Windenergie

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Dieser Artikel beschreibt die technische Nutzung der Kraft des Windes; für die im Wind enthaltene physikalische Energie siehe unter Wind.
Segelyacht auf dem Starnberger See
Kite-Surfen

Windenergie bzw. Windkraft ist die kinetische Energie von Wind, also bewegten Luftmassen der Atmosphäre, die technisch genutzt werden kann und zu den erneuerbaren Energien gezählt wird.

Die Windenergie wird seit dem Altertum genutzt, um Energie aus der Umwelt für technische Zwecke verfügbar zu machen. Während sie in der Vergangenheit vor allem mit Windmühlen oder Segelschiffen genutzt wurde, ist heute die Stromerzeugung mit Windkraftanlagen die mit großem Abstand wichtigste Form der Windenergienutzung. Auf guten Standorten ist mittlerweile die Wettbewerbsfähigkeit mit konventionellen Wärmekraftwerken gegeben. Ende 2012 waren weltweit in 100 Staaten mehr als 200.000[1] Windkraftanlagen mit zusammen 282 GW Nennleistung installiert, die mit rund 580 TWh jährlicher Produktion rechnerisch nahezu den kompletten deutschen Strombedarf von 594,5 TWh bzw. mehr als 3 % des weltweiten Strombedarfs decken könnten.[2][3] Weitere moderne Nutzungsformen sind in der zumeist nichtkommerziellen Segelschifffahrt sowie im Freizeitwesen wie z. B. im Segelflug zu finden.

Geschichte der Windenergienutzung

Die Windenergie wird seit Jahrtausenden vom Menschen für seine Zwecke genutzt. Eine wichtige Funktion kam der Windenergie bei der Fortbewegung zu, zunächst mit Segelschiffen (siehe auch: Segeln), deutlich später auch für die Luftfahrt mit Ballons. Ebenfalls wurde die Windenergie zur Verrichtung mechanischer Arbeit mit Hilfe von Windmühlen und Wasserpumpen eingesetzt.

In Europa existierten im 19. Jahrhundert einige 100.000 Windräder, die unter guten Windverhältnissen bis zu 25-30 kW Leistung erzielten.[4] In Frankreich, England, Deutschland, den Niederlanden, Belgien und Finnland gab es in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts zwischen 50.000 und 60.000 Windmühlen, um 1900 alleine an der Nordsee etwa 30.000. Insbesondere in den Niederlanden waren Windmühlen stark verbreitet, hier gab es in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts alleine etwa 9.000 Mühlen. Einsatzzwecke waren neben dem Mahlen von Getreide, die Baumwollspinnerei und Tuchwalkerei, zudem dienten die Mühlen als Kraftquelle für das Stoßen von Leder, das Sägen von Holz, die Herstellung von Öl, Papier und Tabak sowie das Entwässern von Sumpfgebieten oder unter dem Meeresspiegel liegenden Landflächen.[5]

In Deutschland stieg die Zahl der Windmühlen während der Industriellen Revolution zunächst bis zur Hochindustrialisierung weiter an und erreichte in den 1880er Jahren einen Höhepunkt.[6] Anschließend wurden die Windmühlen sukzessive durch fossile Kraftquellen bzw. elektrische Antriebe ersetzt, sodass ihre Zahl wieder zurückging. 1895 waren in Deutschland rund 18.000 Windmühlen in Betrieb. 1914, zu Beginn des 1. Weltkrieges, wird die Zahl der Windmühlen auf ca. 11.400 geschätzt, 1933 waren noch 4.000 bis 5.000 Windmühlen vorhanden.[7] Eine ebenfalls wichtige Rolle spielten Windpumpen, wie sie insbesondere in Form des vielflügeligen Western-Windrades mit einer Leistung von wenigen 100 Watt weit verbreitet waren. Bis ca. 1930 wurden über sechs Millionen Westernmills produziert, von denen noch immer ca. 150.000 vorhanden sind.[8]

Nach der Entdeckung der Elektrizität und der Erfindung des Generators lag auch der Gedanke der Nutzung der Windenergie zur Stromerzeugung nahe. Anfänglich wurden die Konzepte der Windmühlen nur abgewandelt und statt der Umsetzung der kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie wurde über einen Generator elektrische Energie erzeugt. Mit der Weiterentwicklung der Strömungsmechanik wurden auch die Aufbauten und Flügelformen spezialisierter. Seit den Ölkrisen in den 1970er Jahren wird weltweit verstärkt nach Alternativen zur Energieerzeugung geforscht und damit wurde auch die Entwicklung moderner Windkraftanlagen vorangetrieben.[9]

Stromerzeugung durch Windenergie

Hauptartikel: Windkraftanlage und Windpark

Windenergieanlagen können in allen Klimazonen, auf See und in allen Landformen (Küste, Binnenland, Gebirge) zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Daher wird häufig nur zwischen der Windenergienutzung an Land sowie der Nutzung auf See in Offshore-Windparks unterschieden. Bisher ist vor allem die Windenergie an Land von Bedeutung, während die Offshore-Windenergie global gesehen mit einem Anteil von 1,9 % an der installierten Leistung bisher noch ein Nischendasein fristet.[2] Auch langfristig wird mit einer Dominanz des Onshore-Sektors gerechnet, allerdings mit steigendem Anteil der Offshore-Installationen. So geht z.B. die IEA davon aus, dass bis 2035 rund 80 % des Zubaus an Land erfolgen werden.[10]

Physikalische Grundlagen

Bei der Leistung ist zu unterscheiden zwischen der elektrischen Nennleistung, die sich aufgrund der technischen Konstruktion ergibt, und dem tatsächlich am Standort erzielbaren Ertrag, der sich noch aus einer Reihe weiterer Faktoren ergibt. Bei der Planung werden Daten aus Wetterbeobachtungen (Windstärke, Windrichtung) verwendet, um daraus eine Prognose zu berechnen. Diese Prognosen sind Mittelwerte und können wetterbedingt von den Ergebnissen der einzelnen Jahre abweichen. Langzeitbetrachtungen sind für eine großmaßstäbliche Nutzung der Windenergie, die Planung von Stromnetzen und Speicherkapazitäten unerlässlich.

Die in elektrische Leistung P umsetzbare Leistung aus dem Windangebot lässt sich aus dem kinetischen Leistungsangebot des Massenstroms \dot m der Luft errechnen, multipliziert mit dem Wirkungsgrad nach Betz \eta_\mathrm{Betz}, aus den Strömungsverlusten \eta_\mathrm{reib} (Reibungsanteil in den Navier-Stokes-Gleichungen) sowie dem mechanischen (Reibungsverluste im Getriebe und den Lagern des Konverters) und elektrischen Wirkungsgrad des Systems \eta_\mathrm{mec} \cdot \eta_\mathrm{elek} :

P = \eta_\mathrm{Betz} \cdot \eta_\mathrm{reib} \cdot \eta_\mathrm{mec} \cdot \eta_\mathrm{elek} \cdot \frac{1}{2} \cdot \dot m \cdot v^2 = \eta_\mathrm{Betz} \cdot \eta_\mathrm{reib} \cdot \eta_\mathrm{mec} \cdot \eta_\mathrm{elek} \cdot \frac{1}{2}\cdot \rho \cdot A \cdot v^3

Die Formelzeichen bedeuten:

η: Wirkungsgrade, Beschreibung siehe oben

A: Querschnittsfläche des Rotors

ρ: Dichte der Luft in kg/m³

: Massenstrom der Luft in kg/s

v: mittlere Geschwindigkeit der Luft in m/s

P: Leistung des Konverters in Watt

Die erzielbare Leistung nimmt also mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zu. Die Windgeschwindigkeit ist daher wichtig für ihre Nutzung sowie ein Schlüsselfaktor für die Wirtschaftlichkeit.

Die Häufigkeitsverteilung der erzeugten Windleistung kann mit der Log-Normalverteilung gut angenähert werden. Dieselbe Verteilungsart beschreibt auch die Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit. (Hinweis: Auch die erzeugte Leistung aus der Photovoltaik lässt sich mit der Log-Normalverteilung beschreiben.)

Die starke Wetterabhängigkeit der aus Windkraft erzeugten elektrischen Energie kann aus dem zweiten Diagramm abgeleitet werden. Wegen der hohen Variabilität ist eine möglichst genaue Prognose der erwarteten Einspeisung aus Windkraftquellen unerlässlich (siehe auch Artikel Windleistungsvorhersage), um eine entsprechende Planung und Verteilung im elektrischen Stromnetz vornehmen zu können.

Potential

Weltweit

2009 ermittelten Forscher der Harvard-Universität unter konservativen Annahmen das globale Windenergiepotential und kamen zu dem Ergebnis, dass es den Weltenergiebedarf weit übersteigt: den damaligen Bedarf an elektrischer Energie um das 40-fache, den Gesamtenergiebedarf um das 5-fache.[11]

Weltweit bietet die bodennahe Windenergie theoretisch Potential für über 400 Terawatt Leistung, würde zusätzlich die Energie der Höhenwinde genutzt, wären sogar 1.800 Terawatt möglich, etwa das 100-fache des derzeitigen weltweiten Energiebedarfs.[12][13]

Deutschland

Der von der Agentur für Erneuerbare Energien im Jahr 2010 erstellte 'Potenzialatlas Deutschland' kam zu dem Ergebnis, dass Windkraftanlagen auf 0,75 % der Landfläche 20 % des deutschen Strombedarfs 2020 decken könnten.[14]

2013 veröffentlichte das Umweltbundesamt eine Studie[15] zum bundesweiten Flächen- und Leistungspotential der Windenergie an Land. Das Potential wurde vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik auf Grundlage detaillierter Geodaten und moderner Windenergieanlagentechnik modelliert. Demnach stehen auf Basis der getroffenen Annahmen prinzipiell 13,8 Prozent der Fläche Deutschlands für die Windenergienutzung zur Verfügung. Dieses Flächenpotential ermöglicht eine installierte Leistung von rund 1.190 GW mit einem jährlichen Stromertrag von ca. 2.900 TWh. Das realisierbare Potential der Windenergie an Land wird aber erheblich kleiner geschätzt, weil verschiedene Aspekte im Rahmen der Studie nicht betrachtet wurden (z. B. artenschutzrechtliche Belange oder wirtschaftliche Rahmenbedingungen).

Nach Volker Quaschning liegt das Potential der Onshore-Windenergie in Deutschland selbst unter restriktiven Flächennutzungskriterien bei 189 GW. Damit ließen sich 390 TWh/a produzieren und somit über 60 % des deutschen Strombedarfes decken.[16]

Bereitstellungssicherheit

Häufigkeitsdichte der erzeugten Leistung aus der Windkraft
Jahres- und Tagesgang der erzeugten Leistung aus der Windkraft

Windleistungsprognose

Windenergie ist Teil eines Energiemix und bildet nur eine Säule der erneuerbaren Energien. Ihr Hauptnachteil ist die unregelmäßige, mit dem Wind schwankende Leistungsabgabe, die durch ein sinnvolles Kraftwerksmanagement ausgeglichen werden muss. Bei starkem Wind erzeugt eine WEA 100 % ihrer Nennleistung (= Volllast), bei Flaute 0 %. Maßgeblich ist jedoch die Summe der eingespeisten Energie über größere Gebiete, da sich die Schwankungen der jeweiligen Windgeschwindigkeiten durch Kombination von Windenergieanlagen an verschiedenen Standorten teilweise gegenseitig ausmitteln. 2012 betrug z.B. die maximale (am 3. Januar 2012 gemessene) onshore Einspeisung in Deutschland mit 24.086 MW etwa 78 % der installierten Gesamtnennleistung.[17]

Andere erneuerbare Energien können ausgleichend wirken und haben teils ein gegenläufiges Angebotsverhalten. Die durchschnittliche Kurve der Einspeiseleistung von Windenergieanlagen zeigt in Westeuropa im Durchschnitt tagsüber höhere Werte als nachts und im Winter höhere als im Sommer, sie folgt somit über den Tagesverlauf wie auch jahreszeitlich dem jeweils benötigten Strombedarf. Gleichwohl kann auch in einer ganzen Regelzone einige Tage lang die produzierte Windenergiemenge sehr hoch oder fast Null sein.

Meteorologische Prognosesysteme ermöglichen es, die von Windparks in das Stromnetz eingespeiste Leistung per Windleistungsvorhersage im Bereich von Stunden bis zu Tagen im Voraus abzuschätzen. Bei einem Vorhersagezeitraum von 48 h bis 72 h beträgt die Genauigkeit 90 %, bei einer 6-Stunden-Vorhersage mehr als 95 %. So werden zur Aufrechterhaltung eines störungsfreien Stromangebotes nur wenige regelenergieliefernde Kraftwerke benötigt.

Regelenergiebedarf

Seit der Novellierung des Gesetzes für den Vorrang erneuerbarer Energien (EEG) zum 1. Juli 2004 sind die Regelzonenbetreiber zum sofortigen horizontalen Ausgleich der Windenergieeinspeisung verpflichtet. Wird die Summenleistung von aktuell über 22.000 Windenergieanlagen im deutschen Stromnetz betrachtet, so ergibt sich eine sehr langsame Summenganglinie. Die große Mittlung aus vielen Anlagen, räumlicher Verteilung und unterschiedlichem Anlagenverhalten führt bereits in einzelnen Regelzonen dazu (Ausnahme sind extreme Wetterlagen), dass die Schwankung der Windstromeinspeisung mit Mittellastkraftwerken ausgeglichen werden kann. Teure Regelenergie (Primär- und Sekundärregelung) wird in der Regel nicht benötigt. Dies belegen zum Beispiel Untersuchungen für das im Auftrag mehrerer Stadtwerke erstellte „Regelmarkt-Gutachten“.[18] Für einen marktrelevanten Zusammenhang zwischen Windstromeinspeisung und Regelenergiemenge und -preis gibt es keine Belege. Zwar geht man davon aus, dass ich mit einer verstärkten Nutzung der Windenergie auch der Regelenergiebedarf, insbesondere an negativer Regelenergie erhöht, die tatsächlich bereitgestellte Regelenergie blieb jedoch in den letzten Jahren gleich bzw. nahm leicht ab.[19]

Werden fossile Kraftwerke zur kurzfristigen Bereitstellung von (negativer) Regelleistung im Teillastbetrieb gefahren statt vollständig abgeschaltet, nimmt der Wirkungsgrad etwas ab. Für die moderne Steinkohlekraftwerke liegen die Wirkungsgrad im Volllastbetrieb bei ca. 45-47 %. Werden diese Kraftwerke auf 50 % Leistung gedrosselt sinkt der Wirkungsgrad auf ca. 42-44 % ab. Bei GuD-Kraftwerken mit einem Volllastwirkungsgrad von 58–59 % reduziert sich der Wirkungsgrad bei 50 % Leistung bei Einblock-Konfiguration auf 52-55 %.[20]

2013 prognostizierte eine Studie des NREL die zusätzlichen Kosten für das vermehrte Regeln bzw. An- und Abfahren konventioneller Kraftwerke aufgrund einer höheren Einspeisung aus Wind- und Solarenergie. Bei einem Anteil von 33 % dieser fluktuierenden Energieformen an der Gesamteinspeisung würden sich in den westlichen USA die Betriebskosten konventioneller Kraftwerke um 2-5 % erhöhen, entsprechend 0,47-1,28$/MWh. Damit würden sich die Mehrkosten auf 35 bis 157 Mio. US-Dollar belaufen, während sich durch den eingesparten Brennstoff Ersparnisse in Höhe von ca. 7 Mrd. US-Dollarn ergeben würden. Verglichen mit den Einsparungen durch den vermehrten Betrieb von Wind- und Solaranlagen sei die Erhöhung der Kohlendioxidemissionen durch vermehrtes Regeln in Höhe von 0,2 % vernachlässigbar.[21]

Die Höhe der vorzuhaltenden Reserveleistung hängt erheblich von der Vorhersagegenauigkeit des Windes, der Regelungsfähigkeit des Netzes sowie dem zeitlichen Verlauf des Stromverbrauchs ab. Bei einem starken Ausbau der Windenergiegewinnung, wie es in der dena-Netzstudie[22] für Deutschland untersucht wurde, wird der Bedarf an Regel- und Reservekapazität (Mittellastkraftwerke) zwar steigen, kann aber laut Studie ohne Neubau von Kraftwerken (also nur mit dem bestehenden Kraftwerkspark) gedeckt werden. Ein Zubau von Windenergieanlagen führt nicht automatisch zu einem Abbau der dann schlechter ausgelasteten, nach Bedarf steuerbaren, Kraftwerkskapazitäten. Aufgrund der Unstetigkeit des Windes kann die mit Windenergieanlagen gewonnene elektrische Energie nur im Verbund mit anderen Energiequellen oder mit Speichern wie Pumpspeicherkraftwerken oder der Umwandlung in Windgas für eine kontinuierliche Energiebereitstellung genutzt werden. Durch Prognose der Einspeisung und Austausch in und zwischen den Übertragungsnetzen (Regelzonen) muss die schwankende Stromerzeugung im Zusammenspiel mit anderen Kraftwerken wie die normalen Verbrauchsschwankungen ausgeglichen werden. Für Deutschland geht man laut einer Studie der DENA derzeit (20XX) von 20 bis 25 % maximalem Anteil beim nur moderaten Ausbau der Netzinfrastruktur aus. Weitere Möglichkeiten, zukünftig den Anteil an Windstrom an der Gesamtstromerzeugung über einen solchen Wert hinaus zu erhöhen, sind:

  • Verstärkung und Vermaschung des Hochspannungsnetzes mit benachbarten Regelzonen über moderaten Ausbau hinaus
  • Demand Side Management (zeitweiliges Abschalten oder verzögerter Betrieb nicht zwingend notwendiger Verbraucher - siehe Lastabwurf)
  • Energiespeicherung, zum Beispiel durch Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicherkraftwerk oder durch Speicherung nach Umwandlung als Windgas[23]
  • Auslegung der Windkraftanlagen auf einen höheren Kapazitätsfaktor durch Erhöhung der Rotorfläche bei gleichbleibender Nennleistung
  • Erhöhung der installierten Nennleistung und zeitweise Abschaltung bei Leistungsüberschuss

Aufgrund begrenzter Netzkapazitäten kann es insbesondere während Sturmphasen lokal bzw. regional zu Abschaltung bzw. Drosselung von Windkraftanlagen kommen („Abregelung“). 2010 gingen so in Deutschland 150 GWh verloren, 2011 waren es 407 GWh. Dies entsprach 0,4 bzw. 0,83 % der in den jeweiligen Jahren eingespeisten Windenergie. Die Betreiber werden für solche Produktionsdrosselungen nach Erneuerbare-Energien-Gesetz entschädigt; die Stromverbraucher zahlen auch für nicht eingespeisten Strom.[24] Im Jahr 2012 sank die abgeregelte Arbeit auf 385 GWh, was ca. 0,71 % der insgesamt eingespeisten Windstromproduktion entspricht. Hauptsächlich betroffen waren mit ca. 93,2 % Windkraftanlagen. Hierfür wurden Entschädigungen in Höhe von 33,1 Mio Euro gezahlt.[25]

In zahlreichen, zumeist dieselgestützten Inselnetzen mit Windstromeinspeisung (Australien, Antarktis, Falklands, Bonaire), werden neben dem Demand Side Management zudem Batterien und teilweise auch Schwungradspeicher zur kurz- und mittelfristigen Netzstabilisierung und -optimierung eingesetzt, wobei relativ schlechte Wirkungsgrade aus wirtschaftlichen Gründen (Reduktion des sehr teuren Dieselstromanteils) akzeptiert werden können. Speicherung von Windstrom durch Wasserstoffelektrolyse und -verbrennung (siehe Wasserstoffspeicherung, Wasserstoffwirtschaft) und Schwungradspeicher wurde in einem Modellprojekt auf der norwegischen Insel Utsira erprobt.

Blindleistungsregelung

Ältere drehzahlstarre Windenergieanlagen mit Asynchrongeneratoren, die in der Frühphase der Windenergienutzung (d. h. von den 1970er bis in die frühen 1990er Jahre) zum Einsatz kamen, haben zum Teil Eigenschaften, die bei einem starken Ausbau Probleme im Netzbetrieb bereiten können; dies betrifft vor allem den sog. Blindstrom. Dem kann durch Blindstromkompensation abgeholfen werden; moderne drehzahlvariable Anlagen mit elektronischem Stromumrichter können den Blindstromanteil ohnehin nach den Anforderungen des Netzes beliebig einstellen und auch Spannungsschwankungen entgegenwirken, so dass sie sogar zur Netzstabilisierung beitragen können.[26] Im Zuge des sogenannten Repowering sind zahlreiche alte Anlagen abgebaut worden.

Wirtschaftlichkeit

Stromgestehungskosten und Wettbewerbsfähigkeit

Bei der modernen Windenergienutzung handelt es sich um eine Technologie, die nach den Anfängen in den späten 1970er Jahren erst seit den 1990er Jahren in größerem Ausmaß zum Einsatz kommt. Die Verbesserungspotentiale werden daher erst allmählich durch Skaleneffekte infolge weiterer Erforschung und der mittlerweile bei den meisten Herstellern etablierten industriellen Serienfertigung erschlossen, weshalb noch ein deutliches Kostensenkungspotential aufgrund technischer Weiterentwicklung bestehen könnte.[27] Größter Kostenfaktor bei der Windstromerzeugung sind die relativ hohen Anfangsinvestitionen in die Anlagen; die Betriebskosten (u.a. Wartung; ggfs. Standortmiete) und der der Rückbau sind relativ gering. Praktisch weltweit sind Standorte im Binnenland wirtschaftlich nutzbar; Windkraftanlagen auf guten Onshore-Standorten sind seit vor 2008 ohne Förderung mit konventionellen Kraftwerken konkurrenzfähig.[28][29][30]

Laut Fraunhofer ISE (Stand 2013) können Windkraftanlagen auf guten Standorten zu niedrigeren Stromgestehungskosten - bis zu 4,5 ct/kWh - produzieren als neue Steinkohle- und Gaskraftwerke, die Stromgestehungskosten von 6,3 ct/kWh bis 8,0 ct/kWh bzw. 7,5 ct/kWh bis 9,8 ct/kWh aufweisen. Weiterhin günstiger sind Braunkohlekraftwerken mit 3,8 ct/kWh bis 5,3 ct/kWh. Insgesamt schwanken die Stromgestehungskosten der Windenergie je nach Standortgüte zwischen 4,5 ct/kWh auf sehr guten und 10,7 ct/kWh auf sehr schlechten Standorten. Als sehr schlechter Standort gilt eine Windhöfigkeit von 5,3 m/s durchschnittlicher Windgeschwindigkeit auf 130 m Nabenhöhe.

Offshore-Anlagen sind dagegen aufgrund des größeren Bauaufwandes sowie höheren Finanzierungs- und Betriebskosten trotz mehr Volllaststunden deutlich teurer, ihre Stromgestehungskosten liegen (Stand 2013) bei 11,9–19,4 ct/kWh.[31]

Ähnliche Zahlen liefert eine 2013 erschienenen Studie der Deutschen Windguard, die sich ausschließlich mit der Onshore-Windenergie in Deutschland befasst. In dieser Studie wurden auf sehr guten Standorten (150 % des Referenzertrages) Stromgestehungskosten von 6,25 ct/kWh ermittelt. Auf schlechteren Standorten steigen die Stromgestehungskosten an. Bei einer durchschnittlichen Kostenstruktur und üblichen Renditeerwartungen der Betreiber gelten Standorte bis etwa 80 % des Referenzertrages als rentabel. Auf diesen Standorten werden Stromgestehungskosten von ca. 9 ct/kWh erreicht, was in etwa der aktuell für Windkraftanlagen gezahlten Einspeisevergütung entspricht. Zwischen 2010 und 2013 sanken die Stromgestehungskosten auf schwächeren Standorten inflationsbereinigt um ca. 11 % pro Jahr, auf guten Standorten um 5,2 % pro Jahr. Weiteres Kostensenkungspotential wird in der Weiterentwicklung der Anlagentechnik sowie insbesondere in der Auslegung der Windkraftanlagen mit größeren Rotordurchmessern und Nabenhöhen ausgemacht.[32]

Diese Grundannahmen werden von Bloomberg gestützt. Demnach sind Windkraftanlagen in einigen Staaten mit guten Windbedingungen und vergleichsweise hohen Stromkosten wie Brasilien, Argentinien, Kanada, Portugal und dem Vereinigten Königreich bereits heute gegenüber konventionellen Stromerzeugern wettbewerbsfähig. Bis 2016 soll auch in einigen weiteren Gebieten mit moderaten Windbedingungen die Netzparität erreicht werden.[33] Für Australien errechnete Bloomberg beispielsweise im Februar 2013, dass Windkraftanlagen eines Windparks deutlich kostengünstiger produzieren könnten als neu zu bauende Kohle- oder Gaskraftwerke. So lägen die Stromgestehungskosten eines neuen Windparks bei umgerechnet 80 Australischen Dollar pro MWh, während Kohlekraftwerke mit 143 A$ und Gaskraftwerke mit A$116 deutlich höhere Stromgestehungskosten aufwiesen. Bei letzteren waren die Kosten des CO2-Austoßes mit eingerechnet, diese wurden in Australien mit 23 Australischen Dollar pro Tonne CO2 festgesetzt.[34]

Förderung

Um die erwünschten Investitionen in Windenergie auch an Standorten mit geringerer Windhöffigkeit zu erleichtern, werden diese in vielen Staaten unabhängig von politischer Ausrichtung gefördert. Mögliche Förderungsmaßnahmen sind:[35]

Als wichtigstes Kriterium für den Ausbau nennen Gasch u. a. Planungssicherheit, wie sie vor allem bei Mindestpreissystemen auf Basis von Einspeisevergütungen erreicht wird. Erste Gesetze hierzu wurden 1981 in Dänemark, 1991 in Deutschland und 1993 in Spanien erlassen und führten dort zu einem langfristigen und stabilem Ausbau der Windenergie. Als wenig zielführend gelten hingegen Quotensysteme, wie sie in England und bis 2002 in Frankreich existierten; ihr Erfolg wird mit "mäßig bis null" beziffert.[36] Mittlerweile setzen viele Staaten auf Mindestpreissysteme (z.B. Beispiel Deutschland, Spanien, Österreich, Frankreich, Portugal, Griechenland, Großbritannien), da auf diese Weise mehr installierte Leistung erzielt wird.

Der Einspeisetarif für Windkraft in Österreich liegt bei 7,8 ct/kWh.[37] 2013 betrug die in Deutschland nach EEG für mindestens 5 Jahre gezahlte Anfangsvergütung für Onshore-Windenergie 8,80 ct/kWh; die nach Ablauf der Anfangsvergütung gezahlte Grundvergütung lag bei 4,80 ct/kWh. Beide sinken jährlich um 1,5 %.[38]

Auswirkungen auf den Strompreis

Die Windenergie trägt als erneuerbare Energie zum Merit-Order-Effekt bei und senkt durch die Verdrängung konventioneller Kraftwerke den Strompreis an der Börse. Der Merit-Order-Effekt berücksichtigt allerdings nicht die langfristigen Veränderungen in der Zusammensetzung der Kraftwerke, so dass nachhaltige Auswirkungen in Bezug auf den Strompreis durch den besagten Effekt nicht zweifelsfrei geklärt werden können.

Wird an windstarken Tagen viel aus Windenenergie erzeugter Strom eingespeist, sinkt der Großhandelspreis an der Strombörse. Ist wenig Windenergie vorhanden, steigt der Preis an der Strombörse. Die Strompreissenkung durch Windenergie entsteht durch die gesetzliche Abnahmepflicht für produzierten Windstrom. Ist viel Strom aus Windenergie verfügbar, wird der Einsatz teurer konventioneller Kraftwerke, insbesondere Gaskraftwerke, („Grenzkosten-Theorie“) vermindert, was zu einem Absinken der Preise an der Strombörse führt. Im Jahr 2007 betrug dieser preisdämpfende Effekt ca. 5 Mrd. Euro.[39] Im 2. Quartal 2008 kostete Strom an der Leipziger Strombörse im Mittel 8,495 ct/kWh, ging aber u. a. durch die verstärkte Einspeisung der Erneuerbaren Energien bis 2012 auf ca. 4 ct/kWh zurück.

Vermeidung externer Kosten

Verglichen mit konventionellen Stromerzeugungsformen weist die Windenergie deutlich geringere externen Kosten auf. Dabei handelt es sich um nicht in die Strompreise mit einfließende Schadenseffekte durch Treibhausgasemissionen, Luftschadstoffe usw., die sich z.B. im Klimawandel, Gesundheits- und Materialschäden sowie landwirtschaftliche Ertragsverluste äußern. Bei Kohlekraftwerken liegen die Externen Kosten in Bereich von 6-8 ct/kWh, bei GuD-Kraftwerken bei ca. 3 ct/kWh. Erneuerbare Energien liegen zumeist unter 0,5 ct/kWh, die Photovoltaik im Bereich von 1 ct/kWh. Unter Einbeziehung dieser externen Kosten ergeben sich für die Windkraft deutlich niedrigere Vollkosten als bei der konventionellen Energieerzeugung und damit volkswirtschaftliche Einspareffekte.[40]

So wurden z. B. im Jahr 2011 in Deutschland durch die Erneuerbaren Energien insgesamt ca. 9,1 Mrd Euro an externen Kosten eingespart.[41] Da die Messung externer Kosten und Nutzen jedoch aufgrund verschiedener Methodiken nicht eindeutig zu beziffern ist, kamen ältere Studien mit Daten nicht neuer als 2004 zu anderen Ergebnissen.[42]

Politische und ökologische Aspekte heutiger Nutzung

Zukunftssicherheit

Hauptartikel: Nachhaltige Energie
Windparklandschaft in Mecklenburg

Wie auch andere Erneuerbare Energien ist die Energie des Windes nach menschlichem Ermessen zeitlich unbegrenzt verfügbar und steht somit im Gegensatz zu fossilen Energieträgern und Kernbrennstoffen dauerhaft zur Verfügung. Ebenfalls entsteht bei der Windenergienutzung nahezu keine Umweltbelastung infolge von Schadstoffemissionen, wodurch die Windenergie als wichtiger Baustein der Energiewende sowie einer nachhaltigen und umweltschonenden Wirtschaftsweise angesehen wird. Aufgrund ihres sehr geringen CO2-Ausstoßes gilt sie darüber hinaus als wichtiges Mittel im Kampf gegen die Globale Erwärmung. Zudem gibt es bei der Windenergie keine Risiken von großen oder extrem großen Umweltschädigungen wie bei der Kernenergie infolge von schweren Unfällen.[43]

Ein weiteres Argument der Befürworter ist die weltweite Verfügbarkeit von Wind. Von einer Förderung der Windenergie versprechen sie sich mehr Gerechtigkeit, da auf diese Weise insbesondere vor dem Hintergrund steigender Preis für fossile Energieträger auch Staaten ohne Energieressourcen einen höheren Grad der Selbstversorgung bis hin zur Autarkie in der Energieversorgung erreichen könnten.

Moderne Windenergieanlagen besitzen eine kurze energetische Amortisationszeit von nur wenigen Monaten.[44]

Flächenbedarf

Luftbild eines Windparks in Norddeutschland. Gut erkennbar ist der temporäre Flächenbedarf während der Bauzeit für den Kran sowie die Bauteile, während bei den (kleineren) Bestandsanlagen nur eine sehr geringe Fläche dauerhaft nicht genutzt werden kann.

Windkraftanlagen weisen nur einen sehr geringen Flächenbedarf auf, da die eigentliche Energiegewinnung in der Höhe stattfindet.[45] Auch verglichen mit anderen Formen der Energieerzeugung weist die Windenergienutzung einen vergleichsweise niedrigen Flächenbedarf auf;[46] man geht von circa 0,4 ha (4.000 m²) pro Windkraftanlage aus. Die Fundamentfläche moderner Anlagen der 3-MW-Klasse liegt bei ca. 350–500 m², die größten derzeit errichteten Windkraftanlagen vom Typ Enercon E-126 liegen bei einer Leistung von 7,6 MW bei einer Fundamentfläche von etwa 600 m². Hinzu kommt bei Verwendung eines Mobilkranes die Kranstellfläche mit einem Flächenverbrauch von circa 0,3 ha, die während des Betriebes der Anlage dauerhaft erhalten bleibt.[47] Kommt zur Errichtung der Anlage ein Turmdrehkran zum Einsatz, reduziert sich der Flächenbedarf für die Montage des Krans und der Windkraftanlage auf rund 0,12 ha.[48] Daneben kann ggf. ein Neu- oder Ausbau der Zuwegung zur Anlage notwendig werden, zudem wird während der Bauphase temporär eine Bedarfsfläche von 0,2–0,3 ha für die Lagerung und evtl. Vormontage von Anlagenteilen benötigt.

Insgesamt betrug der Flächenverbrauch von Windkraftanlagen in Deutschland im Jahr 2011 rund 100 km².[47] Zum Vergleich: In deutschen Braunkohletagebauten wurden ohne Kraftwerke ca. 2.300 km² bewegt und verbraucht;[49] der Anteil der Braunkohle am deutschen Stromverbrauch lag 2012 bei etwa dem Dreifachen der Windstromerzeugung.[50] Geht man von einer Stromproduktion von 6–8 Mio. kWh jährlich und einem Flächenverbrauch von 4.000 m² aus, was typische Werte für eine moderne Binnenlandanlage der 3-MW-Klasse sind, so ergibt sich ein Stromertrag von 1.500–2.000 kWh pro m² Gesamtfläche. Auf Starkwindstandorten liegt der Flächenertrag noch deutlich höher.[51] Damit liegt die Flächenproduktivität (Ertrag pro Fläche) der Windenergienutzung bei etwa dem Tausendfachen von Biogasanlagen.[52]

Arbeitsmarkt-Effekt

Weltweit waren im Jahr 2010 ca. 670.000 Menschen in der Windenergie-Branche beschäftigt, knapp dreimal so viele wie noch 2005 (ca. 235.000).[53] In Deutschland bot die Branche 2009 95.600 Menschen Arbeit (nur Windenergie an Land). Die Arbeitsplätze entfallen dabei sowohl auf die Produktion als auch auf den Betrieb der Anlagen, womit neben Produktionsstandorte Städte und Gemeinden, in denen Dienstleister und Zulieferbetriebe angesiedelt sind, an der Wertschöpfung teilhaben. Nach einer Studie der Gesellschaft für Wirtschaftliche Strukturforschung (GWS) erstrecken sich die Beschäftigungseffekten über alle Bundesländer, nicht nur auf die vorwiegend in Norddeutschland befindlichen Zentren des Ausbaus. Nach dieser Studie könnten bis 2030 über 165.000 Menschen in der Onshore-Windenergie arbeiten.[54]

Gesellschaftliche Akzeptanz

Grundsätzlich befürwortet ein großer Teil der Bevölkerung die Windenergienutzung, wie eine Reihe repräsentativer Umfragen ergeben hat.[55][56][57] Dies ist auch dann der Fall, wenn konkrete Anlagen in der Nähe der befragten Personen aufgestellt werden sollen. Insbesondere liegt die Zustimmung zur Windenergienutzung in Regionen, wo bereits Windkraftanlagen vorhanden sind, höher, als dort, wo die Bevölkerung noch nicht mit der Windenergienutzung vertraut ist.[58][59] Trotz der allgemein breiten Zustimmung ist die Windenergienutzung jedoch nicht unumstritten, weshalb es immer wieder u. a. zur Gründung von Bürgerinitiativen gegen geplante Projekte kommt. In Bayern fordert der Ministerpräsident Seehofer einen Abstand von 2 Kilometer für große Windkraftanlagen zur nächsten Besiedlung.[60]

Moderne Windkraftanlagen haben heute eine deutlich größere Nabenhöhe als früher. Durch den größeren Rotor drehen sie sich auch deutlich langsamer als früher (bei großen Anlagen liegt die Nennwindgeschwindigkeit nur noch bei etwa 10–15 Umdrehungen pro Minute[61]), was von vielen Menschen als ruhiger wahrgenommen wird. Im Rahmen des sogenannten Repowering werden z. B. drei oder vier ältere Klein-Turbinen durch eine neue Groß-Anlage ersetzt; diese hat meist trotzdem eine höhere Leistung als die ersetzten alten Anlagen. Die „Verspargelung“ von Aufstellungsgebieten nimmt damit subjektiv ab.

Klimatische Auswirkungen

Eine 2010 veröffentlichte Klima-Modellrechnung des Massachusetts Institute of Technology prognostizierte, dass regional mit nachweisbaren Klimaeffekten zu rechnen wäre, würden 10 % der im Jahr 2100 global benötigten Energie mittels Windkraft erzeugt. An Land sei mit einer Erwärmung zu rechnen, auf See mit einer Abkühlung.[62]

Laut einer 2009 veröffentlichten Strömungs-Modellrechnung der Stanford University würden Windkraftanlagen, sollten sie den gesamten heutigen Weltenergiebedarf decken, den Energiegehalt der unteren Luftschicht um circa 0,007 % verringern. Dies sei jedoch mindestens eine Größenordnung kleiner als der Einfluss durch Besiedlung und durch Aerosole aus Abgasen. Die Aufheizeffekte durch Stromerzeugung mit Windkraftanlagen seien viel niedriger als die Abwärme thermischer Kraftwerke.[63]

Internationale Entwicklung

Globale Statistik

Installierte Leistung Windenergie weltweit nach Staat (2013)[64]
Platz Staat Leistung in MW
01 China 91.424
02 USA 61.091
03 Deutschland 34.250
04 Spanien 22.959
05 Indien 20.150
06 Großbritannien 10.531
07 Italien 8.552
08 Frankreich 8.254
09 Kanada 7.803
10 Dänemark 4.772
11 Portugal 4.724
12 Schweden 4.470
13 Brasilien 3.456
14 Polen 3.390
15 Australien 3.239
16 Türkei 2.959
17 Niederlande 2.693
18 Japan 2.661
19 Rumänien 2.600
20 Irland 2.037
Weltweit 318.137
0 davon Europa 121.474
0 davon EU 117.289

International gehören die Volksrepublik China, USA, Deutschland und Spanien zu den größten Erzeugern von Windstrom. Österreich lag Ende 2012 mit 1378 MW auf Platz 22, die Schweiz mit 50 MW installierter Leistung auf Platz 52.[2] Die Staaten mit den höchsten Anteilen der Windenergie am nationalen Stromverbrauch (bezogen auf ein durchschnittliches Windjahr, Stand 2011) sind laut EWEA Dänemark mit 25,9 %, Spanien mit 15,9 %, Portugal mit 15,6 %, Irland mit 12,0 % und Deutschland mit 10,6 %.[65] Laut Dänischer Energieagentur lag Dänemark 2011 sogar bei 28,1 %.[66]

Die Ende 2012 weltweit installierte Leistung von 282 GW hat ein Stromerzeugungspotenzial von 580 TWh/a, was gut 3 % des Weltstromverbrauchs entspricht.[2] Das Potential der rund 106 GW, die Ende 2012 in der EU installiert waren, liegt in einem durchschnittlichen Jahr bei 230 TWh, entsprechend 7 % des Elektrizitätsbedarfes der EU.[67]

In Deutschland, Dänemark und Spanien gab es über Jahre eine durch den politischen Willen getragene gleichmäßige Entwicklung der Windenergie. Dies hat zur Entwicklung eines neuen Industriezweiges in diesen drei Staaten geführt. Im Jahre 2009 hatten die führenden Hersteller mit Standorten in Deutschland noch einen Anteil von mehr als 36 %, zwei Jahre später hatten allein die fünf größten asiatischen Unternehmen einen Anteil von 36 % am Weltmarkt erreicht. Insgesamt decken die zehn Top-Firmen der Windenergiebranche rund 80 % des weltweiten Bedarfes ab.[68] Deutschland ist einer der Hauptexporteure von Windkraftanlagen.

2013 wurden weltweit 35.467 MW neu installiert, davon mit 16.100 MW fast die Hälfte in der Volksrepublik China.[64]

Quelle der Diagrammdaten[64]

Deutschland

Geschichtliche Entwicklung
Entwicklung der Windenergie in Deutschland seit 1990 (blau: erzeugter Strom, rot: installierte Leistung)
Windenergieleistung in EU/DE/ES (1990–2009) sowie Zubau 2009 in einzelnen Ländern (Quelle: BMU Erneuerbare Energie in Zahlen, Jun 2010)
Windkraftanlagen in Deutschland (2011)

Ganz entscheidend für den Boom der Windenergie in der Bundesrepublik Deutschland war das Stromeinspeisungsgesetz von 1991, das die Stromnetzbetreiber zur Abnahme des erzeugten Stroms verpflichtete. Diese Förderung des Technologieeinstiegs in erneuerbare Energien wurde von der von Herbst 1998 bis Herbst 2005 bestehenden Rot-Grünen Bundesregierung im Jahr 2000 im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) mit Einschränkungen fortgeschrieben. Das Gesetz sichert den Betreibern von Windenergieanlagen bisher feste Vergütungen für den eingespeisten Strom. Die Festpreisvergütung im Rahmen des EEG hat zu einem starken Ausbau der Windenergienutzung in der Bundesrepublik Deutschland geführt. Ende 2003 war rund die Hälfte der gesamten europäischen Windenergieleistung (28.700 MW) in Deutschland installiert, zehn Monate später bereits zwei Drittel. Mittlerweile haben andere europäische Staaten stark aufgeholt, sodass 2013 der deutsche Anteil an der europäischen Windkraftleistung nur noch knapp 30 % betrug.[64]

Der allgemeine Subventionsvorwurf gegen die Windenergie bezieht sich in der Regel auf die EEG-Förderung. Dass es sich bei Transfers aus dem EEG um keine Beihilfen im Sinne des EG-Vertrages handelt, wurde vom Europäischen Gerichtshof (EuGH) mit Entscheidung vom 13. März 2001 C-379/98 bestätigt.[69] Auch der Subventionsbegriff laut § 12 des Stabilitäts- und Wachstumsgesetzes wird vom EEG nicht erfüllt. Die ökonomischen Wirkungen des EEG und von Subventionen sind vergleichbar bzw. ähnlich.

Weitere Vergünstigungen, die den Betreibern von Windenergieanlagen aktuell gewährt werden, sind:

  • Auf Antrag Befreiung von der Stromsteuer für Bezugsstrom (insgesamt bundesweit weniger als 100.000 € im Jahre 2004)
  • Kreditverbilligungen der KfW-Bankengruppe. Günstige Kredite für Investitionen werden zum Beispiel auch mittelständischen Betrieben oder Privathaushalten für Gebäudesanierungen gewährt. Auch Betreiber von Windenergieanlagen können Mittel beantragen. Dies ist jedoch zeitaufwändig und die Rückzahlung unflexibel in der Tilgung, weshalb (Stabd 20xx) oft darauf verzichtet wird. Der Zinsvorteil dieser Kredite ist mit den Zinsen am freien Kapitalmarkt gegenzurechnen und als Subvention zu bewerten. Bei einem Zinsvorteil von 0,5 bis 1 % ergab sich für 2003 eine Subvention der Windenergie von schätzungsweise 18,5 bis 37 Millionen Euro.

Investitionskostenzuschüsse von Bund und Ländern für die Errichtung von Windenergieanlagen werden seit Ende der Neunzigerjahre nicht mehr gewährt. Steuerlich gibt es keine Sonderregelungen für den Betrieb von Windenergieanlagen, die von anderen beweglichen Wirtschaftsgütern abweichen.

Statistik

In diesem Abschnitt werden ausschließlich Statistiken der Windenergienutzung aufgeführt. Allgemeine Statistiken zu den Erneuerbaren Energien finden sich hier.

Deutschland hatte bis Ende des Jahres 2007 mit 22.247 MW die höchste installierte Leistung weltweit installiert, 2008 wurde es von den USA und schließlich 2010 von China übertroffen. Ende 2012 waren in Deutschland 22.962 Windkraftanlagen mit 31.3 GW in Betrieb.[70] Beim Ausbau der Windenergie gilt die deutsche Industrie als international führend, wenn auch Deutschland mittlerweile nicht mehr der größte Windenergiemarkt ist.[71] Mit Enercon, Siemens Windenergie, Senvion, Nordex, der Bard Holding und Fuhrländer haben mehrere Windenergieanlagenhersteller ihren Sitz in Deutschland, weitere in der Windbranche tätige Unternehmen wie Vestas und General Electric betreiben Werke in Deutschland. Im Jahr 2010 betrug der Exportanteil der Branche 66%.[72]

Die in der Tabelle aufgeführte Auslastung ist geringer als in der Realität. Dies liegt daran, dass die in einem Jahr neu installierten Windkraftanlagen nicht ein volles Jahr zum gesamten Jahresgesamtenergieertrag beitragen können. In der Regel werden zwei Drittel der neuen Anlagen während der zweiten Jahreshälfte installiert.

Der IWET-Windindex betrug im Jahr 2010 74 %; es wurden statt der erwarteten 50,5 TWh nur 37,8 TWh Strom aus Windenergie produziert. Das entsprach etwa 6,2 % des Bruttostromverbrauchs.[73] Die Windenergie ist vor der Biomasse (2009: 5,2%, 26,0 TWh bei 4.520 MW installierter Leistung)[74] die bedeutendste erneuerbare Energiequelle in der Stromerzeugung.

Die bislang (Stand November 2013) höchste in einem Monat in Deutschland durch Windkraft eingespeiste Strommenge wurde im Dezember 2011 mit 8 Mrd. kWh erreicht.[75][76] Die höchste Leistung sowie die höchste Tagesenergieproduktion wurde im Dezember 2013 während des Orkans Xaver erreicht. Am 5. Dezember 2013 lag die maximale Leistung bei 26,3 GW, am 6. Dezember 2013 wurden insgesamt 563 GWh elektrischer Energie aus Windenergie erzeugt, also eine durchschnittliche Leistung von rund 23,5 GW erreicht.[77]

Einige statistische Angaben zur Windenergie in Deutschland für die Jahre 2001 bis 2012
  2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010[78] 2011[79] 2012[80]
Bruttostromerzeugung (TWh)[81] 586,4 586,7 608,8 617,5 622,5 639,6 640,6 640,7 595,6 633,0 613,1 628,7
Windstromerzeugung (TWh)[81] 10,5 15,8 18,7 25,5 27,2 30,7 39,7 40,6 38,6 37,8 48,9 50,7
Anteil am Bruttostromverbrauch (%)[81] 1,8 2,7 3,1 4,1 4,4 4,8 6,2 6,3 6,5 6,0 8,0 8,1
installierte Anlagenleistung am Jahresende (GW) 8,7 11,8 14,6d) 16,6d) 18,4 d) 20,6d) 22,2d) 23,9d) 25,77d) 27,2 29,1 31,3
Anlagenzahl am Jahresended) 11.438 13.759 15.387d) 16.543d) 17.574d) 18.685d) 19.460d) 20.301d) 21.164d) 21.585 22.297 22.962
durchschnittliche Nennleistung pro Anlage (kW) 763 864 949d) 1.005d) 1.049 d) 1.103d) 1.143d) 1.177d) 1.218d) 1.259 1.303 1.364
durchschnittliche Auslastung (Prozent der Nennleistung) 14,0 16,0 14,5 17,1 16,6 17,3 20,27 20,54 17,1 15,9 19,2 18,5
IWES Windindex (aus den Ertragsdaten laut Betreiberdatenbank in Prozent des Mittels seit 2003f) 94 98 86 98 89 90 106 99 86[73] 74
Quellen: VDN/VdEW, DEWI, a):Schätzung AGEE-Stat, b):VDEW d):DEWI e):BMU (PDF; 1,6 MB), S. 8 f) IWES Fraunhofer
Entwicklung in den einzelnen Bundesländern

Da das jährliche Windaufkommen schwankt, wird ein sogenannter Windindex als Mittelwert verwendet. Auf dieser Grundlage wurden vom Deutschen Windenergie-Institut DEWI die Windenergieanteile nach Bundesländern berechnet:

Installierte Leistung und Anteil des potenziellen Jahresenergieeintrags aus Windenergieanlagen am Nettostromverbrauch in Deutschland nach Bundesländern (Stand: Ende 2013)[82]
Bundesland Anzahl WEA
(2013)
Leistung in MW
(2013)
Anteil am
Nettostromverbrauch
in % (2012)[83]
Baden-Württemberg 391 533 1,0
Bayern 652 1.120 1,6
Berlin 1 2 0,0
Brandenburg 3.204 5.047 49,3
Bremen 78 151 5,0
Hamburg 59 55 0,7
Hessen 754 974 3,2
Mecklenburg-Vorpommern 1.612 2.339 54,3
Niedersachsen 5.490 7.646 25,5
Nordrhein-Westfalen 2.984 3.415 4,0
Rheinland-Pfalz 1.357 2.303 10,7
Saarland 100 167 2,5
Sachsen 858 1.039 8,1
Sachsen-Anhalt 2.501 4.048 49,8
Schleswig-Holstein 2.929 3.897 49,5
Thüringen 675 993 13,3
Deutschland Onshore gesamt 23.645 33.730 10,5
Nordsee 94 470
Ostsee 22 50
Deutschland Offshore gesamt[84] 116 520

Das Bundesland Schleswig-Holstein plant ab 2020 300 % seines theoretischen Strombedarfs durch Erneuerbare Energien zu decken, wobei die Windenergie den größten Teil beisteuern wird.[85]

Niedersachsen plant bis 2020 90 % des Stromes aus erneuerbaren Quellen zu beziehen, wovon der größte Teil von der Onshore-Windenergie gedeckt werden soll.[86]

In Nordrhein-Westfalen erhöhte die schwarz-gelbe Landesregierung im Jahr 2005 den Mindestabstand für neu zu bauende Windenergieanlagen zum nächsten Gebäude von 500 m auf 1500 m.[87] Damit brachte sie den Bau von neuen Anlagen fast zum Erliegen.[88] Im Juli 2011 lockerte die rot-grüne Landesregierung mit einem neuen 'Windenergieerlass' Bestimmungen, die bis dahin den Ausbau der Windenergie gebremst hatten.[89]

In den süddeutschen Ländern Baden-Württemberg und Bayern sowie Hessen wurde der Ausbau der Windenergie z. B. durch sehr große Ausschlussflächen und Höhenbegrenzungen für Anlagen administrativ behindert, wodurch es nur zu einem geringen Zubau an Windkraftanlagen kam. Spätestens seit der Nuklearkatastrophe von Fukushima setzte jedoch ein Umdenken ein, sodass nun auch in Süddeutschland der Ausbau der Windenergie forciert wird.[90] In Bayern haben Bürger eine Klagegemeinschaft gegründet, um die administrative Behinderung der Windkraft durch die bayerische Staatsregierung auf juristischem Wege anzugehen.[91] Die mittlerweile grün-rote Landesregierung Baden-Württembergs senkte mit dem "Windenergieerlass Baden-Württemberg" die administrativen Hürden.[92]

Dänemark

Dänemark war u.a. aufgrund seiner durch die geographische Lage des Landes bedingten guten Windbedingungen sowie der Tradition der Windenergienutzung, auf die in den 70er Jahren institutionell wie technologisch aufgebaut werden konnte, der Pionier in der Entwicklung der modernen Windkrafttechnik (siehe auch Geschichte der Windenergienutzung). Von Dänemark aus verbreitete sich die Windenergienutzung ab den 1970er Jahren weltweit. Bereits 1981 wurde ein erstes Einspeisegesetz eingeführt, das Windstromproduzenten einen festen Preis pro kWh zusicherte und damit Investitionssicherheit schuf.[93] Im Jahr 2012 überstieg der Anteil der Windenergie am dänischen Stromverbrauch zum ersten Mal die 30-%-Marke. Bis 2020 soll der Anteil gemäß den Ausbauplanungen der dänischer Regierung 50 % betragen.[94]

Dänemark setzt sowohl auf die Windenergie an Land als auch auf die Windkraft im Meer (Offshore-Windenergie). Im Gegensatz zu Deutschland, wo die meisten Offshore-Windparks zum Schutz des Wattenmeers sowie aus Sorge um touristische Belange weit vor der Küste geplant sind, sind die dänischen Windparks vor allem im küstennahen Bereich in geringen Wassertiefen zu finden.[95] Bedeutende Offshore-Windparks sind Horns Rev, Nysted und Anholt. Im März 2013 überschritt die in Offshore-Windparks installierte Anlagenleistung 1000 MW.[96]

Japan

In Japan gibt es ähnlich wie in Deutschland einen festen Vergütungssatz für erneuerbare Energien. Die Vergütung für elektrischen Strom aus Windenergieanlagen beträgt seit 1. Juli 2012 mit 23,1 Yen pro kWh (umgerechnet 24 Cent im Berichtsmonat) deutlich mehr als in anderen Ländern.[97]

Österreich

Installierte Leistung in Österreich nach Bundesländern (Stand: Juni 2013)[98]
Bundesland Anzahl WEA Leistung
Burgenland 286 612 MW
Kärnten 1 0,5 MW
Niederösterreich 410 675 MW
Oberösterreich 23 26,4 MW
Salzburg
Steiermark 34 53 MW
Tirol
Vorarlberg 0 MW
Wien 9 7,4 MW
Österreich gesamt 763 1374,4 MW

Ende 2012 waren in Österreich 763 Windenergieanlagen mit einer Leistung von 1378 MW am Netz. Ihr Regelarbeitsvermögen beträgt etwa 2,4 TWh/a, dies entspricht etwa 5 % der Stromerzeugung in Österreich oder dem Bedarf von rund 630.000 Durchschnittshaushalten.

2012 war mit zusätzlichen 295,65 MW Windkraftleistung das bisher stärkste Ausbaujahr Österreich. Drei Viertel davon (223 MW) wurden im Burgenland errichtet.[99] Damit wurde im März 2013 im Burgenland erstmals die angepeilte, rechnerische Stromautarkie erreicht.[100]

Für 2013 ist eine weitere Steigerung des Ausbaus der Windkraft geplant. Mehr als 150 Windkraftanlagen mit rund 420 MW Leistung sollen 2013 errichtet werden, davon 73 Anlagen mit rund 220 MW Leistung alleine im Burgenland, weitere 58 Anlagen mit rund 155 MW Leistung in Niederösterreich.

Die Schwerpunkte der österreichischen Windenergienutzung liegen in Niederösterreich und im Burgenland. In Oberzeiring (Steiermark) wurde 2002 Österreichs bisher höchster Windpark 1900 m über dem Meeresspiegel errichtet. Er umfasst derzeit 13 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 23 MW.

Portugal

Ende 2011 hatte Portugal eine Windkraftleistung von 4.083 MW aufgebaut. Am gesamten Stromverbrauch betrug der Windstromanteil 15,6%.[101]

Schweiz

installierte Windenergieleistung der Schweiz

Ab 1996 entstand mit dem Windkraftwerk Mont Crosin im Kanton Jura der erste leistungsstarke Windpark in der Schweiz; er wurde bis 2010 auf eine Leistung von 23 MW ausgebaut.[102] Europas höchstgelegener Windpark in Gütsch bei Andermatt steht seit 2004 auf 2332 m über dem Meeresspiegel und hat seit 2012 vier Anlagen mit insgesamt 3,3 MW Leistung. Europas höchstgelegene Windenergieanlage steht auf 2465 m über dem Meeresspiegel beim Gries-Stausee im Kanton Wallis; es handelt sich um eine Enercon E-70 mit 2,3 MW Leistung, die bei günstigem Betrieb durch weitere Anlagen ergänzt werden soll.

2012 wurden in der Schweiz 88,1 GWh Windstrom erzeugt.[103] Mit Einführung der kostendeckenden Einspeisevergütung (KEV) 2009 sind einige Erweiterungen und neue Windparks entstanden.

Spanien

Die Entwicklung der modernen Windenergienutzung begann in Spanien Mitte der 1990er Jahre, als staatliche Förderungen eingeführt wurden. Diese waren industriepolitisch motiviert, wobei die Schaffung neuer Arbeitsplätze im Vordergrund standen.[104] Zudem sind die geographischen Bedingungen für die Windkraft günstig sowie Widerstände durch die Bevölkerung aufgrund der geringen Besiedlungsdichte selten.[105] Bis 2006 hatte Spanien bei der installierten Leistung mit 11.630 MW weltweit hinter Deutschland den zweiten Platz inne. Seitdem wurden mehr als 11 GW zugebaut, was aber nicht verhindern konnte, dass China und die USA nach installierter Leistung an dem Land vorbeizogen. 2012 lag Spanien mit einer installierten Leistung von 22,8 GW weltweit auf dem vierten Platz, womit es weiterhin zu den führenden Windenergienutzern gehört.[106] Im Jahr 2011 speisten Windkraftanlagen 41,8 TWh ins spanische Stromnetz ein.[107]

Nach vorläufigen Zahlen des Netzbetreibers Red Eléctrica de España war die Windenergie im Jahr 2013 der wichtigste spanische Stromproduzent. Mit einem Anteil von 21,1 % lag die Windenergie damit knapp vor der Kernenergie mit 21,0 %, Kohlekraft (14,6 %) und Großwasserkraft (14,4 %). Die Gesamterzeugung Spaniens betrug 246.17 TWh. Spanien ist nach Angaben der Windkraft-Fachzeitschrift Windpower Monthly damit das erste Land, in dem die Windenergie auf Platz 1 der Erzeugungsstatistik liegt.[108]

Mit Gamesa hat einer der größten Windkraftanlagenhersteller der Welt seinen Sitz in Spanien. Zudem avancierte Iberdrola zu einem weltweit führenden Investor in der Branche.[104]

Vereinigte Staaten

2007 hatte die Windkraftindustrie in den Vereinigten Staaten mehr als 5200 MW installiert. Dies war ein Wachstum von 45 % gegenüber dem Vorjahr. 2008 bauten die USA über 8.500 MW zu; Ende 2008 hatten die USA mit 25.300 MW[109] die weltweit größte installierte Leistung und verwiesen damit Deutschland auf den zweiten Platz. Ende 2010 waren in den USA 40,2 GW installiert; die jährliche Zubaurate 2010 ließ angesichts der Finanzkrise von 9,9 GW 2009 auf 5,6 GW nach. Für 2011 wurden rund 10 GW Zubau prognostiziert,[53] erreicht wurden knapp 7 GW. Im Jahr 2012 gingen etwa 13.124 Megawatt neuer Windenergieanlagen (WEA) ans Netz. Damit gab es am Jahresende 2012 WEA mit etwa 60.000 MW Kapazität in den USA.[110][111][112] Dies war etwa 44 % der Energiekapazität, die die USA im Jahr 2012 neu aufbauten.[113]

Gefördert werden Windkraftanlagen – wie auch andere Formen Erneuerbarer Energien – in den USA per Production Tax Credit; die Höhe dieser Steuergutschrift beträgt 2013 2,2 US-Cent/kWh. Obwohl es in den USA bisher keine Offshore-Windparks gibt, kamen Windkraftanlagen 2011 auf einen vergleichsweise hohen Kapazitätsfaktor von 33 %, entsprechend etwa 3000 Volllaststunden.[114]

Volksrepublik China

Erste Schritte zur modernen Windenergienutzung gab es in der Volksrepublik China bereits in den 1980er Jahren, während der der Germanische Lloyd ein Testfeld in der Inneren Mongolei betrieb. Zudem wurde, unterstützt durch Förderprogramme, kleine Windkraftanlagen nach China geliefert, um dort die Elektrifizierung des Landes voranzutreiben. Über eine Nischenfunktion kamen diese Projekte jedoch nicht hinaus.[115]

Seit Mitte der 2000er Jahre wird die Windenergie in der Volksrepublik dagegen massiv ausgebaut. Ende 2006 waren erst 2,6 GW installiert, bis 2009 verdoppelte sich die Kapazität jährlich (Ende 2009 waren 25 GW installiert). 2010 wurden 19 GW zugebaut, womit in diesem Jahr rund die Hälfte der weltweit zugebauten Leistung auf China entfiel.[53] Bis Ende 2011 waren 63 GW installiert; die Leistung der chinesischen Windkraftanlagen entsprach mehr als einem Viertel der weltweit installierten Leistung von 238 GW.[116]

Laut Global Wind Energy Council hatte China Ende 2012 75.564 MW installierter WEA. Sie produzierten 100,5 TWh und damit zum ersten Mal mehr als die Kernkraftwerke in China (98,2 TWh).[117][118]

Weiteres Windenergie-Wachstum wird erwartet. So ist ein Ausbau auf 200 GW bis zum Jahr 2020 vorgesehen.[119]

Siehe auch

Literatur

  • Albert Betz: Windenergie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen. Ökobuch, Kassel 1982, ISBN 3-922964-11-7. (Reprint der Ausgabe Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 1926).
  • Horst Crome: Handbuch Windenergie-Technik. Ökobuch Verlag, ISBN 3-922964-78-8.
  • Robert Gasch, Jochen Twele (Hrsg.): Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. Springer, Wiesbaden 2013, ISBN 978-3-8348-2562-9.
  • Erich Hau: Windkraftanlagen – Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. 4. Auflage. Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-72150-5.
  • Siegfried Heier: Nutzung der Windenergie. 6. Auflage. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2012, ISBN 978-3-8167-8607-8.
  • Siegfried Heier: Windkraftanlagen: Systemauslegung, Netzintegration und Regelung. 5. Auflage. Vieweg/Teubner, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8351-0142-5.
  • Jens-Peter Molly: Windenergie: Theorie, Anwendung, Messung. 2. vollst. überarb. u. erw. Auflage. Verlag C.F. Müller, Karlsruhe 1990, ISBN 3-7880-7269-5.
  • Mario Neukirch: Die internationale Pionierphase der Windenergienutzung, Diss. Göttingen 2010, online.
  • Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie - Berechnung - Simulation. Hanser München 2013, ISBN 978-3-446-43526-1.
  • Stefano Reccia, Daniel Pohl, Denise von der Osten: CleanTech Studienreihe. Band 2: Windenergie. Deutsches CleanTech Institut, Bonn 2009, ISBN 978-3-942292-02-3.
  • Alois Schaffarczyk (Hrsg.): Einführung in die Windenergietechnik. München 2012, ISBN 978-3-446-43032-7.
  • Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur: Introduction to wind energy systems. Basics, technology and operation. Springer, Berlin/ Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-32975-3.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur: Introduction to Wind Energy Systems Basics. Technology and Operation. Berlin/ Heidelberg 2013, S. 2.
  2. a b c d Wind Energy Report 2012 (PDF; 2,6 MB). WWINDEA. Abgerufen am 16. Mai 2013.
  3. Zeitreihen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien unter Verwendung von Daten der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) in Deutschland (PDF-Datei; 0,813 MB) Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU); Stand: Februar 2013.
  4. Jens-Peter Molly: Windenergie in Theorie und Praxis. Grundlagen und Einsatz, Karlsruhe 1978, S. 14.
  5. Paolo Malanima: Europäische Wirtschaftsgeschichte 10-19. Jahrhundert. Wien/ Köln/ Weimar 2010, S. 97f.
  6. Michael Mende: Frühindustrielle Antriebstechnik - Wind- und Wasserkraft. In: Ullrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft., VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 289–304, S. 291.
  7. Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur: Introduction to Wind Energy Systems Basics. Technology and Operation. Berlin/ Heidelberg 2013, S. 1.
  8. Erich Hau: Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. Berlin/ Heidelberg 2008, S. 21.
  9. Geschichte der Windenergie. Die Kraft aus der Luft . In: Die Zeit. 6. Februar 2012. Abgerufen am 25. März 2012.
  10. Wind electricity production to hit 2,800TWh by 2035. In: Windpower Monthly, 12. November 2013. Abgerufen am 12. November 2013.
  11.  X. Lu u. a.: Global potential for wind-generated electricity. In: PNAS. 106, Nr. 27, 2009, S. 10933-10938, PMID 19549865.
  12. Enough wind to power global energy demand. Carnegie Institution for Science. Abgerufen am 15. September 2012.
  13. Windenergie könnte globalen Energiebedarf decken. In: Innovations Report, 11. September 2012. Abgerufen am 15. September 2012.
  14. Potentialatlas Erneuerbare Energien (34 Seiten) (PDF; 7,5 MB) Zuletzt abgerufen am 11. Juni 2013.
  15. Potenzial der Windenergie an Land. Studie zur Ermittlung des bundesweiten Flächen- und Leistungspotenzials der Windenergienutzung an Land (PDF; 5,1 MB). Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik im Auftrag des Umweltbundesamtes. Abgerufen am 13. Juni 2013.
  16. Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme. Technologie - Berechnung - Simulation. 8. aktualisierte und erweiterte Auflage. München 2013, S. 41.
  17.  Volker Berkhout, Stefan Faulstich, Philip Görg, Paul Kühn, Katrin Linke, Philipp Lyding, Sebastian Pfaffel, Khalid Rafik, Dr. Kurt Rohrig, Renate Rothkegel, Elisabeth Stark, Dr. Kurt Rohrig (Hrsg.): Windenergie Report Deutschland 2012. Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, Kassel 2013, ISBN 978-3-8396-0536-3, S. 22 (http://windmonitor.iwes.fraunhofer.de/bilder/upload/Windenergie_Report_Deutschland_2012.pdf, abgerufen am 1. November 2013).
  18. Vgl. Gutachten Marktgestaltung, Beschaffungskosten und Abrechnung von Regelleistung und Regelenergie durch die deutschen Übertragungsnetzbetreiber. BET Aachen. Abgerufen am 12. April 2014.
  19. Alois Schaffarczyk (Hrsg.): Einführung in die Windenergietechnik, München 2012, S. 399.
  20. Fossil befeuerte Großkraftwerke in Deutschland. VDI Statusreport 2013. Abgerufen am 13. April 2014.
  21. NREL Calculates Emissions and Costs of Power Plant Cycling Necessary for Increased Wind and Solar in the West . Internetseite des National Renewable Energy Laboratory. Abgerufen am 26. September 2013.
  22. dena-Netzstudie (PDF; 7,0 MB). Internetseite der dena. Abgerufen am 26. September 2013.
  23. Im März 2011 ging in der Morbacher Energielandschaft die erste Windgas-Anlage in Deutschland in Betrieb. (siehe: juwi und SolarFuel testen Verfahren zur Speicherung von Windstrom als Erdgas)
  24. Bürger könnten Milliarden für fehlende Stromnetze blechen. In: Süddeutsche Zeitung, 28. November 2012. Abgerufen am 28. November 2012.
  25. Windenergie Report Deutschland 2013. Fraunhofer IWES. Abgerufen am 12. April 2014.
  26. Vgl. Erich Hau: Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. Berlin/ Heidelberg 2008, Kap. 8.
  27. Vgl. Erich Hau: Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. Berlin/ Heidelberg 2008, S. 820.
  28. Robert Gasch, Jochen Twele (Hrsg.): Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. Springer, Wiesbaden 2013, S. 569.
  29. Jörg Böttcher (Hrsg.): Handbuch Windenergie. Onshore-Projekte: Realisierung, Finanzierung, Recht und Technik, München 2012, S. 29.
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