FAQ: Windenergie

Windräder stehen oft still, obwohl der Wind weht

Es gibt verscheidene Gründe, die dazu führen, dass Windenergieanlagen still stehen:


Schall- und Schatten: Es gibt Lärmschutzgesetzte und gesetzlichen Immissionschutz, die Anwohner schützen. Demnach muss eine Windenergieanlage vorübergehend abgeschaltet werden, wenn ihr Schatten länger als 30 Stunden pro Jahr und 30 min. am Tag auf ein Wohnhaus fällt.

Artenschutz: Zum Schutz von Tierarten kann es dazu kommen, dass eine Windenergieanlage zu bestimmten Zeiten abgeschaltet wird. Zum Beispiel zu Flugzeiten von Fledermäusen.

Vereisung: Nebel, Eisregen oder Schnee können bei Temperaturen unter 0°C zu Eisansatz führen. Diesen erkennt die Windenergieanlage und geht automatisch außer Betrieb. Allerdings gibt es moderne Anlagen, die mit einer Rotorblattheizung ausgestattet sind, um einen Eisansatz zu verhindern.

Zu wenig Wind: Die Rotoren der Windenergieanlage drehen sich erst ab einer Windgeschwindigkeit von 3 m/s (Windstärke 2).

Zu viel Wind: Bei zu hoher Windgeschwindigkeit (ab ca. 28 m/s – Windstärke 10) wird die Belastung für die Windenergieanlage zu groß. Dann dreht sich die Anlage „aus dem Wind“ und schaltet automatisch ab.

Wartungsarbeiten und Reparaturarbeiten: Die unterschiedlichen Bauteile einer Windenergieanlage werden in unterschiedlichen Zyklen regelmäßig vom Hersteller und Betreiber gewartet. Hienzu kommen Reparaturarbeiten die nötig sein können. Während dieser Zeit bleibt die Anlage außer Betrieb.

Abschaltung aufgrund zu schwacher Netze: Prinzipiell kann eine Windenergieanlage aufgrund zu geringer Stromnachfrage bzw. zu hoher Einspeisung kurzfristig außer Betrieb gehen.

Wie hoch sind die Schallemissionen der Windenergieanlage?

Beim Bau einer Windenergieanlagen müssen im Rahmen eines Genehmigungsverfahrens umfassende baurechtliche Vorschriften eingehalten werden. Grundlage zur Prüfung der Schallemissionen ist die "Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm" (TA Lärm), in der jeweils konkrete Vorgaben für Geräuschpegel festgelegt sind und nicht überschritten werden dürfen. Im Außenbereich darf bei Wohngebäuden nachts die Belastung nicht größer als 45 dB(A). Dies entspricht ungefähr dem Geräuschpegel in einem ruhigen Büro. Der einzuhaltende Grenzwert richtet sich nach dem Charakter des umliegenden Gebietes. In reinen Wohngebieten darf die Belastung bspw. nicht höher als 35 dB(A) sein. Andernfalls wird die Windenergianlagen nachts schallreduziert, d.h. mit geringerer Leistung betrieben.

Wie viele Stunden ist die Windenergieanlage am Tag in Betrieb?

Es lässt sich nicht genau sagen, wie viele Stunden die Windenergieanlage durchschnittlich in Betrieb ist. Die Windenergieanlage produziert in der Regel Strom bei einer Windgeschwindigkeit zwischen 3 und 25 m/s. Stillstandzeiten kann es aufgrund von Wartungsarbeiten oder eines Defektes geben.

Ist der Vogel- und Fledermausschutz gewährleistet?

Die Belange des Artenschutzes wurden selbstverständlich im Rahmen der Genehmigungsverfahren der Windenergieanlage berücksichtigt. Die Gefährdung einzelner Vögel oder Fledermäuse kann aber nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Vergleichbar mit Straßen oder Hochspannungsleitungen kann auch bei Windenergieanlagen kein hundertprozentiger Schutz garantiert werden. Das Vorkommen von Vögeln und Fledermäusen wurde im Vorfeld der Genehmigungsverfahren ausgiebig untersucht. Am Standort werden deshalb Monitoringmaßnahmen für Fledermäuse umgesetzt. Weiterhin wurden entsprechende Ausgleichsflächen für Vögel geschaffen.

Wie hoch ist die Lebensdauer der Windenergieanlage?

Die Lebensdauer der Windenergieanlage ist mit 20 Jahren angesetzt. Die meisten Bauteile halten aber 20 Jahre und länger. Nach der rund 20-jährigen Betriebszeit werden die Anlagen voraussichtlich abgebaut und entsorgt und die Grundstücke in den ursprünglichen Zustand wieder hergestellt.

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) war und ist Motor und entscheidender Treiber für den Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland. Es trat im April 2000 in Kraft und folgte auf das Stromeinspeisegesetz, das ab 1991 erstmals die systematische Förderung von regenerativ erzeugtem Strom festlegte. Seit seinem Bestehen wurde das EEG mehrfach novelliert, um es an die aktuellen Entwicklungen anzupassen.

Die letzte Novellierung erfolgte 2017.

Energie- und CO2-Bilanz einer Windenergieanlage

 

Windkraftanlagen bestehen aus vielen unterschiedlichen Komponenten. Sie sind komplexe und technologisch anspruchsvolle Produkte, deren Herstellung aufwändig ist. Um zu bewerten, ob der Einsatz von Windkraftanlagen aus energetischer Sicht sinnvoll ist, wird der Parameter „energetische Amortisationszeit“ angewandt. Das ist der Zeitraum, den eine Anlage an Land in Betrieb sein muss, um die Energie wieder hereinzubekommen, die für ihre Rohstoffe, ihre Herstellung, den Transport, den Bau und während ihrer der gesamten Lebensdauer für ihren Betrieb inkl. Reparaturen sowie ihr Recycling aufgewendet wurde.

Die energetische Effizienz moderner Windenergieanlagen bestätigen mehrere Studien unabhängiger Forschungseinrichtungen, so z. B. des Instituts für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung der Universität Stuttgart. Demnach beträgt die energetische Amortisation (Energierücklaufzeit) einer Windturbine an Land zwischen drei Monaten und einem Jahr.

Eine Windenergieanlage erzeugt gut 40 bis 70 Mal so viel Energie, wie für ihre Herstellung, Nutzung und Entsorgung eingesetzt wird.

Bei einer durchschnittlichen Laufzeit von 20 Jahren ergibt sich somit eine überaus positive ökologische Bilanz, die konventionelle Kraftwerke durch das erforderliche ständige Hinzufügen von fossilen Energieträgern niemals erreichen können. Eine 1,5-MW-Windenergieanlage erzeugt in diesem Zeitraum rund 80 Mio. Kilowattstunden sauberen Strom und ersetzt dabei beispielsweise rund 90.000 Tonnen Braunkohle.

(Quelle: BWE 2012)

CO2-Bilanz

Im Vergleich zu fossilen Energieträgern weist die Windenergie eine deutlich bessere CO2-Bilanz / Klimabilanz auf. Nach der energetischen Amortisationszeit produzieren Windenergieanlagen bilanziell CO2-neutralen Strom, setzen also kein zusätzliches Kohlendioxid als Treibhausgas in die Atmosphäre frei.

Laut dem Bundesverband Windenergie (BWE) beträgt der CO2-Ausstoß moderner Windräder über die gesamte Lebensdauer von 20 Jahren lediglich 24 Gramm pro Kilowattstunde. Das bedeutet, dass Strom aus Windenergie eine sehr gute CO2-Bilanz hat. Zum Vergleich: Die Verstromung von Braunkohle verursacht durchschnittlich etwa 1.000, Steinkohle 810 und Erdgas 377 Gramm pro Kilowattstunde.

Derzeit führt die schwankende Einspeisung von Windstrom dazu, dass Reservekraftwerke (z.B. Kohle oder Gas) vorgehalten werden müssen. Dadurch verschlechtert sich die Klimabilanz von fluktuierenden Energieträgern. Allerdings wird zukünftig unter anderem durch die Speicherung von Strom, den Netzausbau oder ein intelligentes Lastmanagement der Bedarf an Reserven immer weiter reduziert.

Energieertrag einer Windenergieanlage


Ende 2012 gab es deutschlandweit 23.040 Windenergieanlagen, die zusammen auf eine installierte Gesamtleistung von 31,33 GW kommen. Die Betriebszeit einer Windenergieanlage liegt zwischen 7.000 und 8.000 Stunden im Jahr.

Auf die 8.760 Gesamtstunden eines Jahres bezogen, entspricht dies einer durchschnittlichen Laufzeit bzw. Auslastung von circa 85 Prozent. Allerdings drehen sich die Rotoren nicht immer mit maximaler Leistung (= Nennleistung). Die Windstromproduktion beginnt schon bei circa 2,5 Metern Windgeschwindigkeit je Sekunde und wird dank modernster Regeltechnik erst bei starkem Sturm langsam und netzverträglich herabgeregelt. Auch bei wenig Wind wird also Strom in das örtliche Netz eingespeist.

Der statistische Wert der Volllaststunden trifft eine Aussage über die jeweilige Standortqualität. An einem mittleren Binnenlandstandort beträgt dieser Wert etwa 1.600 – 1.800 Stunden, an einem guten Küstenstandort werden über 3.000 Volllaststunden erreicht. Die Volllaststunde errechnet sich, indem man die gesamte Stromproduktion der Anlage im Jahr durch ihre maximale Leistung (Nennleistung) teilt. Die Angabe der Volllaststunden fungiert als wesentliche Kalkulationsgrundlage bei Windparkfonds, weil sich daraus die zu erwartenden Erlöse aus der Produktion von Strom aus Windenergieanlagen errechnen lassen.

Grundsätzlich gilt, dass die Anzahl der Volllaststunden mit zunehmender Nabenhöhe ansteigt.
Faustregel: Jeder Meter Narbenhöhe bedeutet bis zu 1 Prozent mehr Ertrag.
Dank modernster Anlagentechnik mit ausreichender Nabenhöhe und größeren Rotordurchmessern ermöglichen heute also auch Standorte in der Mitte und im Süden Deutschlands attraktive Erträge, wie sie bis vor wenigen Jahren nur an der Küste und an exponierten Berggipfeln denkbar waren.

(Quelle: BWE 2012)

Schallentwicklung von Windenergieanlagen

Bei einer Windenergieanlage gibt es zwei Schallquellen: zum einen die mechanischen Bauteile wie Getriebe und Generator, zum anderen entsteht durch die Bewegung des Rotors aerodynamischer Schall.

Beim Bau von Windenergieanlagen müssen im Rahmen des Genehmigungsverfahrens umfassende baurechtliche Vorschriften eingehalten werden. Ein wichtiger Abschnitt bei der Genehmigung von Windenergieanlagen findet bereits in der Planungsphase statt, denn zu diesem Zeitpunkt werden die zu erwartenden Schallemissionen überprüft.

Grundlage hierfür ist die „Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm“ (TA-Lärm). Darin sind konkrete Vorgaben für Geräuschpegel festgelegt, die in Wohn-, Misch- oder Gewerbegebieten nicht überschritten werden dürfen. Nach ihnen richtet sich der Abstand zur nächsten Wohnbebauung. Für eine Genehmigung ist die Einhaltung dieser Werte durch ein Gutachten nachzuweisen.

Grundsätzlich produzieren moderne Windenergieanlagen weit weniger Lärm als ihre Vorgänger aus der Pionierzeit der Windenergie; sie sind besser schallgedämmt und besitzen schalltechnisch optimierte Rotorblattformen. In wenigen Hundert Metern Entfernung ist der schwirrende Klang des Rotors akustisch kaum noch wahrzunehmen. Zudem überlagern Umgebungsgeräusche – rauschende Bäume und Büsche, Straßenlärm und andere Alltagsgeräusche – die Geräuschentwicklung von Windenergieanlagen erheblich. Besucher von Windparks sind häufig überrascht, wie leise die Anlagen wirklich sind. Hierzu ein Vergleich: Befindet man sich mit 200 Metern Abstand neben einer modernen Windenergieanlage, beträgt die ausgehende Schallbelastung ca. 45 dB(A). In einem fahrenden Auto ist man bei 100 km/h hingegen 100 dB(A) ausgesetzt.


(Quelle: BWE 2012)

 

Leistung einer Windenergieanlage

Moderne Windturbinen arbeiten mit mäßigen Drehzahlen und dabei äußerst effektiv. Neueste Anlagen haben eine Spitzenleistung von rund 6 MW und mehr.

Die Lernkurve der Windenergie ist erstaunlich: In den Neunzigerjahren hatte eine typische Windenergieanlage eine Nabenhöhe von max. 50 Meter und ihre Leistung lag bei rund 250 Kilowatt.

In den letzten Jahren wurden Anlagen installiert, die dreimal so hoch waren und das Zehnfache - zwischen 2 und 3 MW - an Leistung erbringen konnten.

Eine einzige 5-MW-Anlage produziert je nach Standort ungefähr 15 Millionen Kilowattstunden Strom im Jahr. Damit kann sie pro Jahr ca. 4.500 Haushalte versorgen oder in 20 Betriebsjahren umgerechnet mehr als 220.000 Tonnen Kohlendioxid aus Braunkohlekraftwerken ersetzen. Die größten Windturbinen haben mittlerweile Nennleistungen von bis zu 7,5 Megawattt. Sie produzieren jährlich bis zu 20 Millionen Kilowattstunden Strom. Somit kann ein Windpark bereits heute eine ganze Kleinstadt mit Strom versorgen.

Ende 2012 gab es deutschlandweit 23.040 Windenergieanlagen, die zusammen auf eine installierte Gesamtleistung von 31,33 GW kommen. Die Betriebszeit einer Windenergieanlage liegt zwischen 7.000 und 8.000 Stunden im Jahr. Auf die 8.760 Gesamtstunden eines Jahres bezogen, entspricht dies einer durchschnittlichen Laufzeit bzw. Auslastung von circa 85 Prozent. Allerdings drehen sich die Rotoren nicht immer mit maximaler Leistung (= Nennleistung). Die Windstromproduktion beginnt schon bei circa 2,5 Metern Windgeschwindigkeit je Sekunde und wird dank modernster Regeltechnik erst bei starkem Sturm langsam und netzverträglich herab geregelt. Auch bei wenig Wind wir also Strom in das örtliche Netz eingespeist.

(Quelle: BWE 2012)

 

Genehmigung von Windenergieanlagen

Windenergieanlagen wachsen nicht willkürlich aus dem Boden. Die Genehmigungsverfahren und deren Umfang sind abhängig von der Anzahl der zu errichtenden Windenergieanlagen. Kommunen und die Träger der Regionalplanung können die Genehmigung von Anlagen durch die Ausweisung geeigneter Flächen, sogenannter Vorrangflächen oder Eignungsgebiete, in Regionalplänen, Flächennutzungs- und Bebauungsplänen räumlich steuern. Zudem existieren reine Ausschlussgebiete, Naturschutzgebiete oder Gebiete von besonderer kultureller und historischer Wertigkeit, in denen keine Anlagen aufgestellt und betrieben werden dürfen. Bereits zu Beginn der Planungsphase werden die "Träger öffentlicher Belange" (Behörden, kommunale Verbände und Vereine) aktiv ins Planungsverfahren eingebunden.

Die Ausweisung einer Windkonzentrationszone allein berechtigt noch nicht zum Bau von Windenergieanlagen. Die Errichtung einer Anlage muss immissionsschutzrechtlich genehmigt werden. Moderne Anlagen mit einer Gesamthöhe von mehr als 50 Metern werden einer anspruchsvollen Prüfung nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) unterzogen.
Dabei werden die örtlichen Bedingungen wie Wohnbebauung, Landschaft und Tierwelt untersucht und berücksichtigt. Die Einhaltung notwendiger Abstände zum Schutz vor zum Beispiel Schallemissionen (Lärm) und Schattenwurf ist ebenfalls fester Bestandteil der Prüfung. Erforderliche Genehmigungen nach dem BlmSchG enthalten in der Regel unter anderem Auflagen zu Ausgleichsmaßnahmen für die Beeinträchtigung von Artenschutz, Natur und Landschaft. Danach hat der Windparkbetreiber mit der Durchführung der Baumaßnahme eine Ausgleichszahlung oder Maßnahmen wie beispielsweise die Bereitstellung von Naturschutzflächen nach dem jeweiligen Landesnaturschutzgesetz durchzuführen.
Darüber entscheiden in Nordrhein-Westfalen seit 2008 die unteren Immissionsschutzbehörden, die bei den Kreisen und kreisfreien Städten angegliedert sind.

Im Genehmigungsverfahren wird kurz gesagt sichergestellt, dass von einer Windenergieanlage keine schädlichen Einwirkungen verursacht werden.

Schattenwurf und Diskoeffekt von Windenergieanlagen

Abhängig von Wetterbedingungen, Windrichtung, Sonnenstand und Betrieb kann eine Windenergieanlage mit ihren rotierenden Flügeln einen bewegten Schatten werfen. Bei den Berechnungen des Schattenwurfs wird unterschieden zwischen der theoretisch maximal möglichen Einwirkzeit – wobei stets Sonnenschein, eine ungünstige Windrichtung und ein drehender Rotor vorausgesetzt werden – und der realen Einwirkzeit unter örtlich normalen Wetterbedingungen. Die Schattenwürfe der Rotorblätter können für Betroffene unangenehm sein, wenn diese zum Beispiel ständig auf die Fenster eines Wohnhauses treffen.

Um Anwohner zu schützen wurde dieser Aspekt gesetzlich geregelt. Die Schattenwurfdauer ist gesetzlich geregelt und darf nach Windenergieerlass 30 Minuten täglich und 30 Stunden im Jahr nicht überschreiten. In Grenzfällen ist im Genehmigungsverfahren durch Gutachten nachzuweisen, dass keine unzulässigen Schattenbelästigungen auftreten. Bei Überschreitungen ist die Windenergieanlagen mit einem speziellen Sensor auszustatten und durch eine Abschaltautomatik anzuhalten. Allerdings stehen in der Regel im „Schattenbereich“ von Windparks keine Wohngebäude.
(Quelle: BWE 2012)

Diskoeffekt

Im Gegensatz zum Schattenwurf spielt der sogenannte „Diskoeffekt“ – Lichtreflexe an den Rotorblättern – heute keine Rolle mehr, denn schon lange werden die Rotorflächen mit matten, nicht reflektierenden Farben gestrichen.

Rückbau von Windenergieanlagen

Die gewöhnliche Betriebsdauer von Windenergieanlagen ist ausgelegt auf 20 Jahre, kann jedoch bei Vorlage eines Standsicherheitsnachweises auch verlängert werden. Ihrem Bau und der Inbetriebnahme geht ein mehrstufiges Genehmigungsverfahren voraus, das gemäß Baugesetzbuch auch die Verpflichtung beinhaltet, die Anlagen nach Betriebsende vollständig zurückzubauen und den Standort wieder in den ursprünglichen Zustand zu versetzen. Als Sicherheitsleistung trägt der Betreiber zumeist eine Baulast ein oder stellt eine Rückbaubürgschaft gegenüber dem Grundstückseigentümer in Form einer Bankbürgschaft zur Verfügung. Nach endgültiger Stilllegung einer Windenergieanlage bleiben somit keinesfalls Bauruinen oder eine zerstörte Landschaft zurück.

Die Bestandteile der Anlagen können fast vollständig recycelt werden. Dabei fallen vor allem Stahl und Beton an. Hinzu kommen glasfaser- und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sowie in geringem Maße auch Kupfer oder Aluminium. Die Stahlsegmente des Turms werden in Stahlwerken wieder aufbereitet. Der Beton des Fundaments und des Turms kann wiederaufbereitet im Straßenbau genutzt werden. Die Rotorblätter werden in zum Teil spezialisierten Recyclinghöfen zerkleinert. Die Glasfaseranteile werden als Ersatzbrennstoff in der Zementindustrie verbraucht. Wenn Windenergieanlagen vor ihrer maximalen technischen Nutzungsdauer abgebaut und durch neue, leistungsstärkere Anlage ersetzt werden, können sie weitervermarktet und an anderer Stelle, zum Beispiel im Ausland, wieder aufgebaut werden.

Kurz gesagt: Nach dem Abbau einer Windenergieanlage können je nach Anlagentyp 80-90 Prozent aller Teile recycelt werden, also in anderer Form wiederverwertet werden.


(Quelle: Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie 2013)

 

Wie groß ist der Schattenwurf der Windenergieanlage?

Die Windenergieanlage verursacht durch ihre Rotordrehung einen periodisch auftretenden, beweglichen Schattenwurf, der als Immission gemäß §3 Abs. 2 BImSchG zu werten ist. Der Schattenwurf ist abhängig vom Sonnenstand, den Wetterbedingung und der Stellung des Rotors (und damit der Windrichtung). Die Windenergieanlage wird außer Betrieb gesetzt, wenn das reale jährliche (8 Stunden pro Jahr) oder tägliche Schattenkontingent (30 Minuten pro Tag) je Immissionspunkt ausgeschöpft ist.