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Windenergieanlage

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

08.04.2021

Letztes Update

18.08.2022

 

Windenergieanlagen an Land und auf See

Inhalt des Wiki-Artikels

WEA – So funktioniert eine Windenergieanlage

Im Energiesektor steht die Abkürzung WEA für Windenergieanlage. Für die Energiewende in Deutschland ist die Windkraft von großer Bedeutung. Neben der Photovoltaik ist die Nutzung von Windkraft eine der kostengünstigsten Methoden zur Gewinnung erneuerbarer Energie. Windräder fangen die Bewegungsenergie des Windes ein und wandeln sie zunächst in mechanische Rotationsenergie um. Anschließend wird die mechanische Energie von einem Generator in elektrische Energie transformiert. Wie hoch der Stromertrag einer Windenergieanlage ausfällt, hängt von den Windgeschwindigkeiten und der Größe der Rotorfläche ab.1

 

Funktionsweise von Windkraftanlagen

Durch die unterschiedlichen Luftdruckverhältnisse nahe der Erdoberfläche entsteht Wind. Eine Windkraftanlage sammelt die Bewegungsenergie des Windes ein. Während die ersten Windenergieanlagen noch das Widerstandsprinzip zur Erzeugung von Strom nutzten, arbeiten moderne WEA mit dem Auftriebsprinzip. Bei dieser Funktionsweise werden die Flügel des Windrads durch den Auftrieb, den der an den Flügeln vorbeiströmende Wind erzeugt, in Rotation versetzt. Nach der Umwandlung der so gewonnenen mechanischen Energie in Strom durch einen Generator wird dieser ins Netz eingespeist. Windenergieanlagen werden sowohl an Land als auch offshore – vor der Küste – gebaut. Da der Wind mit zunehmender Höhe stärker und konstanter weht, bringen höhere WEA einen höheren Energieertrag als niedrigere. Zudem sorgen größere Rotorblätter für eine höhere Energieausbeute.2

 

Windenergieanlagen an Land

Im Rahmen der Energiewende ist geplant, dass erneuerbare Energieträger bis zum Jahr 2035 einen Anteil von 60 Prozent an der Stromerzeugung haben. Dies soll vor allem durch den Ausbau der Windkraft erreicht werden. Prinzipiell können WEA an Land überall außerhalb von bebauten Ortsteilen errichtet werden, insofern keine öffentlichen Belange dagegensprechen. Kommunen und Regionen ist allerdings das Recht vorbehalten, Areale für Windenergieanlagen an Land auszuweisen, denn der Bau von Windenergieanlagen stellt einen Eingriff in Natur und Landschaft dar.

Ist eine Windkraftanlage mehr als 50 Meter hoch, muss für die Errichtung eine Genehmigung nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) eingeholt werden. Ob eine Kleinwindanlage genehmigungspflichtig ist, richtet sich nach der Bauordnung des Bundeslands, in dem sie errichtet werden soll. Von modernen WEA gehen nur noch geringe Licht- und Lärmemissionen aus, durch technische Weiterentwicklungen konnten diese deutlich reduziert werden.

Der Energieertrag durch Windkraft an Land lässt sich nicht nur durch den Neubau von Windkraftanlagen, sondern auch durch das sogenannte Repowering erhöhen. Dabei werden bestehende Windparks ganz oder teils modernisiert, so dass auf gleicher Fläche mehr Leistung zur Verfügung steht.3

 

Offshore-Windkraftanlagen

Auf See herrschen hohe und konstante Windgeschwindigkeiten, die einen hohen Energieertrag durch Windkraft ermöglichen. Offshore-Windkraftanlagen nehmen deshalb eine tragende Rolle bei der Umstellung auf erneuerbare Energien im Stromsektor ein. In Nordsee und Ostsee sind bereits Dutzende Windparks in Betrieb. Ende 2019 waren in Deutschland Windenergieanlagen mit einer Leistung von 7,5 Gigawatt (GW) auf See installiert.

Bis 2030 soll die Leistung laut Plänen der Bundesregierung auf 20 GW erhöht werden. Das Klimaschutzprogramm 2030 sieht eine deutliche Anhebung des zuvor angestrebten Ausbauziels vor. Konkretisiert sind die Ziele in der Offshore-Vereinbarung, die der Bund mit den deutschen Küstenländern und den Übertragungsnetzbetreibern 50Hertz, Amprion und TenneT geschlossen hat. Das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) hat die Aufgabe, neue Standorte für Offshore-Windparks auszuweisen.

Für den Stromtransport von den WEA auf See zu den Verbrauchszentren an Land ist ein Leitungsausbau vorgesehen. Zwischen 2021 und 2030 sollen 14 neue Anbindungsleitungen entstehen. Ab 2029 soll eine neue Technologie in der Praxis zur Anwendung kommen: Erdkabel, die fast die doppelte Leistung beim Stromtransport bewältigen können. Bislang sind Leitungen im Einsatz, die elektrische Energie auf einer Spannungsebene von 320 Kilovolt (kV) transportieren. Die neuen kunststoffisolierten Gleichstromerdkabel nutzen eine Spannungsebene von 525 kV, so dass sich mit ihrem Einsatz die notwendigen Leitungen zur Anbindung von Offshore-WEA halbieren. Über aktuelle Fortschritte beim Ausbau informiert die Bundesnetzagentur. Der deutsche Windpark Hohe See gehört zu den größten Windenergieanlagen auf See weltweit. Er liegt knapp 100 Kilometer nördlich von Borkum in der Nordsee und erstreckt sich über eine Fläche von 42 Quadratkilometern. Mit 71 Turbinen kommt der Windpark auf eine Leistung von 497 Megawatt (MW).4

 

Windenergieanlagen privat installieren

Neben den großen WEA in Windparks gibt es auch kleine Windenergieanlagen, die Eigenheimbesitzer privat installieren können. Sie werden wie Photovoltaikanlagen auf dem Hausdach oder im Garten errichtet. Es ist möglich, Windkraft und Photovoltaik zu kombinieren, um den Grad der Eigenversorgung mit Strom zu steigern. Allerdings sollte immer individuell geprüft werden, welche erneuerbaren Energien am besten zum Einsatz kommen, denn die Effizienz hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab. Zudem muss die Bauordnung des jeweiligen Bundeslands beachtet werden; die Regelungen zu kleinen Windenergieanlagen weichen teils stark voneinander ab.

Für den privaten Gebrauch werden vorwiegend WEA mit einer Leistung bis zu fünf Kilowatt (kW) angeboten. Solche Mikro-Windkraftanlagen nehmen nur wenig Platz ein, für die Errichtung ist lediglich eine Fläche von wenigen Metern erforderlich. Es gibt die kleinen Windenergieanlagen mit unterschiedlichem Aufbau, die Rotorachse verläuft entweder horizontal oder vertikal. Am Markt durchgesetzt haben sich die horizontal ausgerichteten WEA, da sie bislang effizienter und zuverlässiger im Betrieb sind. Die Errichtung einer kleinen Windenergielage lohnt sich nur, wenn in Rotorhöhe ausreichend Wind weht. Deshalb sollte der vorgesehene Standort immer auf seine Eignung geprüft werden.5

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