Windenergie

Wind ist diejenige Luftbewegung, die durch großräumige Luftdruckunterschiede entsteht. Luft ist physikalisch betrachtet eine Masse und Wind somit eine bewegte Masse mit entsprechender Bewegungsenergie (kinetische Energie). Durch Windkraftanlagen wird diese Energie in Nutzenergie (in der Regel Strom) umgewandelt.

Die Windenergie ist eine der frühest genutzten Energieformen. Sei es zum Segeln oder zum Antreiben von Windmühlen - bereits seit Jahrtausenden wird die Kraft des Windes genutzt. Lediglich durch die Industrialisierung ist diese Energieform in den vergangenen 80 Jahren mehr und mehr in Vergessenheit geraten und erlebt nun eine Wiedergeburt. Back to the roots!

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Technik und Überwachung

Die Nutzung von Windenergie zur Stromerzeugung wird heute mit moderner, ausgereifter Technik realisiert. Der Betrieb erfolgt vollautomatisch. Personal ist außerhalb der halbjährigen Serviceintervalle nicht erforderlich. Via Ferndatenüberwachung ist es möglich, zentral, hunderte von Windkraftanlagen zu überwachen.

Die Instrumente sind ausreichend, um wichtige Parameter zu erfahren und ggf. manuell in den Betrieb einzugreifen. Sei es die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung, die aktuelle elektrische Leistung oder die Leistungsdaten der Vergangenheit, alles ist grundsätzlich kontrollierbar. Insbesondere kritische Parameter wie Temperaturen und Leistungen können per Fernabfrage überwacht werden.

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Windgeschwindigkeit

Der Wind ist nicht überall gleich stark, sondern vom jeweiligen Standort abhängig. Auch die Verteilung des Windes über das Jahr ist von Bedeutung. Daher wird der Wind mittels einer Weibull-Verteilung beschrieben.

Wie stark der Wind mit größerer Nabenhöhe zunimmt, ist von der Bodenrauhigkeit abhängig. Je höher die Bodenrauhigkeit, desto größer die Zunahme der Windgeschwindigkeit je zusätzlicher Höheneinheit.

Die nutzbare Windgeschwindigkeit nimmt mit der Höhe der Windkraftanlagen nicht linear, sondern exponentiell zur Bodenrauhigkeit zu. Die Windgeschwindigkeit in einer bestimmten Höhe kann anhand der Exponentialfunktion mathematisch ermittelt werden (siehe unten).

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Windqualität

Wichtig ist jedoch nicht nur die Windgeschwindigkeit und deren Häufigkeitsverteilung, sondern auch die "Qualität des Windes". Diese wird im wesentlichen durch die Turbulenzintensität beschrieben.

Je höher die Bodenrauhigkeit und um so näher Windkraftanlagen zueinander stehen, desto höher ist die Turbulenzintensität.

Zunehmende Turbulenzintensität führt zu einer höheren Verschleißerscheinung einzelner Bauteile. Die Auswirkungen der Bodenrauhigkeit können durch große Nabenhöhen und eine gute Anlagentechnik kompensiert werden.

Die Abstände der Windkraftanlagen zueinander sollten so groß gewählt werden, dass die Turbulenzeinflüsse durch Windabriss an der jeweils vorstehenden Windkraftanlage möglichst keine Auswirkungen mehr auf die nachfolgende Anlage haben. Die Höhe der Turbulenzintensität beschreibt somit auch die Qualität eines Windparks.

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Erhebungsmethoden

Die Ermittlung der Windgeschwindigkeit kann anhand verschiedener mathematischer Modelle unter Hinzuziehung von Referenzstationen berechnet werden. Die Ermittlung der standortspezifischen Windgeschwindigkeit kann auch durch Messungen anhand von Messmasten oder per Ultraschall erfasst werden.

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Rotorleistung

Für die Leistung am Rotorblatt der Windkraftanlage ist neben der Windgeschwindigkeit auch das standortabhängige spezifische Gewicht der Luft sowie die Form des Rotorblattes (Leistungsbeiwert) und der Rotordurchmesser bestimmend. Je größer der Rotordurchmesser, desto größer diejenige Fläche, mit welcher dem Wind die Energie entzogen wird. Die Windgeschwindigkeit fließt dabei kubisch in die Leistung ein. Eine Verdoppelung der Windgeschwindigkeit führt zu einer Verachtfachung der Leistung.

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Leistungskurve

Die Leistungsfähigkeit einer Windkraftanlage wird durch ihre typenspezifische Leistungskurve charakterisiert. Die Leistungskurve beschreibt, wie hoch die elektrische Leistung der Windkraftanlage bei den unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten ist. Aus der Leistungskurve und der Häufigkeitsverteilung des Windes wird die standortspezifische Jahresarbeit in Kilowattstunden (kWh) ermittelt. Die Leistungskurve beschreibt somit die energetische Leistungsfähigkeit eines bestimmten Windkraftanlagentyps. Die SEG AG lässt sich daher die Leistungskurve im Kaufvertrag vom Hersteller vertraglich zusichern.

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Technischer Stand

Inzwischen sind Windkraftanlagen technisch ausgereift. Auf dieser Erfahrung aufbauend werden ständig neue und vor allem größere Windkraftanlagentypen entwickelt. Nabenhöhen von 100 m oder mehr sind mittlerweile Standard, so dass auch Standorte im Binnenland wirtschaftlich optimal genutzt werden können. Unter Berücksichtigung des Rotordurchmessers von bereits über 90 m werden Gesamthöhen von über 150 m erreicht! Größere Windkraftanlagen drehen sich grundsätzlich langsamer als kleine und sind dadurch angenehmer zu betrachten. Der Eingriff in das Landschaftsbild, welcher im Genehmigungsverfahren berücksichtigt und durch ökologische Ausgleichsmaßnahmen kompensiert wird, erscheint geringer, wenn ein Windpark statt mit einer Vielzahl kleiner Windkraftanlagen mit einigen wenigen großen Anlagen errichtet wird.

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Emissionen

Windkraftanlagen erzeugen umweltfreundlich Energie, da keine unmittelbaren Schadstoffemissionen entstehen. Jedoch sind Emissionen durch Schall- und Schattenwurf gegeben. Häufig werden auch sogenannte Discoeffekte (Reflektionen an der Rotorblattoberfläche) diskutiert. Diese Emissionen können relativiert werden. Denn anders als Schadstoffemissionen sind sie auf einen kleinen Raum begrenzt und breiten sich nicht unkontrolliert aus. Diese Emissionen greifen bei sorgfältiger Planung nur mittelbar in den Lebensraum des Menschen ein. Grundsätzlich sind bei der Planung und beim Betrieb die durch die Verordnung TA-Lärm festgeschriebenen Schallleistungspegel einzuhalten. Schattenwurfemissionen können anhand moderner Schattenwurfsteuerungen auf null reduziert werden. Das Entstehen des Discoeffektes wird anhand neuartiger Beschichtungsmethoden verhindert.

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