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Nachhaltige Energieerzeugung durch Windenergie
Zu den Grundvoraussetzungen einer funktionierenden modernen Gesellschaft gehört zweifellos die Verfügbarkeit von Energie. Deutschland steht bei der Stromgewinnung noch immer am Anfang eines kompletten Wandels zu regenerativen Energien. Wenn Deutschland die genannten Ziele bei der Bekämpfung des Klimawandels erreichen will, bedarf es hier noch sehr großer Anstrengungen. Die Windenergie gehört zu den ältesten Energieformen, die die Menschen kennen. Schon im Altertum nutzten unsere Vorfahren die Windkraft, um sich das Leben und die damit verbundene Arbeit zu erleichtern.

Ohne Sonne gäbe es auch keinen Wind auf der Erde

Windkraft ist im eigentlichen Sinn eine unerschöpfliche Energiequelle, die genau wie die Solarenergie ausschließlich durch die Strahlung der Sonne auf unsere Erde und die damit einhergehenden Umwälzungen im Wettergeschehen entsteht. Trotz der Weltwirtschaftskrise hat sich das Wachstum der Nutzung Windenergie enorm beschleunigt. Die Anzahl der Windkraftanlagen ist im vergangenen Jahr um ca. 31,7 Prozent gewachsen. Insgesamt wurden 38.000 Megawatt (MW) Leistung neu installiert.

Aufbau und Funktion einer Windkraftanlage?
Das wichtigste Bauteil einer großen Windkraftanlage ist selbstverständlich der Rotor, der über eine äußerst stabile Rotornabe mit der so genannten Maschinengondel verbunden ist. In dieser Maschinengondel befindet sich ein Getriebe zur Kraftübertragung und der Generator zur eigentlichen Stromerzeugung. Der Wind enthält Strömungsenergie und diese setzt den Rotor in Bewegung. Indem sich die Flügel drehen, entsteht mechanische Energie, die anschließend auf das Getriebe und den Generator übertragen wird. Dieser Generator wiederum wandelt die mechanische Energie in elektrische Energie um. Die Systeme zur Steuerung und Überwachung der Anlage sind aus Gründen des einfachen Zugriffs in aller Regel am Fuße der Anlage installiert, direkt über dem Fundament. Um den Strom schließlich gewinnbringend in das öffentliche Stromnetz einspeisen zu können, muss mit Hilfe eines Wechselrichters der in der Anlage erzeugte Gleichstrom in den besser zu transportierenden Wechselstrom gewandelt werden.
Bei den Windgeneratoren gibt es zwei verschiedene Bauweisen: Windgeneratoren mit Horizontalachsenkonverter, die über eine waagerechte Welle verfügen und Windgeneratoren mit Vertikalachsenkonverter, die mit einer senkrechten Welle ausgestattet sind. Entscheidend für den Ertrag von Energie sind die Bauart der Rotorblätter und natürlich auch die Windgeschwindigkeit. Kommt es zu einer Verdoppelung der Windgeschwindigkeit, kann sich dadurch die Leistung der Anlage verachtfachen.

Was unterscheidet private Windgeneratoren von professionellen Windkraftanlagen?
Unter der Bezeichnung Windgenerator werden alle Formen von Kleinwindenergieanlagen zusammengefasst. Sie unterscheiden sich in einigen Punkten von großen und technisch komplexen Windkraftanlagen, wie sie zur regionalen und überregionalen Stromerzeugung eingesetzt werden. Der Übergangsbereich zwischen sehr großen Windgeneratoren und kleinen Windkraftanlagen ist allerdings nicht immer zweifelsfrei zu definieren. Windgeneratoren fehlt in der Regel die Netzanbindung, sie sind meist nur wenige Meter hoch und beruhen auf einer eher einfachen Konstruktionsweise. Die von ihnen erzeugte Strommenge beträgt in vielen Fällen nur einige wenige Kilowatt, die meist auch direkt am Ort der Stromerzeugung für den Betrieb von Pumpen und Beleuchtungssystemen eingesetzt werden. Obwohl der Übergangsbereich von kleineren Windgeneratoren zu den erheblich größeren Windkraftanlagen fließend sein kann, sind nur professionelle Windkraftanlagen für Kommunen und Energieversorgungsunternehmen interessant, denn nur diese Anlagen kommen für eine Einspeisevergütung nach den Vorgaben des wegweisenden Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien, kurz Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), überhaupt in Frage.

Leistungsklassen und ihre Unterscheidung
Bei den Windkraftanlagen unterteilt man in drei Leistungsklassen: Anlagen bis 100 Kilowatt installierter Leistung werden als Kleinanlagen bezeichnet, bis zu 1000 Kilowatt (1 MW) spricht man von mittelgroßen Anlagen und Windkraftanlagen über 1 Megawatt zählen zu den Großanlagen. Die grössten Windkraftanlagen leisten heute bis zu 6 Megawatt.

Onshore versus Offshore
Von Onshore spricht man immer dann, wenn sich die Anlage an Land befindet. Mit Offshore bezeichnet man dagegen die Stromerzeugung, die aus Windkraft auf dem Meer entsteht.
Generell ist zu sagen, dass Offshore-Anlagen in der Lage sind, höhere Leistungen als Onshore-Anlagen zu erzielen. Dies ist in erster Linie auf die besseren Windbedingungen im Küstenbereich beziehungsweise im offenen Meer zurück zu führen. Im Gegenzug ist die Errichtung von Offshore-Anlagen allerdings hochkomplex und meist auch mit erheblichen Mehrkosten verbunden. Der Bau von Windparks im Offshore-Bereich bleibt so meist den großen Energieversorgern und Herstellern von Windkraftanlagen vorbehalten. In der Nord- und Ostsee findet man schon etliche Offshore Windparks. Vorreiter in Sachen Offshore waren sicherlich die skandinavischen Länder, allen voran Dänemark und Schweden sowie Großbritannien und die Niederlande. Alle diese Offshore Windparks sind über Seekabel mit dem Stromnetz verbunden. Durch die sehr hohen Windgeschwindigkeiten, die ja meist auf See herrschen, entstehen riesige Energiepotenziale. In Deutschland denkt man inzwischen natürlich auch vermehrt über Offshore Windenergieanlagen nach. Bis 2030 rechnet die Bundesrepublik mit 20.000 bis 25.000 Megawatt installierter Leistung. Der daraus gewonnene jährliche Stromertrag wird demzufolge auf 85 TWh geschätzt. Bis heute drehen sich in Deutschland drei Einzelanlagen im Wasser. Eine Windkraftanlage liegt in der Emsmündung, eine weiter vor Rostock, der dritte Generator steht bei Hooksiel in der Nähe von Wilhelmshaven. Die Anlagen stehen relativ nah am Ufer und sollen zunächst helfen, Erfahrungen zu sammeln, um dann den Bau größerer Windparks in Angriff zu nehmen. Das erste Offshore Projekt mit mehreren Generatoren, das den Namen „Alpha Ventus“ trägt, ist seit August 2009 in Betrieb. Es handelt sich zunächst noch um ein Testfeld, um erste fundierte Erfahrungen zu sammeln. Es handelt sich hier um den ersten deutschen Offshore-Windpark, der Generatoren der 5 Megawatt Klasse nutzt. Das Projekt wird vom Bundesumweltministerium gefördert und kostet rund 250 Mio.€, was etwa 4.100 Euro/kW entspricht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Installation von Offshore Windparks zunächst einmal wesentlich teurer und aufwändiger als die Errichtung von Onshore Anlagen ist, aber die Energieausbeute aufgrund höherer Windgeschwindigkeiten zu Wasser auch dementsprechend höher ausfällt. Manchmal ist allerdings die Errichtung von Onshore Anlagen von den Genehmigungsverfahren her anspruchsvoller, da sich Bürgerinitiativen oder auch manche Naturschutzverbände dagegen wehren. Dennoch kann eine Onshore-Anlage im Inland, vorzugsweise in einem vom Wind begünstigten Bereich aufgestellt, für jede Kommune ein interessantes Investment sein. Welche Kosten kommen dabei auf die Kommune zu und welcher Nutzen wird im Gegenzug durch die Einspeisevergütung erzielt?

Eine Windkraftanlage in der eigenen Kommune – Kosten vs. Nutzen
Die rasante technische Weiterentwicklung im Bereich des Windkraftanlagen-Baus sorgt seit vielen Jahren für kontinuierlich sinkende Anschaffungspreise. Eine große Zahl aller errichten Groß-Windkraftanlagen stammt heute aus der Produktion der deutschen Enercon GmbH. Ihr Spitzenmodell trägt die Bezeichnung E-126 und bietet bereits eine Nennleistung von über sechs Megawatt. Im Onshore Bereich bis 2,5 Megawatt installierter Leistung hat sich seit Jahren die in Deutschland ansässige Fuhrländer AG mit innovativer Technologie zu einem Weltunternehmen entwickelt. Um die Anlagen unterschiedlicher Anbieter objektiv vergleichen zu können, wird als Kenngröße stets der Preis pro installiertem Kilowatt Leistung herangezogen. Dieser lag zu Beginn der 1990er Jahre bei circa 1.300 € und ist mittlerweile auf unter 900 € gefallen. In diesem Preis sind alle Leistungen des Windkraftanlagenbauers, also die Produktion der Komponenten, die Montage und die Inbetriebnahme, bereits inbegriffen. Eine mittelgroße Anlage mit einem Megawatt Leistung kostet mittlerweile also nur noch 900.000 €. Mit Hilfen von günstigen Darlehen und staatlichen Förderungen können sicherlich zahlreiche Kommunen ein derartiges Projekt in Angriff nehmen. Durch die im Erneuerbare-Energien-Gesetz der BRD festgeschriebene Einspeisevergütung von 49 Cent pro Kilowattstunde wird aus dem höchst umweltfreundlichen Windkraftanlagen-Projekt darüber hinaus auch ein rentables Kraftwerksprojekt, das sich bereits innerhalb der Laufzeit der Anlage vollständig amortisiert. Die Rentabilität und Effizienz des Kraftwerks kann durch sinnvolle Repowering-Maßnahmen sogar noch verbessert werden.

Repowering von Windkraftanlagen wird in Zukunft deutlich einfacher
Die im Jahre 2009 verabschiedete Novelle des EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) soll in Zukunft das so genannte Repowering von älteren Windkraftanlagen einfacher als bisher gestalten. Unter Repowering ist in Bezug auf Kraftwerke folgendes zu verstehen: Ältere Anlagen werden durch effizientere und modernere Anlagen ersetzt. Durch den rasanten technischen Fortschritt in der Windenergie-Branche gewinnt der Begriff Repowering dort eine besondere Bedeutung. Die allermeisten Windenergieanlagen sind auf eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren ausgelegt, dennoch kann es unter bestimmten Umständen sehr wohl wirtschaftlich vertretbar sein, die betreffenden Anlagen bereits vor Ablauf dieser Lebensdauer durch neue und bessere Windkraftanlagen am selben Standort zu ersetzen. Da neue Anlagen in der Regel meist auch wesentlich leistungsstärker als ihre Vorgänger sind, können gegebenenfalls sogar mehrere kleinere Altanlagen durch eine einzige neue ersetzt werden. Nach der neuen Rechtslage durch die EEG-Novelle müssen Windkraftwerke nur noch zehn volle Betriebsjahre aufweisen, bevor sie durch eine Repowering-Maßnahme ersetzt werden können.

Wie teuer ist Windenergie derzeit wirklich?
Rechnet man die Kosten für die Erzeugung von Windenergie gegen die Kosten für die Erzeugung von Strom durch fossile Energieträger gegeneinander auf, so ist Windenergie heute noch vergleichsweise teurer als fossil erzeugter Strom. Eine Kilowattstunde Windenergie, die an Land erzeugt worden ist, kostet rund 10 Cent, eine durch eine Offshore Windkraftanlage auf See erzeugte Kilowattstunde schlägt mit 12,50 Cent zu Buche, während fossil erzeugter Strom derzeit zwischen 2,20 bis 5,23 Cent kostet. Die im Erneuerbare-Energien-Gesetz der BRD festgeschriebene Einspeisevergütung von 49 Cent pro Kilowattstunde hat aber dazu geführt, dass Windgeneratoren durch die hohe Nachfrage wesentlich billiger geworden sind. Es ist also zu erwarten, dass Windkraft in Zukunft sich weiter verbilligen wird, da die Fertigung von Generatoren weltweit immer mehr zu einer Massentechnologie wird. Zudem muss man bei einer Kosten/ Nutzen Analyse fossiler Energieträger zu Windenergie natürlich die Folgekosten eines beschleunigten Klimawandels in Rechnung stellen, der durch eine weitere Nutzung fossiler Brennstoffe entsteht.