Zukunftsfähigkeit der Windenergie in Deutschland. Situation und Aussichten

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Funktionsweise von Windrädern
2.1. Funktionsweise
2.2. Standortbedingungen

3. Situation der Windenergiebranche
3.1. Entwicklung
3.2. Aktuelle Situation

4. Zukunftsfähigkeit und Potenzial von Windenergie
4.1. Standortverteilung von Windenergieanlagen

5. Positive Aspekte der Windenergie

6. Negative Aspekte der Windenergie

7. Fazit

8. Anhang
8.1. Glossar
8.2. Internetquellenverzeichnis
8.2. Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Mittlerweile ist der Klimawandel ein durch viele Experten bestätigtes Phänomen. Seine enormen Auswirkungen bekommen wir heute bereits zu spüren. Deshalb ist es wichtig, Methoden zu finden, um Energie kohlenstoffdioxid frei zu gewinnen, damit noch viele Generationen auf der Erde leben können. Eine Möglichkeit, um die Welt zu einem gesünderen Planeten zu machen, ist die Windkraft, welche sich schon über mehrere Jahre als effiziente Energiequelle bewährt hat. Daher möchte ich in meiner Facharbeit klären, ob die Windkraft in Deutschland zukunftsfähig ist. Für dieses Thema habe ich mich entschieden, weil es in den Medien gerade sehr kontrovers diskutiert wird, während die Bedeutsamkeit der Windenergie global stetig wächst, um die internationalen Klimaziele einzuhalten.

Zur Beantwortung der Frage, ob Windenergie in Deutschland zukunftsfähig ist, gehe ich folgendermaßen vor: Zunächst erläutere ich Funktionsweise und Standortbedingungen, anschließend stelle ich die aktuelle Situation der Windenergiebranche dar sowie deren Aussichten und Potenzial unter Nennung positiver und negativer Aspekte. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung der Erkenntnisse und einem persönlichen Fazit ab.

2. Funktionsweise von Windrädern

2.1. Funktionsweise

Aufbau In einer Windenergieanlage (WEA) wird aus dem Primärenergieträger Wind, welcher durch die Sonneneinstrahlung, die sogenannte kinetische Energie, entsteht, durch die Bewegung der Rotoren Energie erzeugt. Wie im Buch “Windkraftanlagen” von E. Rau beschrieben, sind die technischen Komponenten bei der mechanisch-elektrischen Energiewandlung, die hierbei eine Rolle spielen, Getriebe, Generator, Regelungssysteme und eine Vielzahl von Hilfsaggregaten, welche das Windkraftwerk ständig optimieren und anpassen, um möglichst effizient zu arbeiten. Grundsätzlich wird bei der Windenergie-Gewinnung unterschieden zwischen Rotoren mit einer vertikalen Drehachse und Horizontalachsen.¹ Die bekannteste Variante ist die Horizontalachsen-Windkraftanlage. Dabei trifft der kinetische Wind auf die Rotoren, die diesen in motorische Rotationsenergie umwandeln.

Auftriebsprinzip Früher wurde die Rotation durch das Widerstandsprinzip erzeugt. Heute jedoch wird überwiegend das Auftriebsprinzip verwendet. Beim Auftriebsprinzip trifft der Wind auf ein Rotorblatt, welches ähnlich geformt ist wie ein Flugzeugflügel. Da der Wind auf der Oberseite schneller als auf der Unterseite entlang strömt, herrscht auf der Unterseite ein höherer Druck und somit wirkt Kraft auf den Flügel ein, welche den Rotor zum Rotieren bringt. Energieerzeugung

Um die Bewegung in Energie umzuwandeln, wird ein Generator benötigt, welcher im Maschinenhaus-Rahmen der WEA sitzt².

Da die Windkraftanlagenje nach Wind unterschiedlich schnell rotieren, gibt es in den meisten Fällen ein Getriebe, welches notwendig ist um die Generatordrehzahl anzupassen. Durch das Getriebe wird die Geschwindigkeit ständig angepasst, damit eine Spannung von 50 Hertz erreicht wird. Das ist wichtig, weil sonst nicht die Norm für den Europaweiten Wechselstrom erreicht wird und dieser somit nicht eingespeist werden kann³.

Außerdem besitzt die moderne WEA viele Regelungssysteme, wie zum Beispiel die Pitch- oder Stall-Regelung. Bei der Pitch-Regelung wird bei zu starkem Wind die Auftriebsfläche angepasst, damit kein Schaden an den Rotorblättem entsteht.⁴ Die Stall-Regelung ist ein intelligentes Rotorblatt, bei dem sich bei zuviel Wind Luftwirbel um das Rotorblatt bilden, wodurch die Geschwindigkeit der Achse verringert wird.⁵

Dennoch wird bei einer Windstärke von 25 m/s die WEA ausgeschaltet, da es zu risikoreich wäre, sie einzuschalten.⁶

2.2. Standortbedingungen

Im Planungsprozess ist der erste Schritt die Suche nach einem geeigneten Standort. Die Standorte, auf denen ein WEA gebaut werden darf, werden vom Land oder den Kommunen ausgewiesen. Es gibt Bebauungspläne, in denen genau gekennzeichnet ist, wo eine Errichtung grundsätzlich möglich ist. Naturschutzgebiete, dicht besiedelte Gebiete, Gewerbegebiete und Naherholungsgebiete sind immer ausgenommen. Laut Bundesverband Windenergie können nur etwa 2% der Fläche von Deutschland für die Windenergie genutzt werden.⁷ In Emissionsgutachten wird sichergestellt, dass die Anwohner nicht durch Schall und Schattenwurf gestört werden. An den möglichen Standorten werden Windmessungen vorgenommen, welche zum einen dazu dienen, die Windmasse zu analysieren und zum anderen eine auf die lokale Begebenheit und die Windhöffigkeit abgestimmte WEA zu errichten. Dabei geht es bei der Planung auch zum Beispiel um ein optimales Verhältnis von Rotordurchmesser zu Turm.⁸

Denn die modernen WEA unterscheiden sich hauptsächlich in zwei Typen. Unterschieden wird dabei zwischen WEA für viel und wenig Wind, damit die Anlagen möglichst rentabel arbeiten. Zwischen Planung und Genehmigung liegen laut BWE durchschnittlich 4 bis 5 Jahre, wobei die Zeitspanne stetig wächst.

Sobald die Genehmigung vorliegt, beginnt der Bau der WEA, welcher durchnittlich 3 bis 6 Monate dauert. Bei Offshore-Anlagen gibt es noch zusätzliche Bedingungen, die erfüllt werden müssen. Offshore-Anlagen befinden sich im Meer. Um die Wartung und Versorgung der Anlagen zu gewährleisten, dürfen die WEA nicht weit von der Küste entfernt sein, da die Kosten mit zunehmender Entfernung steigen. Außerdem müssen die Offshore-WEA korrosionsbeständig sein, da sonst das Salzwasser die einzelnen Komponenten beschädigen würde. Zudem werden auf der See durchschnittlich mehr Arbeiter benötigt, um die Versorgungsschiffe und Plattformen zu betreiben. Zusätzlich ist die Errichtung einer WEA auf dem Meer deutlich kostenaufwendiger, denn es werden Spezialschiffe mit Kränen benötigt und spezielle Fundamente müssen unter Wasser erstellt werden, auf denen das WEA sicher im Boden verankert werden kann. Dabei ist zu beachten, dass der Meeresboden, auf dem das Fundament steht, nicht zu sehr nachgibt. Außerdem ist der Netzanschluss der OffshoreWindräder verhältnismäßig aufwendig, da nicht nur Seekabel benötigt werden, sondern auch eine Transformatorstation, welche die elektrische Spannung in Hochspannung umwandelt, weil sonst zu viel Energie auf dem Weg verloren gehen würde.⁹

3. Situation der Windenergiebranche

3.1. Entwicklung

Mit Beginn der 90er Jahre haben Erneuerbare Energien (EE), wie zum Beispiel Solarenergie und Windkraft, für die Energieunternehmen stark an Attraktivität gewonnen, weil sie bei der Errichtung und beim Betrieb der Anlagen vom Staat unterstützt wurden.

Im Stromeinspeisungsgesetz vom 7.12.1990 wird erstmals festgelegt, dass Elektrizitätsversorgungsuntemehmen (EVU) eine spezielle Vergütung für die Einspeisung von EE erhalten. Außerdem wurden die EVU dazu verpflichtet, EE in ihren Strommix aufzunehmen. Dies führte dazu, dass die Windenergiebranche einen großen Aufschwung erlebte und viele WEA erbaut wurden. Das sogenannte Stromeinspeisungsgesetz wurde durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) am 1.4.2000 ersetzt.

Die Definition des EEG ist laut Bundesverband Windenergie wie folgt:

“Das EEG regelt den sogenannten Einspeisevorrang emeuerbarer Energien. Betreiber von Erneuerbare-Energien-Anlagen haben Anspruch auf unverzüglichen und vorrangigen Anschluss ihrer Anlage an das Stromnetz, darüber hinaus auf unverzügliche und vorrangige Abnahme des gesamten zur Einspeisung angebotenen Stroms sowie dessen Übertragung und Verteilung.”¹⁰

Es gab Vorbehalte der klassischen Energiewirtschaft, denen das EUGH allerdings nicht gefolgt ist und im Sinne des EEG entschieden hat.¹¹

Das EEG wurde seit seiner Einführung 2000 oftmals angepasst, damit die Erneuerbaren Energien marktfähig bleiben konnten. So wurden beispielsweise die Fördersätze kontinuierlich nach unten korrigiert, weil durch technologische Weiterentwicklung Kostenvorteilen gehoben werden konnten.¹²

3.2. Aktuelle Situation

Die Windenergie ist in Deutschland von großer Bedeutung, denn sie ist ein wichtiges Element, um die international vereinbarten Klimaziele 2030 zu erreichen.

Die derzeitige Windenergiebranche wird jedoch stark eingeschränkt, da der Ausbau durch Gesetze wie das EEG und die Ausschreibung der Fördersätze entschleunigt wird.^{13 14 15 16} Wenn man die Entwicklung des Ausbaus von WEA betrachtet, wird klar, dass in dem Zeitraum von 2013 bis 2017 viele neue WEA in Betrieb genommen wurden.

Der Höhepunkt der Inbetriebnahme war 2017 mit knapp 7.000 Megawatt, darauf folgte ein Rückgang von etwa 55% im Jahr 2018 auf etwa 3.500 MW.¹⁷

Dieser enorme Rückschlag wird verursacht durch Regulierungsversuche der Politik, aber auch beispielsweise durch Klagen vor Gericht von Bürgern hinsichtlich Lärmemission oder Tierschutz. Dadurch sind die Genehmigungsverfahren oft sehr aufwendig und langwierig.¹⁸ Festzuhalten ist, dass zurzeit nur 9% des Brutto Stromverbrauchs durch Windenergie produziert wird. Jedoch sind die geplanten Ziele deutlich höher gesteckt. 2030 sollen 25 bis 30 Prozent des Stroms durch Wind produziert werden.¹⁹ Durch den stockenden Ausbau droht die Verschlechterung der Ökobilanz.

4. Zukunftsfähigkeit und Potenzial von Windenergie

Das aktuelle Problem ist, dass die Windkraft in Deutschland immer weniger Akzeptanz in der Gesellschaft findet. Daher werden grundsätzlich mögliche Standorte für WEA nicht genehmigt oder es dauert zu lange bis zur Umsetzung, da bundesweit fast 1000 Bürgerinitiativen und diverse Naturschützer dagegen vorgehen.

Die Einspeisevergütung wurde 1990 eingeführt mit dem sog. Stromeinspeisungsgesetz, um die Windenergie rentabel zu machen und am Markt zu positionieren.

Allerdings wird im Jahr 2021 die Einspeisevergütung abgeschafft, weshalb viele Betreiber von WEA vor der Frage stehen, ob es sich wirtschaftlich lohnen wird, alte Anlagen überhaupt zu erneuern.²⁰

Nach Experteneinschätzungen macht die geplante Abstandsregel von 1.000 Metern zu Wohngebieten die Standortfindung deutlich schwieriger. Die gesetzliche Bestimmung dieser

Regel hat drastische Konsequenzen hat für den Erhalt der Windenergiebranche. Denn die Genehmigungsverfahren würden noch länger dauern oder sogar abgelehnt werden, wodurch der Neubau von WEA stark zurückgehen und auch das sogenannte Repowering schwerer durchzusetzen sein würde.²¹

Repowering ist der Begriff für die Erneuerung von Anlagen durch neue WEA, welche einen höheren Wirkungsgrad haben als die alten, wodurch sie mehr Leistung erzielen können.²² Die Windenergieanlagen haben einen technische Lebensdauer von 20-25 Jahren, danach müssen wesentliche Teile oder sogar die ganze Anlage ersetzt werden.²³ Viele Anlagen liegen heute in dem 1.000 Meter Radius. Daher wäre es nach Umsetzung des Gesetzes nicht möglich, diese zu erneuern.

Die für den Transport von Windenergie notwendige Infrastruktur könnte nicht mehr verwendet werden und müsste an einem anderen Standort neu erbaut werden, was einen erheblichen finanziellen Aufwand für die Betreiber bedeuten würde. 2013 wurde vom Umweltbundesamt eine Studie veröffentlicht, in der festgestellt wurde, wie groß die Nutzfläche für Windenergie sei. Die Zahl belief sich auf 13,8%in Deutschland. Allerdings ist die tatsächliche Fläche nach Berücksichtigung der Siedlungsentwicklung und Tierschutz nur 2,4%.²⁴

Umweltverbände befürchten, dass sich die Fläche nach den bereits geplanten gesetzlichen Änderungen nochmals halbieren würde. All diese Faktoren veranschaulichen, wie schwierig die Standortbedingungen und Voraussetzungen für die zukünftige Nutzung von Windenergie sind. Die Energie-Expertin der Klima-Allianz Deutschland, Stefanie Langkamp, sagt:

„Mit den neuen Abstandsregeln für Windkraftanlagen an Land steigt die Bundesregierung buchstäblich aus der Energiewende aus. Der Ausbau der Windenergie an Land wird so zum Erliegen gebracht.”²⁵

Dadurch wird klar, dass Deutschland mit den geplanten gesetzlichen Regulierungenjedenfalls durch Einsatz von EEG in Form von Windenergie ihre Klimaziele bis 2030 vermutlich nicht erreichen kann. Der einst vom Gesetzgeber begünstigten Windenergiebranche werden jetzt immer mehr Steine in den Weg gelegt.

Durch den gebremsten Ausbau von WEA, verzeichnet Deutschland zudem hohe Arbeitsplatzverluste, noch 2017 wurden 26.000 Stellen abgebaut.

[...]

¹ Siehe „Windkraftanlagen”, ErichRau, Springer, 01.08.2008, Seite 167 f.

² Siehe „Windkraftanlagen”, ErichRau, Springer, 01.08.2008, Seite 70.

³ SieheBundesverbandWindenergie.de, „UmrichtersystemefürWindenergieanlagen”, (Stand: 20.02.2020 14:18 Uhr) Online im Internet URL:https://www.wind-energie.de/themen/anlagentechnik/anlagenkonzepte/umrichter/.

⁴ Siehe Bundesverband Windenergie.de, „Was bedeutet Pitch- und Stall- Regelung”, (Stand: 20.02.2020 14:22 Uhr) Online Im Internet URL: https://www.wind- energie.de/themen/anlagentechnik/funktionsweise/leistungsbegrenzung/.

⁵ Siehe Bundesverband Windenergie.de, „Was bedeutet Pitch- und Stall- Regelung”, (Stand: 20.02.2020 14:22 Uhr).

⁶ Siehe Bundesverband Windenergie.de, „Leistungsbegrenzungen”, (Stand: 20.02.2020 15:04 Uhr).

⁷ SieheBundesverbandWindenergie.de, „PlanungvonWindenergieanlagen”, (Stand: 15.03.2020 13.05 Uhr).

⁸ Uwe Behrens, Managing Director von Quadra Energy.

⁹ Siehe ErneuerbareEnergien undKlimaschutz, 4. Auflage, VolkerQuaschning, 2018, S. 238.

¹⁰ Siehe Bundesverband Windenergie.de, „Emeuerbare Energien haben Vorrang”, (Stand: 29.2.2020 15:08 Uhr).

¹¹ SieheEmeuerbare-energien.de, „Stromeinspeisungsgesetzvom7.12.1990”, (Stand: 29.2.2020 13:53 Uhr) Online im Internet URL:https://www.emeuerbare- energien.de/EE/Redaktion/DE/Dossier/eeg.html?cms docId=72462.

¹² Uwe Behrens, Managing Director von Quadra Energy.

¹³ Siehe Umweltbundesamt.de, „Mindestabstände bei Windenergieanlagen schaden der Energiewende”, (Stand: 16.03.2020 12:56 Uhr) Online im Internet URL: https://www.umweltbundesamt.de/themen/mindestabstaende-bei-windenergieanlagen-schaden-der.

¹⁴ Siehe Windbranche.de, Windenergie- Markt Deutschland, (Stand: 15.03.2020 16:54 Uhr) URL: https://www.windbranche.de/windenergie-ausbau/deutschland.

¹⁵ Siehe Deutschlandfunk.de Der schwierige Weg zu neuen Windrädern”, (Stand: 15.03.2020 15:00 Uhr) Online imlntemet URL:https://www.deutschlandfunk.de/energiewende-der-schwierige-weg-zu-neuen- windraedem,724.de.html?dram: article_id=455824 .

¹⁶ Siehebee-ev.de , „Windbewegt”, (Stand: 18.03.2020 12:05 Uhr) Online im Internet URL: https://www.bee-ev.de/unsere-technologien/windkraft.

¹⁷ Siehe Deutschlandfunk.de, „Der schwierige Weg zu neuen Windrädern”, (Stand: 15.03.2020 15:30 Uhr).

¹⁸ Uwe Behrens, Managing Director von Quadra Energy.

¹⁹ Siehe Wind-turbine.com, „Was istRepowering”, (Stand: 17.03.2020 11:23 Uhr) Online im Internet URL:https://wind-turbine.com/magazin/ratgeber/repowering/76331/was-ist-repowering.html.

²⁰ Siehe Westfälische Nachrichten, Luftnummer, Ulrich Shaper, 04.01.2020.

²¹ Siehe Westfälische Nachrichten, Luftnummer, Ulrich Shaper, 04.01.2020.

²² Siehe Westfälische Nachrichten, Luftnummer, Ulrich Shaper, 04.01.2020.

²³ Siehe ErneuerbareEnergien undKlimaschutz, 4. Auflage, VolkerQuaschning, 2018, S. 238.

²⁴ Siehe Bundesverband Windenergie.de, „Leistungsbegrenzungen”, (Stand: 20.02.2020 15:04 Uhr).

²⁵ SieheEmeuerbare-energien.de, „Stromeinspeisungsgesetzvom7.12.1990”.