Windkraft: Frischer Wind für sauberen Strom

Mit unseren EnBW-Windparks gestalten wir die Energiewende mit. Doch wie genau funktioniert Windkraft eigentlich? Und wo in Deutschland kommt sie zum Einsatz?

Wir befinden uns auf 149 Metern Höhe, der Blick geht weit in die Landschaft. Zwischen Feldern, Wiesen und Wäldern liegt eine Handvoll Ortschaften verstreut. Ein Traktor tuckert gemächlich auf und ab, während er das Feld pflügt. Alles wirkt beschaulich, in 149 Metern Höhe zerrt aber auch ein starker Wind an uns. Vor uns drehen sich drei gewaltige Flügel, jeder von ihnen fast dreimal so lang wie ein Blauwal. Willkommen auf dem Dach des EnBW-Windparks Aalen-Waldhausen.

Wie funktionieren Windkraftanlagen?

Der Name gibt einen wichtigen Hinweis auf die Funktionsweise: Windkraftanlagen sind Anlagen, die die Kraft des Windes nutzen. Dieser steht, anders als Kohle oder Erdöl, im Prinzip unbegrenzt und kostenlos zur Verfügung. Die Energie, die in Luftbewegungen steckt, können wir mit technischen Mitteln umwandeln und nutzen. Früher wurde mit Wind Wasser gepumpt und Mehl gemahlen, heute erzeugen wir mithilfe der Luft Strom. Die Umwandlung erfolgt in zwei Stufen:

  • Stufe 1: Der Rotor nimmt einen Teil der Windenergie auf und wandelt sie in mechanische Rotationsenergie um.
  • Stufe 2: Der Generator nimmt die Rotationsenergie auf und wandelt sie in elektrische Energie (Strom) um.

Der Generator produziert Strom mit einer Spannung von 400 bis 1.000 Volt. Dieser wird entweder direkt im Maschinenhaus oder mithilfe eines Trafos am Fuß des Anlagenturms auf Mittelspannung (10 bis 30 kV) transformiert. Von hier aus fließt der Strom zur Übergabestation, die die Stränge der einzelnen Anlagen bündelt und den Gesamtstrom ins öffentliche Stromnetz einspeist.

Der technische Aufbau einer Windkraftanlage ist daher recht einfach:

Aufbau einer Windanlage

 

Je höher die Anlage, desto mehr Strom

Um möglichst viel Strom zu produzieren, sind konstant hohe Windgeschwindigkeiten und eine große Rotorfläche notwendig. Darum wuchsen in den letzten Jahren die Windkraftanlagen in die Höhe und sie erhielten immer größere Rotorblätter. Denn in höheren Lagen weht der Wind stärker und gleichmäßiger als am Boden. Dass die Windkraftanlagen eine Höhe von 150 Metern und mehr überhaupt erreichen, war erst durch leichtere Materialien (etwa Glasfaser) und stabilere Bauweisen (wie Hybridtürme) möglich. Anders als die Anlagen der ersten Windparks lassen sich moderne Anlagen flexibel ausrichten: Sie drehen sich automatisch in den Wind.

Optimal mit drei Rotorblättern

Eine weitere Besonderheit sind die dreiflügeligen Rotorblätter. Moderne Windenergieanlagen weisen unter anderem deshalb drei Flügel auf, weil die Anlagen nur so die für die Stromgewinnung notwendige hohe Drehgeschwindigkeit erhalten. Die Rotorblätter sind aerodynamisch optimiert und sehen aus wie die Tragflächen bzw. Propeller eines Flugzeugs. Dass die Rotorblätter immer länger werden, hat ebenfalls einen energetischen Hintergrund: Je länger sie sind, desto mehr Windenergie können sie aufnehmen.

EnBW Windrad mit drei Rotorblättern

Im Prinzip ließe sich mit einem vierten Blatt die Energieausbeute noch erhöhen. Doch mehrere Gründe sprechen dagegen: unter anderem das zusätzliche Gewicht und somit die ungleichmäßige statische Belastung der Windanlage durch das vierte Rotorblatt sowie die Erhöhung der Gesamtkosten der Windkraftanlage.

Windenergieanlagen werden nach Standort unterschieden

Windkraftanlagen können mittlerweile an den unterschiedlichsten Standorten effizient betrieben werden. Dabei unterscheidet man zwei Grundformen:

  • Onshore-Windräder: Die Gewinnung an Land macht den Löwenanteil der produzierten Windkraft aus. Über 90 Prozent aller deutschen Anlagen stehen im Binnenland. Der größte Standortnachteil ist, dass der Wind an Land unstetig weht. Die meisten Onshore-Anlagen befinden sich auch in den windreichen norddeutschen Bundesländern. Durch die höhere Bauweise und technische Verbesserungen können aber auch Windparks im Süden Deutschlands mittlerweile rentabel betrieben werden.

Onshore-Windräder in Landschaft

  • Offshore-Windräder: Auf dem Meer weht der Wind kräftiger und stetiger als auf dem Festland. Das machen sich Offshore-Windparks zunutze. Sie werden etwa 30 bis 40 km vor der Küste aufgebaut und die Wassertiefe beträgt dort bis zu 40 Meter.

Offshore-Windräder auf See

Die beiden Formen haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile. Während Onshore-Windkraftanlagen sich einfacher aufbauen lassen und mit geringeren Investitionskosten verbunden sind, erfordern Offshore-Anlagen mehr Technik, mehr Geld und mehr Logistik. Andererseits liefern Offshore-Windparks durch den stetigen und stärkeren Wind auf dem Meer langfristig bessere Erträge. Onshore-Windkraft ist wiederum weniger negativen Einflüssen wie salzhaltiger Luft oder hohem Wellengang ausgesetzt, die Anlagen können deshalb günstiger betrieben werden.

Windenergie: Schutz von Mensch, Natur und Umwelt

Soll irgendwo in Deutschland ein neuer Windpark errichtet oder ein bestehender erneuert werden („Repowering“), darf der Betreiber nicht ohne weiteres mit den Baumaßnahmen beginnen. Meist weisen erst die Kommunen spezielle Areale als Baugebiet aus. Zudem durchlaufen Windenergieanlagen ein aufwendiges Genehmigungs- und Planungsverfahren. Anlagen mit einer Gesamthöhe von über 50 Meter unterliegen dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) und müssen Auflagen gemäß der „Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm“ (TA Lärm) erfüllen, um die Belastung für die Anwohner zu minimieren. Darüber hinaus gelten in vielen Regionen besondere Bestimmungen, etwa ein Nachtbetriebsverbot. In Baden-Württemberg ist ein Mindestabstand von 700 Metern zum nächsten Wohngebiet vorgeschrieben.

Zudem muss der Schutz von Tieren mitberücksichtigt werden, um auszuschließen, dass Windkraftanlagen beispielsweise in den Wohnraum der Vögel eindringen oder schädliche Schallwellen für Wale verursachen.

Windkraft in Deutschland – eine Erfolgsgeschichte

Die Leistung einer modernen Onshore-Windkraftanlage beträgt rund 3 MW, Offshore-Windkraftanlagen bei rund 7 MW. Prototypen mit höheren Leistungen befinden sich bereits in der Entwicklung. Fasst man alle in Deutschland installierten Windenergieanlagen zusammen, kommt man auf eine Gesamtleistung von über 53 Gigawatt. Damit ist die Bundesrepublik – nach China und den USA – der weltweit drittgrößte Erzeuger von „Windstrom“. Im vergangenen Jahr lieferte die Windenergie rund 113 Terawattstunden Strom. Alle Windkraftanlagen in Deutschland zusammen generieren bereits die Hälfte der aus erneuerbaren Energien gewonnenen Strommenge. Und am gesamten in Deutschland produzierten Strom macht Windenergie bereits 18 Prozent aus.

Windkraft in Deutschland

Die Windkraftanlagen am Rand der Schwäbischen Alb gehören zu den 38 Windparks, die die EnBW in Deutschland betreibt. Die Hälfte in Baden-Württemberg, die anderen im übrigen Bundesgebiet. Die „Onshore-Windkraftanlagen“ der EnBW verfügen über eine Gesamtleistung von 500 Megawatt (MW). Dazu kommen vier Windparks auf offener See mit einer Gesamtleistung von rund 950 MW. Zwei Drittel davon stammen aus den Offshore-Windparks „Hohe See“ und „Albatros“. Rein rechnerisch lassen sich mit allen EnBW-Windkraftanlagen knapp 1,6 Millionen Haushalte ganzjährig mit Strom versorgen. (Quelle: Statista)

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