agora (2013), S. 6.

⁴⁹ Vgl. IRENA (2015), S. 8.

⁵⁰ Vgl. Fraunhofer IWES (2012), S. 7.

⁵¹ Vgl. BMWi (2015a), S. 21.