Referat Windenergie

Inhaltsverzeichnis

1. Was ist Windenergie?

2. Geschichte und Entwicklung der Nutzung von Windenergie

3. Techniken

4. Kritikpunkte

5. Heutiger Stand der Entwicklung

6. Aufwindkraftwerke

Bundesverband Windenergie

8. Windkraftanlagen im statistischen Vergleich

9. Insel- und Verbundbetrieb

10. Windenergie als Wirtschaftsfaktor

11. Nutzung der Windenergie in Baden-Württemberg

. Die verschiedenen Arten von Windmühlen und Windräder

13. Schnellläufer und Langsamläufer

1.Windenergie

Windkraftwerke sind Anlagen, die elektrische Energie erzeugen. Durch den Wind werden die Rotoren, die in den Windkraftanlagen eingebaut sind, zum Drehen gebracht, dadurch wird elektrischer Strom erzeugt. Windenergie entsteht nicht aus Kohle, Gas, l oder Kraftwerken, sondern soll den Verbrauch dieser Energieträger ersetzen oder senken, um die Vorräte zu schonen und zur Entlastung der Umwelt beizutragen.

2. Geschichte und Entwicklung

Der Durchbruch der Windräder ist eigentlich eine Wiederkehr, denn im Laufe seiner Geschichte zählte das Windrad in verschiedenen Erdteilen zu verschiedenen Zeiten zu den wichtigsten Energiequellen.

Zuerst vor ungefähr 0 0 Jahren in Mesopotanien (> Landschaft zwischen Euphrat

und Tigris, im Zentralirak), 10 0 Jahre später im östlichen Mittelmeerraum und danach in China. In Europa begann die Windmühlenzeit im . Jahrhundert. Sie erreichte mit wenigstens 0 0 Stück ihren Höhepunkt im 7. Jahrhundert, man zählte 875 allein in Norddeutschland noch 0 000 und in Holland 0 0 Mühlen. In den USA wurden bis in die Zeit des ersten Weltkrieges über 6 Millionen

<amerikanische> Windräder (mit vielen Flügeln, für Pumpen und Stromgeneratoren) gebaut. Windräder waren in Teilen Europas, Amerikas und Asiens bis ins 1 . Jahrhundert hinein einer der wichtigsten Energiequellen.

Der Wind (also das Thema) ist erst nach dem Ölschock (in den 0er Jahren) wieder interessant geworden. Unmittelbar 9 3 sahen plötzlich viele Industrieländer in der Windenergie eine Chance, etwas aus der Abhängigkeit herauszukommen. Die Regierungen der Industrieländer kurbelten an der Entwicklung von Windanlagen zur Stromerzeugung.

Zunächst wurden kleine und mittlere Windenergiekonverter (WEK) gebaut. 9 war Deutschland so weit, eine 3 MW Anlage mit dem Namen Growian-1 zur Erprobung aufzustellen. Doch auch Growian(GROss WInd ANlage) zeigte nach drei Jahren Risse an den Rotorblättern.

Am besten wehen die Winde in einer Höhe von 00 Metern. Weil der Wind

unmittelbar über dem Boden von allerlei Hindernissen gebremst wird, baut man die Windturbinen vorteilhaft auf Masten oder Türme.

Keine Windturbine kann die Windenergie zu 0 % nutzen, weil ein Teil der Luft durch die Turbinenlätter auf der Rückseite verdrängt wird. Der theoretisch

höchste Wirkungsgrad beträgt . Durch die Weiterleitung der Energie zwischen Propeller, Getriebe und Generator sowie durch die Umwandlung der mechanischen in elektrische Energie gehen 0% der Windenergie verloren, so daß am Ende nur noch rund 4 % der Windenergie übrig bleibt.

Am 1 1 1 83 wurde in Brunsb ttel (Schleswig-Holstein) Growian, die grö te Windkraftanlage der Welt, in Betrieb genommen. Sie erzeugt maximal 3 Megawatt an Strom, das ist der Energiebedarf von ca. 4 00 Haushalten. Growian ist die Abkürzung für große Windenergieanlage. Der Rotorendurchmesser von Growian beträgt 0 m und die Turmhöhe beträgt ebenfalls 0 m.

Es wurde geplant, 1 0 vergleichbare Anlagen zu einem Verbund zusammenzuschließen. Das würde bedeuten, daß die Anlagen insgesamt 3 0

Megawatt an Strom leisten, das ist so viel wie der Energiebedarf von ca.

00 Haushalten. Es würde die Leistung von einem kleinen Kernkraftwerk erreichen. Dies scheiterte aber an den hohen Kosten der Anlagen. Growian kostete als Prototyp 1 0 Mio. DM, die Serienanfertigung würde nur 0 - 0 Mio. DM kosten.

Die Zahl der bereits existierenden Kleinanlagen in der BRD wird auf etwa 00 geschätzt. Das von der Kernforschungsanlage 'Jülisch' errechnete Windenergiepotenzial beträgt 2 Terrawatt Stunden, dies entspricht einem Energieaufkommen von 1 2 Mrd. Liter Öl.

In Dänemark wurden allein in 3 Jahren ca. 1 00 Windkraftanlagen an das Stromnetz angeschlossen. In Kalifornien/USA sind Windparks mit jeweils mehreren hunderten Windkraftanlagen entstanden. Die meisten Windkraftanlagen, die in USA aufgerichtet worden sind, sind von dänischer Herkunft.

3. Techniken

Im Laufe der Zeit haben sich verschiedene Techniken in der Herstellung von

Windrädern entwickeln können. Es gibt . die vertikal laufenden Windräder und

2. die horizontal laufenden Windräder.

Die vertikalen Windräder stehen senkrecht zum Wind und sind abh ngig von der Windrichtung. Die Drehbewegung wird auf Generatoren oder auf Arbeitsmaschinen, wie z.B. Pumpen bertragen.

Dagegen sind die horizontal laufenden Windräder unabhängig von der Windrichtung, sie arbeiten auch, wenn der Wind von hinten kommt. Dadurch wird zwar der Bau vereinfacht, weil man nicht die Anlagen in die Windrichtung

drehen mu , hat aber den Nachteil, daß die Angriffsfläche hier kleiner ist als

bei Windrädern mit senkrechter Drehachse.

Eine weitere Technik ist der Darrieus-Rotor. Die Form der Rotorenblätter gleichen einem Zwiebelring. Auch dieser Rotor arbeitet unabhängig von der Windrichtung. Er kann den Wind auch schon in geringer Höhe auffangen und muß deshalb nicht auf einem hohen Mast angebracht werden. Diese Art der Windkraftanlage wird heute in Westeuropa nicht mehr genutzt, dient aber immer noch der Energieerzeugung in Entwicklungsländern.

4. Kritikpunkte

· Geräusche - viele Menschen, die in der Nachbarschaft von Windenergieanlagen wohnen, fühlen sich durch die Geräusche, die die Rotorenblätter beim Drehen verursachen, gestört.

· Verbauung der Landschaft - durch die Grö e der Windenergieanlagen wird eine relativ große Fläche benötigt. Die Fläche um die Türme kann landwirtschaftlich genutzt werden, man muß sich jedoch erst an den Anblick der großen Türme gewöhnen.

· Beeinträchtigungen  im Windschatten der Anlagen - es kommt vor, daß z.B. das Fernsehbild bei Empfängern, die im Windschatten der Windenergieanlagen stehen, flackern. Außerdem weiß man auch noch nicht, inwiefern Veränderungen durch den ständigen Austausch der Luftschichten eintreten können.

5. Heutiger Stand der Entwicklung

Die erneuerbaren Energiequellen sind theoretisch unerschöpflich. In der Praxis kann man nach heutigem Stand der Technik nur einen geringen Teil Windkraftanlagen wirtschaftlich nutzen, weil Windenergie nur zeitweilig vorhanden ist. Die Nutzung der Energie ist deshalb an teure Techniken gebunden. Erforderliche Speicher, die die Energie speichert, müssen noch entwickelt werden. Deshalb ist Windenergie nicht geeignet, um ganze Regionen zu sichern.

Darum muß man sagen, daß man Kernkraftwerke nicht durch sog. Windparks (bestehend aus mehreren hunderten Windkraftanlagen) ersetzen kann. Die Windkraftanlagen könnten einen Anteil von 6 - 8% an der heutigen Kraftwerksleistung der BRD erreichen.

Wind hat aber den Nachteil, daß er die Energie nicht ständig liefern kann. Man kann auch aus technischen Gr nden die Winkraftanlagen nicht beliebig hoch bauen, und man braucht auch wegen der geringen Dichte des Windes große Flächen.

Am 14. August 7 wurde im südlichen Dithmarschen ein Energie-Park in einer

Größe von 0 Hektar, daß sind 4 Fußballfelder, mit mehr als

Windkraftanlgen in Betrieb genommen. Die Abstände zwischen den einzelnen Anlagen betrugen 75 Meter. Dies funktionierte aber nicht reibungslos, wie man es gehofft hatte. Die Bewohner klagten über zu viel Lärm und fünf von diesen Anlagen fielen schon aus.

Für die Experten ergibt sich durch Tests, daß man die Anlagen nicht so nah beieinander aufbauen kann, obwohl der Abstand schon 1 5 Meter beträgt. In den letzten Jahren hat sich im In- und Ausland verstärktes Interesse an Windkraftanlagen der Leistungsklasse 1 Megawatt interessiert.

Es ist beabsichtigt, im Rahmen Energieversorgungskonzeptes für die Insel

Helgoland eine 1 Megawatt-Windkraftanlage zu errichten. Hierbei soll das

Wissen von GROWIAN weiterhelfen.

6.Aufwindkraftwerke

Sind Anlagen die mit einer Kombination von Treibhaus, Kamin, und Windrad Energie erzeugen. Durch eine Folie, die am Boden befestigt ist, erwärmen Sonnenstrahlen den Boden und damit auch die Luft, die mit hoher Geschwindigkeit einen Kamin in der Mitte des Foliendaches hochsteigt und somit eine Turbine ( Rotor ) antreibt.

Die erste Aufwindkraftanlage der Welt wurde 9 2 in Manzanares/Spanien in Betrieb genommen. Die gesamte Fläche, die die Folie bedeckt, beträgt 6 0 m² ( 16 Km ), und der Kamin, der sich in der Mitte der Fläche befindet, hat eine Höhe von 00 Metern und erzeugt maximal 50 kW.

Das Aufwindkraftwerk, das in Spanien gebaut wurde, kostete 14 Mio. DM, allein

7 Mio. entfielen auf die Entwicklung und den Bau. Um den Stromverbrauch der BRD zu decken, müßte man bei spanischen Sonnenverhältnissen eine Flächenausdehnung von 4 0 km2 erforderlich sein.

Formel : 1 W = 1 J/s = 1 VA = 1 kg m2/s3

7 Bundesverband Windenergie:

Der Bundesverband Windenergie ist am 1 1 996 aus dem Zusammenschluss von zwei Organisationen, 'Interessenverband Windkraft Binnenland' (IWB) und 'Deutsche Gesellschaft für Windenergie' (DGW) hervorgegangen.

Der BWE vertritt nun bundesweit einheitlich ber 4 00 Mitglieder. Der Verband vertritt den Grossteil der deutschen Anlagenbetreiber von bisher errichteten

2 0 Anlagen mit zusammen 1 00 MW Leistung oder rund 3 2 Milliarden DM Investitionen. Der BWE vertritt weiter die Planer von zukünftigen Projekten

mit über 3 0 MW zukünftiger Windkraftkapazität oder weiteren 7 Mia DM, sowie die Hersteller und Ingenieurbüros mit über 8 000 gesicherten Arbeitspl tzen.

8.Windkraftanlagen im statistischen Vergleich

Für viele frischgebackene Windkraftanlagenbesitzer erhebt sich die Frage,

a) wie exakt der aus Windmessungen bzw. aus einem meteorologischen Gutachten abgeleitete Jahresstromertrag tatsächlich erreicht wird und

b) ob nach einigen Monaten Betriebserfahrung schon ein langjähriger

Jahresertrag ableitbar wird insbesondere dann, wenn andere Windmühlen in der

Nähe schon länger Betriebsergebnisse aufweisen.

Daß ein langjähriger Ertrag nicht unbedingt nach 1 - 2 Betriebsjahrenerfahrung ablesbar ist, hat das ungewöhnliche Windwetter der letzten beiden Jahre gezeigt. Gab es im Winterhalbjahr 9 4 19 5 fast ausschließlich Starkwindmonate, so war das Winterhalbjahr 1 9 1 96 unterdurchschnittlich.

Dementsprechend verringerte sich die Stromproduktion der Windkraftanlage der

St.Pöltener Straßenmeisterei (SEEWIND 10kW) von knapp ber 20 00 kWh im ersten Betriebsjahr (Aug. 4 - Aug. 5) auf ca. 1 0 00 kWh im zweiten Betriebsjahr.

Noch stärkere Unterschiede ergaben sich brigens in Deutschland, wo Anlagen im

Binnenland der 5 0- 6 0 kW Klasse, welche schon 2 - 3 Jahre regelmäßig über

9 0 000 kWh erzeugten nunmehr im Extremfall nur 3 0 0 kWh erreichten - ein Abfall von 0 ! Ursache dafür war, neben Windmangel, sicherlich auch ein Produktionsausfall durch Vereisung. Schließlich war der Winter 96 einer der schneereichsten der letzten 0 Jahre.

Fazit: Für eine endgültige Aussage ber einen langjährigen Jahresertrag ohne Vergleich mit Windmessungen bzw. mehrjährigen Produktionsergebnissen benachbarter Anlagen wird man 3 - 5 Jahre ben tigen.

Um diese Zeitdauer zu verkürzen, ist es angebracht, einen Vergleich mit schon bestehenden Anlagen durchzuführen. Im konkreten Fall habe ich über den Zeitraum eines Jahres die monatlichen Stromproduktionsdaten der beiden Windkraftanlagen relativ zueinander verglichen.

Ergebnisse:

Die Verhältniswerte der monatlichen Produktionsdaten schwanken in einem Bereich von ca. 4 - 3 mit Ausnahme des 'Ausreißers' Jänner 9 6 ( 1 ) bei dem die Anlage Michelbach durch mehrwöchige Vereisung und fehlendem Ostwind deutlich unterdurchschnittlich abschnitt.

Daß die Windverhältnisse im Sommer und im Winter unterschiedlich sind, obwohl die Luftlinie zwischen beiden Anlagen nur etwa 7 km beträgt, ergibt sich aus

den Schwankungen: In den Sommermonaten (Juni - September) liegen sie etwa zwischen 3 und 3 3 - vermutlich aufgrund des dominieren den Nordwestwindes, in den sonstigen Monaten zwischen 2 4 und 2 . Hier ist der, insbesondere im

letzten Winter, deutlich dominierende Ostwindeinfluß, der in St. Pölten sich stärker auswirkt, zum Tragen gekommen.

Überträgt man nun den Jahresdurchschnitt der St. Pöltner Anlage von ca.

175.000 kWh auf die Anlage Michelbach mit einem Produktionsfaktor , so ergibt sich ein Wert von 4 5 0 0 kWh. Das ist deutlich höher, als das erste Produktionsjahr mit ca 9 0 kWh. Da der Zweijahresdurchschnitt noch immer eine gewisse Schwankungsbreite zuläßt, wird der langjährige Ertrag vermutlich im Bereich von 00 - 00 kWh liegen.

Dieser Wertebereich korreliert durchaus mit den aus einer recht einfachen Windmessung in 0m Höhe gewonnen Daten. Danach ergab sich ein Rohertrag von über 5 0 0 0 kWh und ein Nettoertrag (Turbulenzabschlag 5 %, Verfügbarkeit

%) von 42 00 kWh. Tatsächlich ist der Standort überaus turbulent, während die Verfügbarkeit ber 9 % liegt.

So ersparen im Vergleich zur konventionellen Stromerzeugung die bisher in Deutschland errichteten 3 90 Windkraftanlagen mit 1 1 1 MW Leistung der Umwelt

insgesamt        pro kWh

12 9 0 kg bzw. 7 1 g Schwefeldioxid

4 8 0 00 kg bzw. 2,8 g Stickoxid

2 0 0 0 0 0 kg      bzw. 1 14 g Kohlendioxid

2 2 000 kg bzw. 0,18 g Staub

3 0 870 kg bzw. 0,9 g Kohlenmonoxid oder

4 6 0 kg   bzw. 3 1 mg Atommüll

9. Insel- und Verbundbetrieb

Die von Windgeneratoren erzeugte elektrische Energie läßt sich grundsätzlich über zwei Betriebsarten nutzen: im Inselbetrieb oder im Verbundbetrieb

Im Inselbetrieb besteht keine Verbindung zum Netz der ffentlichen Stromversorgung; zum Beispiel bei abgelegenen Wochenendhäusern, Einzelgehöften in wenig besiedelten Landstrichen oder auf Halligen. Die Anforderungen an die Einhaltung einer festen Spannung beziehungsweise einer bestimmten Frequenz h ngen von der Art der angeschlossenen elektrischen Geräte ab. Wenn Vollversorgung gewährleistet sein soll, muß neben dem Windgenerator ein zusätzliches Stromaggregat vorhanden sein. Begrenzte Ausfallzeiten des Windgenerators können auch durch Speicher in Form elektrischer Akkumulatoren (z B. Blei-Säure-Batterien) überbrückt werden.

Beim Verbundbetrieb sind die Windgeneratoren an das ffentliche Stromversorgungsnetz angeschlossen. Wegen der notwendigen Regelungs- und Sicherheitsma nahmen erfordert diese Betriebsweise relativ hohe Investitionen und lohnt sich erst für Anlagen ab mittlerer Leistung. So liefern zum Beispiel Windenergieparks den produzierten Strom ber Verbundschaltungen in das öffentliche Netz.

Auch der sogenannte Netzparallelbetrieb ist eine Form des Verbundbetriebs. Hierbei wird der Windgenerator, der zum Beispiel einem privaten Betreiber oder einer Kommune gehört, an das Stromnetz des regionalen Energieversorgungsunternehmens (EVU) angeschlossen. Soweit Bedarf besteht, kann die erzeugte elektrische Energie vom Anlagenbetreiber selbst genutzt werden; berschüssiger Strom wird gegen Vergütung in das EVU-Netz eingespeist. Wenn die Anlage ausfällt oder zu wenig elektrische Energie produziert, erfolgt die Stromversorgung des Betreibers automatisch gegen Berechnung aus dem öffentlichen Netz.

Diese Betriebsweise erfordert zusätzlich besondere Meßeinrichtungen und bedingt, daß zwischen dem Betreiber des Windgenerators und dem zuständigen EVU entsprechende vertragliche Vereinbarungen bestehen. Außerdem muß gewährleistet sein, daß die Windkraftanlage leitungstechnisch an das vorhandene Stromnetz angeschlossen werden kann. Bei einer Vielzahl neuer Anlagen ergibt sich daraus unter Umständen die Notwendigkeit, die Netzkapazität zu verstärken oder gänzlich neu auszubauen.

10. Windenergie als Wirtschaftsfaktor

De facto steht die Windenergie erst am Beginn ihrer Markteinführung, ihr

Potential ist aber enorm.

Allein 1 96 konnten heimische Unternehmen, die Produkte für die Windkraftnutzung herstellen, rund 300 Mio S an Umsatz erwirtschaften. Dazu kommen nochmals etwa für die anfallenden Investitionsnebenkosten bei der Errichtung von Windkraftanlagen.

Bisher haben in etwa tausend Privatpersonen mit geschätzten 5 Mio Schilling zu diversen Bürgerbeteiligungsprojekten finanziell beigetragen und damit ihr Geld längerfristig ökologisch sinnvoll angelegt.

Die mittelfristig aussichtsreichsten Chancen für österreichische Unternehmen

liegen vor allem im Bereich der Zulieferung von Komponenten. Laut einer im Oktober vergangenen Jahres veröffentlichten Studie der Energiewerkstatt in Friedburg könnten österreichische Betriebe hier eine wichtige Rolle spielen.

Zehn der in der Untersuchung erfaßten Unternehmen liefern bereits Anlagenteile an WKA-Hersteller. Die wichtigsten Exportregionen liegen in der EU (vor allem Deutschland), aber auch in Osteuropa, Asien und in den USA.

Mittlerweile sichert die Windenergienutzung in Österreich bereits 0

Arbeitspl tze. Wenn die rund 1 0 in Planung befindlichen Anlagen 1 97 tatsächlich aufgestellt werden, wird die Zahl der Arbeitsplätze in der Branche

auf 300 angewachsen sein. Der Sektor hat weiter enormes Wachstumspotential  wie

ein Blick zum deutschen Nachbarn beweist. Dort erwirtschaften zur Zeit mehr als 0 Menschen, die direkt oder indirekt an der Windenergie-Industrie arbeiten, einen Jahresumsatz von sieben Milliarden Schilling! 0 Anlagen sind in Deutschland mittlerweile errichtet worden - und der Boom hält nahezu ungebrochen an. Begründet liegt dieser Wachstumseffekt in den windenergiefreundlichen Stromeinspeisetarifen. WKA-Betreiber erhalten in der

Bundesrepublik umgerechnet 20 Schilling pro Kilowattstunde, garantiert durch ein bundesweites Einspeisegesetz.

In Österreich mahlen die Mühlen da schon deutlich langsamer. Entsprechend knieweich verläuft die derzeitige Diskussion, in der die österreichischen 'Politgranden' mit wenigen Ausnahmen die energiepolitische Frage weiter vor sich 'hindümpeln' lassen. Für die zahlreichen potentiellen Investoren am Sektor für erneuerbare Energien heißt es weiter 'Bitte warten!' auf den rettenden Wurf.

Den Preis der Windenergie liegt mit ca. 0,27DM(kW*h) etwa doppelt so hoch wie bei der Energieerzeugung in einen Kernkraftwerk wie in Deutschland.

11. Nutzung der Windenergie in Baden-Württemberg

Standort             Leistung      Hersteller Betreiber

Haller Windkraft GmbH und Co.KG

Breitenau 80 KW        Enercon

Kraftwerke Laufenburg

Furtwangen 2 0 KW         Nordex         Otmar

Bärmann/Heinz Winterhalder

Hornisgrinde 3 x 10 KW      Seewind        Peter Griebl

. Die verschiedenen Arten von Windmühlen und Windräder

Radwindmühle, Thermikturm, Paltrockwind-mühle, Schalenkreuz, Savonius-Rotor, Erd-Holländerwindmühle, Galerie-Holl nderwindmühle, Split-Savonius-Rotor, Berwian, Einblattrotor, Zweiblattrotor, Dreiblattrotor, Farmer-Rotor, Tjasker, Bockwindmühle, Köcherwindmühle,,La Cour-Rotor, Flettner- Rotor, Pneumatische Welle, Schleppturbine, Giromill, Kettenlinien-Darrieus-Rotor, H Darrieus-

Rotor, Mantelturbine, Tornadoturm

13. Schnellläufer und Langsamläufer

Langsamläufer:

Die Langsamläufer haben sehr viele Flügel(bis zu 20 Stück). Ihre großen Flügelflächen sind meist nur einfache, gebogene Bleche. Sie erreichen ein sehr hohes Anlaufmoment, aber nur niedrige Drehzahlen, weswegen sie bestens zur Wasserbeförderungen(oder als Pumpen) geeignet sind. Wenn gute Bedingungen herrschen, können sie etwa 2 -30% der im Wind enthaltenen Energie nutzen. Die Langsamläufer sind wegen ihrer niederen Drehgeschwindigkeit schlecht zur Stromgewinnung nutzbar, denn zur Stromgewinnung sind zum wirtschaftlichen

Betrieb 8 0-3 00 Umdrehungen pro Minute n tig. Deshalb versuchte man durch größere bersetzungen die Drehzahl zu steigern. Durch den hohen Getriebeverlust wurden keine befriedigenden Resultate erzielt.

Schnellläufer:

Der Schnellläufer besteht meist aus 2-4 aerodynamisch geformten, schlanken Flügeln mit geringer Oberfläche. Deshalb ist das Anlaufmoment sehr niedrig. Solche Anlagen laufen aber erst ab einer Windgeschwindigkeit von 2-3 Metern pro Sek. Trotzdem erreichen sie sehr hohe Drehgeschwindigkeiten, welche zur Stromerzeugung erforderlich sind. Die Schnellläufer können je nach Bauart etwa

30-50% der im Wind enthaltenen Energie nutzen.

Wie durch umfangreiche Tests bekannt wurde, steigt die Drehzahl mit abnehmender Flügelzahl und schmaleren Profilen. Deshalb testet man heute, wie sich einblätterige Rotoren im Betrieb verhalten.