Wind geht wie die meisten anderen regenerativen Energien auf die Sonneneinstrahlung zurück. Die Sonne erwärmt Land und Meer sowie die darüber liegenden Luftschichten stark. Diese Erwärmung führt zur Ausdehnung der Luft und damit zu unterschiedlicher Luftdichte und unterschiedlichem Luftdruck. Zwischen den unterschiedlichen Zonen entsteht Wind als Ausgleichsströmung, dessen Strömung noch von der Erdrotation und andere Faktoren beeinflusst wird.
Windkraftwerke nutzen die Bewegungsenergie des Windes, der einen Rotor in Bewegung setzt. 

Geschichte der Windkraftnutzung

Die mittelalterliche Windmühle stellte im vorindustriellen Europa, neben den Wassermühlen, die wichtigste Antriebsmaschine dar. Sie diente vor allem der Müllerei, dem Sägewerk und dem Transport des Wassers. Bis Mitte des letzten Jahrhunderts wuchs die Bedeutung der Windmühle als wirtschaftliche Einrichtung. Zu diesem Zeitpunkt drehten sich ungefähr 200.000 Windmühlen. Mit der Erfindung und Einsatz der Dampfmaschine begann das "Absterben" der Windmühlen.

Nach langen und mitunter schwierigen Auseinandersetzungen trat am 01.01.1991 eine Novellierung der Bundestarifordnung "über die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien in das öffentliche Netz" in Kraft. Demnach beträgt die Vergütung für regenerativ erzeugten Strom 90% des Durchschnittserlöses je Kilowattstunde aus der Stromabgabe von den EVU. Baurechtlich obliegt das Genehmigungsverfahren allerdings weiterhin den lokalen Behörden.

Nach einer eher fruchtlosen Phase der ausschließlichen Förderung von Großprojekten durch das BMFT, ging das Ministerium mit dem 250 MW-Programm auch zu einer Förderung von Kleinanlagen über. Dieses Programm konnte entweder in Form einer Investitionszulage über 60% der Investitionskosten oder als Zulage zur Einspeisevergütung in Anspruch genommen werden. Mit Hilfe dieses Programmes konnten bereits 1994 4% des schleswigholsteinischen Strombedarfes über die Windkraft abgedeckt werden.

Technische Entwicklung der Windkraft

Erst durch drei, in den 70er und 80er Jahren, einsetzende Krisen konnte eine Veränderung in der Energiewirtschaft und -politik erreicht werden: die Ölkrise, die Kernenergiekrise und die Umweltkrise. Das Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) begann Forschungen im Windkraftbereich zu fördern. Zusammen mit drei EVU, der HEW, der RWE und der Schleswag wurde 1980 ein Projekt mit dem Namen GROWIAN (Großwindanlagen) gestartet. Eine eigens gegründete GmbH konnte dann Ende Januar 1983 eine 3,0 MW-Anlage im Kaiser-Wilhelm-Koog inbetriebnehmen. Die Anlage stand jedoch 99% der Zeit still und mußte schließlich nach zahlreichen technischen Defekten 1988 abgerissen werden. GROWIAN kostete dem BMFT 87,2 Mio. DM und brachte genauso wenig Impulse für die Windenergienutzung wie Monopteros (eine einflügelige Anlage von MBB) oder die Aufwindkraftwerke im spanischen Andalusien.

In den USA unterschrieb Präsident Carter am 9.November 1978 ein Gesetzespaket, das eine Abkehr von der Förderung der Entwickler hin zu einer Förderung der Nutzer bedeutete. Der Energy Tax Act beinhaltete Abschreibungsmöglichkeiten von bis zu 25% auf Windkraftanlagen und der Public Utility Regulation Policies Act regelte die Einspeisung des erzeugten Stroms in das öffentliche Netz. In den folgenden Jahren wurden allein in Kalifornien rund 15.000 Anlagen aufgestellt. Ein Großteil davon wurde durch dänische Hersteller errichtet, die im Jahr 1983 erstmals mehr Anlagen ins Ausland exportierten als im eigenen Land, dem zweitgrößten Markt für Windkraftanlagen, aufgestellt werden konnten.

Inzwischen war es möglich Anlagen mit immer größerer Leistungsgröße zu produzieren. Vestas stellte 1990 die erste 500 kW-Anlage vor, die dann auch in Serie hergestellt werden konnte. Während es jedoch in den USA und auch in Dänemark einen Windkraftboom gab, existierten in Deutschland vor allem zwei Hindernisse für eine privatwirtschaftliche Nutzung der Windenergie.

Zugdrachen-Windantriebssysteme für die moderne Schifffahrt

Die Firma SkySails entwickelt, produziert und vertreibt Zugdrachen-Windantriebssysteme für die moderne Schifffahrt. Durch ihren Einsatz soll der Betrieb von Schiffen profitabler, sicherer, umweltfreundlicher und unabhängiger von knappen Ölreserven werden.

Das SkySails-System besteht aus einem vollautomatischen Zugdrachen-Antrieb und einer windoptimalen Routenführung. Es wird als Zusatzantrieb installiert und zur Entlastung der Hauptmaschine eingesetzt, wenn es die Windbedingungen erlauben. Nach nur fünfjährigen Entwicklungszeit wird eine Bremer Reederei ein erstes Schiff, einen Mehrzweck-Schwergutfrachter, mit dem Zugdrachen-Antriebssystem ausrüsten lassen.

aus Kaiserstühler SolarZeitung vom 16. Juni 2006

Kapazität Windenergie 2005

Stand: 2005
Ausbau, Stromerzeugung, CO2-Einsparung
Installierte Leistung Ende 2005: 18.428 Megawatt
Installierte Leistung Ende 2004: 16.629 Megawatt
Anzahl Windenergieanlagen Ende 2005: 17.574
Anzahl Windenergieanlagen Ende 2004: 16.543
Neu installierte Leistung (Zubau) 2005: 1.808
Neu installierte Leistung (Zubau) 2004: 2.037

Potenzielle Jahresenergieerzeugung für 2005: 33,8 Mrd. Kilowattstunden
Potenzieller Anteil der Windenergie  
am Nettostromverbrauch in 2005: 6,7 Prozent
Reale Einspeisung in 2005 (laut ISET): 26,3 Terawattstunden (TWh)
Realer Anteil am Nettostromverbrauch in 2005: 5,4 Prozent
Nettostromverbrauch 2005 (VDN): 484 Terawattstunden (TWh)
Potenzielle jährliche CO2-Vermeidung in 2005: ca. 31,9 Mio. Tonnen
Reale jährliche CO2-Vermeidung in 2005: ca. 24,8 Mio. Tonnen
Anteil an der CO2 Gesamtreduktions-  
verpflichtung von Deutschland: 12,8 Prozent

Umsatz, Arbeitsplätze, Kosten, Nutzen im Jahr 2004
Gesamtumsatz der Branche: ca. 7,1 Mrd. Euro
Umsatz Inland und Export: ca. 4,8 Mrd. Euro
Umsatz durch Betrieb 2004: ca. 2,3 Mrd. Euro
Exportquote: ca. 51 %
Arbeitsplätze: ca. 61.600

Für Interessierte:

Links, welche sich mit sich mit diesem Thema auseinandersetzen:

www.bundesverband-kleinwindanlagen.de

www.fesa.de

www.windenergie-technik-crome.de

www.wind-energie.de

WINDENERGIE

Windsack

Bei der Windenergie handelt es sich um die kinetische Energie der bewegten Luftmassen der Atmosphäre. Sie ist eine indirekte Form der Sonnenenergie und zählt deshalb zu den erneuerbaren Energien. Die Windenergie-Nutzung mittels Windräder ist eine seit dem Altertum bekannte Möglichkeit, um Energie aus der Umwelt zu schöpfen.

ENTSTEHUNG DER WINDENERGIE

Verteilung der Windgeschwindigkeiten

Segelschiff

Die ungleichmäßige Einstrahlung der Sonnenenergie auf die Erdoberfläche bewirkt eine unterschiedliche Erwärmung der Atmosphäre, der Wasser- und der Landmassen. Dann ist eine Seite der Erde, die Nachtseite, der Sonne abgewandt, zudem ist die solare Einstrahlung in Äquatornähe größer als an den Polen. Schon durch die hierbei entstehenden Temperatur- und damit auch Druckunterschiede, geraten die Luftmassen zwischen der Zone um den Äquator und den Polen als auch zwischen der Tag- und der Nachtseite der Erde, in Bewegung. Die Rotation der Erde trägt ebenfalls zur Verwirbelung der Luftmassen bei, und die Schiefstellung der Rotationsachse der Erde zur Ebene, die die Erdbahn durch das Umkreisen der Sonne bildet, (ekliptikale Ebene) führt zu jahreszeitlichen Luftströmungen.

Es entwickeln sich Hoch- und Tiefdruckgebiete. Da die Erde sich dreht, sind die vom Hoch- in ein Tiefdruckgebiet fließenden Luftmassen dem Einfluss der aus der Rotation resultierenden Corioliskraft ausgesetzt; sie strömen deshalb nicht geradlinig zum Ziel. Vielmehr bilden sich auf der Nord- und Südhalbkugel Wirbel mit jeweils anderer Drehrichtung. Auf der Nordhalbkugel strömen die Luftmassen (aus dem Weltall gesehen) gegen den Uhrzeigersinn in ein Tiefdruckgebiet hinein und mit dem Uhrzeigersinn aus einem Hochdruckgebiet heraus. Auf der Südhalbkugel sind die Orientierungen umgekehrt.

Zu diesen globalen Störungen kommen lokale Einflüsse hinzu, die Winde entstehen lassen. Aufgrund der verschiedenen Wärmekapazitäten von Wasser und Land erwärmt sich das Land tagsüber schneller als das Wasser, und es weht tagsüber durch die entstehenden Druckunterschiede ein Wind vom Wasser auf das Land. Nachts kühlen die Landmassen schneller ab als das Wasser, und der Effekt kehrt sich um. Zusätzlich kann sich der Wind über dem Wasser ungebremst entwickeln, so dass es besonders in Küstengebieten zu regelmäßigen und starken Winden kommt. Auch durch Bergformationen und andere lokale Ausprägungen (z. B. Städte), kann es zu Windströmungen kommen, die häufig durch Verengungen an Hindernissen (Düsen- oder Kapeffekte) verstärkt werden.

Die Stärke des Windes hängt in den unteren Luftschichten ganz wesentlich von den dort vorhandenen Landschaftselementen ab. Wasser, Wiese, Wald oder Bebauung werden als verschiedene Rauigkeiten abgebildet, die die Reibung der Luft an der Erdoberfläche beschreibt. Dieser Effekt führt zu einer Verringerung der Windgeschwindigkeit, dies in Abhängigkeit von der Höhe über dem Boden.

WINDE UND WINDSYSTEME

Weltweit gibt es viele verschiedene Winde und Windsysteme, wie zum Beispiel den Passat, Monsun, Föhn, den Mistral, die Bora oder den Scirocco.

Bei einer Betrachtung der vertikalen Unterteilung der Atmosphäre ist alleine deren untere Schicht, die Troposphäre, für eine Nutzung der Windenergie von Interesse. Von besonderer Wichtigkeit ist die Höhe, in welcher der Übergang von der Prandtl-Schicht (bis 20 m bis 60 m) zur Ekman-Schicht verläuft. Diese zwei Schichten unterscheiden sich darin, wie sich die Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit verändert. In der Ekmanschicht ist der Einfluss der Rauigkeit praktisch nicht mehr vorhanden, und so ist die Windgeschwindigkeit dort gleichmäßiger und weniger durch Turbulenzen geprägt. Aus diesem Grund sind besonders im Binnenland Windenergieanlagen mit großen Höhen besonders wirtschaftlich zu betreiben.

AUSWIRKUNGEN DES WINDES AUF DIE UMWELT

In besonderen Situationen wird die Windenergie so verstärkt, dass es zu Stürmen kommt, die in ihrer Extremform zu großen Zerstörungen an der Natur und den von Menschen geschaffenen Bauwerken führen. Oft sind auch direkt oder indirekt Menschen betroffen. Diese Naturkatastrophen treten in bestimmten Gebieten der Erde jahreszeitlich bedingt und, in Kombination mit anderen Wetterfaktoren, regelmäßig auf, kommen aber in Einzelfällen auch an anderen Orten vor.

PHYSIK DER WINDENERGIE

Windenergie ist kinetische Energie der Luftteilchen, welche sich mit der Geschwindigkeit  bewegen. Eine Kreisfläche mit Radius , die senkrecht zur Windrichtung steht, wird dabei in der Zeit  von folgender Masse  durchströmt:

Somit ergibt sich die kinetische Energie und daraus die Leistung des Windes zu:

 sowie

Hierbei ist bemerkenswert, dass die Windleistung mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zunimmt. Somit ist diese einer der bestimmenden Faktoren bei der technischen Nutzung der Windenergie.

Die Leistung des Windes, welche etwa ein Windgenerator als elektrische Leistung nutzen kann, ist erheblich geringer, weil die Geschwindigkeit in einem Windrad nicht auf „Null“ („0“) abgebremst werden kann. Diese Tatsache wird mit dem Betzschen Faktor berücksichtigt.

Dieser Betzsche Faktor ist kein Wirkungsgrad sondern ein so genannter „Erntefaktor“, da die nicht geerntete Windenergie weitgehend erhalten bleibt. Einerseits in der oben genannten Restbewegungsenergie des durch das Windrad hindurchtretenden Windes, andererseits weil der Wind dem Windrad ausweicht und dieses umströmt. Dieser Teil macht im genannten Erntemaximum ein Drittel der gesamten Windleistung aus, während der Energieverlust durch die Restenergie der durch das Windrad getretenen Luftmenge nur rund 12 % ausmacht. Insgesamt beträgt der Erntegrad somit etwa 67 von 88 %, das sind ca. 59 %.

In Windparks versucht man, die „Schattenwirkung“ eines Windrades zu mindern, indem man die Windräder im Hinblick auf die vorherrschende Windrichtung so anordnet, dass der Gesamtertrag des Windparks maximal wird. Am Erntegrad ändert dies relativ wenig im Vergleich zur Minderung des Windschattens. Bei einer Abbremsung des Windes auf 50 % beträgt die Restenergie noch 25 %, während sich die ausweichende Luftmenge auf 25 % reduziert. Der Erntegrad sinkt auf 56,25 % bei deutlich verringerter Belastung des Windrades. Bei einer Abbremsung auf  sind es immerhin noch 46,3 %.

Die im Wind enthaltene Strömungsenergie kann theoretisch zu maximal 59,3 % (genau ) entnommen werden. Der Wert, der die dem Wind entnommene Leistung ins Verhältnis mit der im Wind enthaltenen Leistung setzt, wird Betzscher Leistungsbeiwert () genannt und wurde von Albert Betz im Jahre 1926 ermittelt (siehe: Betzsches Gesetz). Anschaulich und prinzipiell ist dieser Sachverhalt auch zu erklären: Wenn der Windströmung Leistung entnommen wird, verlangsamt sich der Wind. Da jedoch der Massenstrom gleich bleiben muss, weitet sich bei einer frei angeströmten Windkraftanlage der Wind auf, da eben trotz der geringeren Geschwindigkeit hinter der Anlage die gleiche Menge Luft abtransportiert werden muss. Aus eben diesem Grund ist die komplette Umwandlung der Windenergie in Rotationsenergie mit einer Windkraftanlage nicht möglich: Dafür müssten die Luftmassen hinter der Windkraftanlage ruhen, könnten also nicht abtransportiert werden.

Statistik der Erzeugung

Häufigkeitsdichte der erzeugten Leistung aus der Windkraft

Jahres- und Tagesgang der erzeugten Leistung aus der Windkraft

Die Häufigkeitsverteilung der erzeugten Windleistung kann mit der Log-Normalverteilung gut angenähert werden. Die selbe Verteilungsart beschreibt auch die Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit. (Hinweis: Auch die erzeugte Leistung aus der Photovoltaik lässt sich mit der Log-Normalverteilung beschreiben.)

Die starke Wetterabhängigkeit der Windkraft kann aus zweiten Diagramm abgeleitet werden.

NUTZUNG DER WINDENERGIE

ANWENDUNGEN

Windmühle

Kite-Surfen

Hauptartikel zur Geschichte: Geschichte der Windenergienutzung

Die Windenergie wird seit Jahrhunderten vom Menschen für seine Zwecke genutzt. Es kam zum einen zur Nutzung des Windes zur Fortbewegung mit Segelschiffen oder Ballons, zum anderen wurde die Windenergie zur Verrichtung mechanischer Arbeit mit Hilfe von Windmühlen und Wasserpumpen genutzt.

Nach der Entdeckung der Elektrizität und der Erfindung des Generators lag auch der Gedanke der Nutzung der Windenergie zur Stromerzeugung nahe. Anfänglich wurden die Konzepte der Windmühlen nur abgewandelt und statt der Umsetzung der kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie wurde über einen Generator elektrische Energie erzeugt. Mit der Weiterentwicklung der Strömungsmechanik wurden auch die Aufbauten und Flügelformen spezialisierter, und man spricht heute von Windkraftanlagen (WKA). Seit den Ölkrisen in den 1970er Jahren wird weltweit verstärkt nach Alternativen zur Energieerzeugung geforscht und damit wurde auch die Entwicklung moderner Windkraftanlagen vorangetrieben. Der Ausdruck Windmühle ist für stromerzeugende Anlagen nicht korrekt, da sie kein Mahlwerk besitzen.

Weitere Anwendungen:

• Antrieb von Segelschiffen durch den Wind gehört, neben Zugtieren, zu den ältesten Antriebssystemen von Verkehrsmitteln für Menschen. Im Jahre 2007 soll das erste Containerschiff mit einem Lenkdrachen der Firma Skysails ausgerüstet werden. Das Windsurfen, Kitesailing und Strandsegeln beruhen auf dem gleichen Prinzip. Historisch vor der Entwicklung von Automobilen bewegten sich Menschen mit Windwagen erstmals schneller als mit „Pferdegeschwindigkeit“ über dafür geeignete Landflächen.
• Ballons
• Drachen, inklusive verschiedener Sportarten wie Kitesailing, Kite-Surfen, Kitebuggyfahren etc.
• Segelflugzeuge nutzen die Thermik, die nur indirekt mit den Windströmungen zusammenhängt.

STROMERZEUGUNG

Windenergieanlagen in Dänemark

Windenergieanlage in Luxemburg

Windenergieanlage am linken Niederrhein

Hauptartikel: Windkraftanlage, Windpark

Windenergieanlagen können in allen Klimazonen, auf See und in allen Landformen (Küste, Binnenland, Gebirge) zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Eine aktuelle Studie der renommierten Harvard-Universität kommt zu dem Schluss, dass die global erzielbare Windenergie bei weitem ausreicht, um den gesamten Weltenergiebedarf zu decken. So kann nach sehr konservativen Berechnungen bis zum 40-fachen des weltweiten gegenwärtigen Bedarfs an elektrischer Energie und bis zum 5-fachen des globalen Gesamtenergiebedarfs durch Windenergie gedeckt werden.^[1]

Aufgrund der Unstetigkeit des Windes kann die mit Windenergieanlagen gewonnene elektrische Energie nur im Verbund mit anderen Energiequellen oder in sehr kleinen Stromnetzen mit Speichern für eine kontinuierliche Energiebereitstellung genutzt werden. (Siehe auch Regelenergie) Durch Prognose der Einspeisung und Austausch in und zwischen den deutschen Übertragungsnetzen (Regelzonen) wird die schwankende Stromerzeugung im Zusammenspiel mit anderen Kraftwerken, wie die normalen Verbrauchsschwankungen, ausgeglichen. Die Verknüpfung der Regelzonen und die Gesamtreserve dauerverfügbarer Energiequellen definieren daher zukünftig den Gesamtanteil der Windenergie an der Stromerzeugung. Für Deutschland geht man laut einer Studie der DENA derzeit von 20 bis 25 % maximalem Anteil beim moderatem Ausbau der Netzinfrastruktur aus. Weitere Möglichkeiten, zukünftig die Windstrompenetration über einen solchen Wert hinaus zu erhöhen, wären:

• Verstärkung und Vermaschung des Hochspannungsübertragungsnetzes mit benachbarten Regelzonen über moderaten Ausbau hinaus
• Demand Side Management (zeitweiliges Abschalten oder verzögerter Betrieb nicht zwingend notwendiger Verbraucher)
• Energiespeicherung, zum Beispiel durch Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicherkraftwerk.

In zahlreichen, zumeist dieselgestützen Inselnetzen mit Windstromeinspeisung (Australien, Antarktis, Falklands, Bonaire), werden neben dem Demand Side Management zudem Batterien und teilweise auch Schwungradspeicher zur kurz- und mittelfristigen Netzstabilisierung und -optimierung eingesetzt, wobei relativ schlechte Wirkungsgrade aus wirtschaftlichen Gründen (Reduktion des sehr teuren Dieselstromanteils) akzeptiert werden können. Speicherung von Windstrom durch Wasserstoffelektrolyse- und Verbrennung und Schwungradspeicher wird derzeit in einem Modellprojekt auf der norwegischen Insel Utsira erprobt.

Andererseits weht der Wind aufgrund der Sonneneinstrahlung tagsüber meist stärker als nachts und passt sich somit auf natürliche Weise dem am Tag höheren Energiebedarf an. In ähnlicher Weise ist oft die Erzeugung im Winter größer als im Sommer, was ebenfalls günstig ist.

Die Höhe der vorzuhaltenden Reserveleistung (Regelenergie) hängt auch erheblich von der Vorhersagegenauigkeit des Windes, der Regelungsfähigkeit des Netzes sowie dem zeitlichen Verlauf des Stromverbrauchs ab. Eine deutliche Verminderung des Bedarfs an Regelenergie entsteht durch Kombination von Windenergieanlagen an verschiedenen Standorten, da sich die Schwankungen der dortigen Windgeschwindigkeiten teilweise gegenseitig ausmitteln. (Weitere Informationen im Artikel Windenergieanlage.)

Ältere drehzahlstarre Windenergieanlagen mit Asynchrongeneratoren haben z. T. Eigenschaften, die bei einem starken Ausbau Probleme im Netzbetrieb bereiten können; dies betrifft vor allem den sog. Blindstrom. Dem kann durch Blindstromkompensation abgeholfen werden; moderne drehzahlvariable Anlagen mit elektronischem Stromumrichter können den Blindstromanteil ohnehin nach den Anforderungen des Netzes beliebig einstellen und auch Spannungsschwankungen entgegenwirken, so dass sie sogar zur Netzstabilisierung beitragen können.

Umweltschützer argumentieren, Windenergie sei, wenn alle externen Kosten der Energieerzeugung (auch die Umweltschäden durch z. B. Schadstoffausstoß) einbezogen werden, neben der Wasserkraft eine der billigsten Energiequellen.^[2] Da die Messung externer Kosten und Nutzen jedoch nicht eindeutig möglich ist, kommen andere Studien zu anderen Ergebnissen.^[3] Moderne Windenergieanlagen besitzen eine kurze energetische Amortisationszeit von nur wenigen Monaten.^[4]

Die Wirtschaftlichkeit einer Windenergienutzung durch Windenergieanlagen hängt von den Parametern mittlere Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe, Stromverkaufspreis, Anlagen- und Infrastrukturkosten ab. In den meisten Ländern sind heute auch Standorte im Binnenland nutzbar.

STROMPREIS

Aus mehreren Studien geht hervor, dass durch die Einspeisung von Windenergie der Strompreis an der Leipziger Strombörse deutlich sinkt (Merit-Order-Effekt). Wird viel aus Windenenergie erzeugter Strom eingespeist, sinkt der Großhandelspreis an der Strombörse. Ist wenig Windenergie vorhanden, steigt der Preis an der Strombörse. Die Strompreissenkung durch Windenergie entsteht durch die gesetzliche Abnahmepflicht für produzierten Windstrom. Ist viel Strom aus Windenergie verfügbar, wird der Einsatz teurer konventioneller Kraftwerke insbesondere Gaskraftwerke („Grenzkosten-Theorie“) vermindert, was zu einem Absinken der Preise an der Strombörse führt.^[5][6][7][8] Ein weiterer Grund liegt in der Strompreisexplosion. Im 2. Quartal 2008 kostet Strom an der Leipziger Strombörse im Mittel 8,495 ct/kWh. Der Einspeistarif für Windkraft in Österreich liegt bei 7,8 ct/kWh.^[9] 2008 betrug die durchschnittliche Vergütung für Windenergie in Deutschland (nach Erneuerbare-Energien-Gesetz#Zahlen zum EEG ) 8,78 ct/kWh.

INTERNATIONAL

International gehören die USA vor Deutschland, China und Spanien zu den größten Nutzern von Windenergie zur Erzeugung von elektrischem Strom. Österreich lag Ende 2009 auf Platz 18. Dänemark verzeichnet mit etwa 20 % weltweit den größten Anteil der Windenergie an der Stromerzeugung. In einigen Regionen Deutschlands und Dänemarks liegt der Anteil allerdings noch wesentlich höher.^[10]

In Deutschland, Dänemark und Spanien gab es über Jahre eine durch den politischen Willen getragene gleichmäßige Entwicklung der Windenergie. Dies hat zur Entwicklung eines neuen Industriezweiges in diesen drei Ländern geführt. Deutsche Technologien (neben dänischen und spanischen Entwicklungen) wurden daher in den letzten Jahren auch verstärkt in anderen Märkten eingesetzt. Dadurch ist der Exportanteil deutscher Hersteller im Steigen begriffen.

2009 wurden 37.466 MW neu installiert, davon 13.000 MW in China, 9.922 MW in den Vereinigten Staaten, 2459 in Spanien, 1.917 MW in Deutschland und 1.271 MW in Indien.^[11] Insgesamt wurden bis Ende 2009 weltweit über 150.000 MW installiert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass durch das unterschiedliche und jährlich schwankende Windpotential die Windstromerzeugung in den verschiedenen Ländern andere Relationen haben kann, als die insgesamt installierte Leistung der Windenergieanlagen.

Die bereits eingetretenen Steigerungen der internationalen Windkrafterzeugung sind weitaus höher als z. B. noch 1998 im World Energy Outlook der IEA (Internationale Energieagentur) prognostiziert.^[12]

Weltweit installierte Nennleistung 1996–2008, Quelle: Global Wind Energy Council

Installierte Nennleistung international per 31. Dezember 2006

DEUTSCHLAND

Installierte Nennleistung:

Weitere Statistiken: Windenergieanlagenhersteller und Windenergieanlage (WEA)

Statistik Windenergie Deutschland

Statistik Windenergie Deutschland, Europa und weltweit (1995-2002) (Quelle: VGB und Global Wind Energy Council)

Statistik Windenergie Deutschland, Europäische Union und weltweit (2000-2008) (Quelle: Global Wind Energy Council)

Windkraftanlagen in Deutschland

Der Verlauf der installierten Leistung an Windenergie in einer Region folgt der logistischen Funktion.

Da das jährliche Windaufkommen schwankt, wird von der Windindustrie ein sogenannter potenzieller Jahresenergieertrag aus Windenergieanlagen angegeben. Diese Zahl lässt sich nicht ohne weiteres mit der gemessenen eingespeisten Energiemenge vergleichen. Auf dieser Basis werden vom Deutschen Windenergie-Institut DEWI auf ein durchschnittliches Windjahr bezogene Windenergieanteile nach Bundesländern berechnet:

Durchschnittliche installierte Leistung pro Windrad: 1,23 MW
^[15]

ANTEIL DER WINDENERGIE AN DER STROMERZEUGUNG

2007 wurden in Deutschland real 39.500 GWh Strom aus Windenergie produziert, was etwa 6,4 % des Bruttostromverbrauchs im Jahr 2007 entsprach. Damit ist Windenergie vor der Wasserkraft (2007: 3,4%, 20.700 GWh bei 4.700 MW installierter Leistung) ^[16] die bedeutendste erneuerbare Energiequelle in der Stromerzeugung.

Das Bundesland Schleswig-Holstein plant ab 2020 den gesamten Stromverbrauch seiner Einwohner durch Windenergie zu decken.^[17]

ANTEIL DER WINDENERGIE AM PRIMÄRENERGIEVERBRAUCH

Zur Erfüllung des Kyoto-Protokolls ist der Anteil der regenerativen Energie am Gesamtenergieverbrauch eine wichtige Größe. Hier beträgt der Anteil der Windenergie am Primärenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2007 1,0% nach der Wirkungsgradmethode, bzw. 2,6% nach der Substitutionsmethode.^[16]

Bei der Anwendung der Wirkungsgradmethode wird einem Energieträger, dem kein Heizwert zugeordnet werden kann (u. a. Windenergie, Wasserkraft, Solarenergie) direkt die erzeugte elektrische Energiemenge zugeordnet. Dieses Verfahren hat zur Folge, dass z. B. der durch Kernenergie produzierten Strommenge eine 3,2-fach höhere Menge Primärenergie gegenüber steht, die in Form von Wärme nicht genutzt wird.

ÖSTERREICH

In Österreich sind Ende 2006 607 Windenergieanlagen mit einer Leistung von 964,52 MW am Netz. Dies entspricht in etwa dem Verbrauch von 550.000 Durchschnittshaushalten (17,5 % aller österreichischen Haushalte). Das Regelarbeitsvermögen beträgt 1,93 Mrd. kWh.

Die Schwerpunkte der österreichischen Windenergienutzung liegen in Niederösterreich und im Burgenland. In der Steiermark wurde 2002 in Oberzeiring der weltweit höchste Windpark auf 1900 m Seehöhe errichtet. Er umfasst derzeit 13 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 23 MW.

Siehe auch: Liste der Windkraftwerke

Zur Windenergie in Österreich siehe igwindkraft.at.

FRANKREICH

VEREINIGTE STAATEN

In den Vereinigten Staaten verläuft nach jahrelanger Zurückhaltung der Ausbau der Windkraft-Nutzung umso radikaler im Vergleich zu Staaten wie Deutschland oder Dänemark.

2007 hat die Windkraftindustrie in den Vereinigten Staaten mehr als 5200 MW installiert und mit diesem neuen Weltrekord ein Wachstum von 45 % gegenüber dem Vorjahr 2006 hingelegt. 2007 stammten in den Vereinigten Staaten bereits 30 % der gesamten neu installierten elektrischen Kapazität aus Windkraftanlagen.^[20]

POLITISCHE UND WIRTSCHAFTLICHE ASPEKTE HEUTIGER NUTZUNG

Windparklandschaft in Mecklenburg

Vor allem in Deutschland, bedingt durch Art und Umfang der Förderung, ist die Energieerzeugung aus Windenergie ein stark umstrittenes und häufig auch ideologisch diskutiertes Thema.

ZUKUNFTSSICHERHEIT

Umweltschützer betonen, dass diese Energieform besonders zukunftssicher sei, da Wind, im Gegensatz zu Kohle oder Erdöl, eine erneuerbare Ressource ist und somit dauerhaft zur Verfügung steht. Zudem sei die Nutzung der Windenergie besonders luft- und klimaschonend, da während des Anlagenbetriebs im Gegensatz zu fossilen Energieträgern keine Gift- und Schadstoffe, wie Schwefeldioxid oder Stickoxide, und keine direkten Kohlendioxidemissionen, die zur Klimaerwärmung beitragen, entstehen. Ein weiteres Argument der Befürworter ist die weltweite Verfügbarkeit von Wind. Von einer Förderung der Windenergie versprechen sie sich mehr Gerechtigkeit, da auf diese Weise auch Staaten ohne Rohstoffvorkommen Autarkie in der Energieversorgung erreichen könnten. Zudem bestehen bei der Windenergie keine Risiken von großen oder extrem großen Umweltschädigungen wie bei der Kernenergie.

FÖRDERUNG DER WINDENERGIENUTZUNG

Windpark

Bei modernen Windenergieanlagen handelt es sich um eine sehr junge Technologie. Die Verbesserungspotentiale werden erst durch die industrielle Forschung und Fertigung erschlossen. Die dadurch momentan noch entstehenden Zusatzkosten schlagen sich in den Anlagenpreisen nieder. Bezogen auf die erzielbaren Einnahmen durch Verkauf des erzeugten Stroms, benötigt eine Windenergieanlage deshalb relativ hohe Investitionen. Zwar sind die reinen Investitionskosten pro Kilowatt installierter Leistung bei Windenergieanlagen mit denen bei Kohlekraftwerken vergleichbar und liegen bei etwa 800 € (Das 2008 zu bauen begonnene 750-Megawatt-Kohlekraftwerk Trianel kostet 1,4 Milliarden Euro und damit 1867 Euro pro Kilowatt.^[21]), allerdings erzeugen Windkraftanlagen pro Jahr daraus wesentlich weniger Strom, so dass selbst unter der Beachtung der für das Kohlekraftwerk nötigen Betriebskosten, dieses den Strom preisgünstiger anbieten kann. Um trotzdem die erwünschten Investitionen in Windenergie zu erleichtern, wird diese in vielen Ländern unabhängig von politischer Ausrichtung gefördert, beispielsweise durch Steuergutschriften (PTC in den USA), Quoten- oder Ausschreibungsmodelle (z. B. Großbritannien, Italien) oder Mindestpreissysteme (z. B. Deutschland, Spanien, Österreich, Frankreich, Portugal, Griechenland). Das Mindestpreissystem verbreitet sich immer mehr, insbesondere weil es mehr installierte Leistung erzielt.

Ganz entscheidend für den Boom der Windenergie in der Bundesrepublik Deutschland war das Stromeinspeisungsgesetz von 1991, das die Stromnetzbetreiber und damit auch die Endverbraucher zur Abnahme des erzeugten Stroms verpflichtete. Diese Förderung des Technologieeinstiegs in erneuerbare Energien wurde von der seit 1998 bestehenden rot-grünen Bundesregierung im Jahr 2000 im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) mit Einschränkungen fortgeschrieben. Das Gesetz sichert den Betreibern von Windenergieanlagen feste Vergütungen des eingespeisten Stroms (durchschnittlich knapp unter 9 Cent/kWh) zu, die derzeit also über dem durchschnittlichen Strombörsenwert des Stroms an der Strombörse (bis zu 7 Cent/kWh) liegen. Die Vergütung für den Windstrom sinkt um 2 %/Jahr (Degression) für später aufgestellte WEA: Bsp. Wenn 2006 eine WEA aufgestellt wird, erhält der Betreiber aktuell 20 Jahre lang eine gesetzlich gesicherte Vergütung von 8,35 ct/kWh. Wird dasselbe Windrad erst im nächsten Jahr errichtet, erhält er 20 Jahre lang lediglich 8,18 ct/kWh usw.

Im Jahr 2005 wurden 26,5 Mrd. kWh (2004: 25,5 Mrd. kWh,^[22]) Windstrom in das deutsche Stromnetz eingespeist. Bei konservativer Gegenrechnung mit Grundlaststrom 2005 zu 4,6 ct/kWh^[23], also einer Kostendifferenz von 4,4 zu 9 ct/kWh entstanden 2005 Mehrkosten (bei Nichtberücksichtigung externer Kosten) von 1,166 Mrd. Euro bei einem Anteil von 4,3 % am Bruttostromverbrauch. Im Vergleich zu 2004 sanken damit die Mehrkosten um rund 500 Mio. Euro, da die Durchschnittsvergütung des Windstroms sank und gleichzeitig der Preis für konventionellen Strom stark anzog.

Die Festpreisvergütung im Rahmen des EEG hat zu einem starken Ausbau der Windenergienutzung in der Bundesrepublik Deutschland geführt. Ende 2003 war rund die Hälfte der gesamten europäischen Windenergieleistung (28.700 MW) in Deutschland installiert, zehn Monate später bereits zwei Drittel. Anfang April 2004 verabschiedete der Deutsche Bundestag eine Novellierung des EEG. Diese sieht für 2004 eine um 0,1 Cent/kWh reduzierte Vergütung des Windstroms sowie eine Erhöhung der Degression der Einspeisevergütung von 1,5 % auf 2 % ohne Inflationsausgleich in den kommenden Jahren vor (1. Hälfte 2004: 8,8 ct/kWh; 2. Hälfte 2004 (nach der Novellierung): 8,7 ct/kWh; 2005: 8,53 ct/kWh; 2006: 8,35 ct/kWh; usw.). Real sinkt damit die Neuvergütung zukünftig errichteter Windenergieanlagen um jährlich 3,5 bis 4 % (bei 1,5 bis 2 % Inflation). Auf diese Weise soll der durchschnittliche Windstrompreis bis etwa 2015 den durch Kraftwerksneubauten und Brennstoffkosten steigenden Marktpreis für Strom erreichen und dann unterschreiten.

Der allgemeine Subventionsvorwurf gegen die Windenergie bezieht sich in der Regel auf die EEG-Förderung. Dass es sich bei Transfers aus dem EEG um keine Beihilfen im Sinne des EG-Vertrages handelt, wurde vom Europäischen Gerichtshof (EuGH) mit Entscheidung v. 13. März 2001 C-379/98 bestätigt^[24]. Auch der Subventionsbegriff laut § 12 des Stabilitäts- und Wachstumsgesetzes wird vom EEG nicht erfüllt. Jedoch sind die ökonomischen Wirkungen des EEG und von Subventionen vergleichbar.

Subventionen, die den Betreibern von Windenergieanlagen aktuell gewährt werden, sind:

• Auf Antrag Befreiung von der Stromsteuer für Bezugsstrom (insgesamt bundesweit weniger als 100.000 € im Jahre 2004)
• Kreditverbilligungen der KfW-Bankengruppe. Günstige Kredite für Investitionen werden z. B. auch mittelständischen Betrieben oder Privathaushalten für Gebäudesanierungen gewährt. Auch Betreiber von Windenergieanlagen können Mittel beantragen. Dies ist jedoch zeitaufwändig und die Rückzahlung unflexibel in der Tilgung, weshalb oft darauf verzichtet wird. Der Zinsvorteil dieser Kredite ist mit den Zinsen am freien Kapitalmarkt gegenzurechnen und als Subvention zu bewerten. Bei einem Zinsvorteil von 0,5 bis 1 % ergibt sich für 2003 eine Subvention der Windenergie von schätzungsweise 18,5 bis 37 Millionen Euro.

Investitionskostenzuschüsse von Bund und Ländern für die Errichtung von Windenergieanlagen werden seit Ende der Neunzigerjahre nicht mehr gewährt. Steuerlich gibt es keine Sonderregelungen für den Betrieb von Windenergieanlagen, die von anderen beweglichen Wirtschaftsgütern abweichen.

BEREITSTELLUNGSSICHERHEIT

Windenergie ist nur Teil eines Energiemix und bildet nur eine Säule der erneuerbaren Energien. Als ihr Hauptnachteil gilt die unregelmäßige, mit dem Wind schwankende Leistungsabgabe einer Anlage. Bei sehr starkem Wind kann in einigen wenigen Stunden eine Auslastung der Windanlagen in einem Windpark von bis zu 100 % der Nennleistung erreicht werden, die in ebensolcher Zeit wieder abfällt. Diese Schwankungen nivellieren sich jedoch zunehmend, sobald die Summe der eingespeisten Energie über größere Gebiete gebildet wird, und die ausgleichende Wirkung anderer erneuerbaren Energien mit ihrem gegenläufigen Angebotsverhalten einbezogen wird. Dennoch kann auch in einer ganzen Regelzone über einige Tage hinweg die produzierte Windenergie sehr hoch werden und auch bei fast Null liegen. Mit der Novellierung des Gesetzes für den Vorrang erneuerbarer Energien (EEG) zum 1. Juli 2004 sind jedoch die Regelzonenbetreiber zum sofortigen horizontalen Ausgleich der Windenergieeinspeisung verpflichtet. Wird daher die Summenleistung von rund 18.000 Windenergieanlagen im deutschen Stromnetz betrachtet, so ergibt sich eine sehr langsame Summenganglinie. Die große Mittlung aus vielen Anlagen, räumlicher Verteilung und unterschiedlichem Anlagenverhalten führt bereits in einzelnen Regelzonen dazu (Ausnahme sind extreme Wetterlagen), dass die Schwankung der Windstromeinspeisung mit Mittellastkraftwerken ausgeglichen werden kann. Teure Regelenergie (Primär- und Sekundärregelung) wird in der Regel nicht benötigt. Dies belegen zum Beispiel Untersuchungen für das im Auftrag mehrerer Stadtwerke erstellte „Regelmarkt-Gutachten“ (31. Oktober 2003, BET Aachen). Für einen marktrelevanten Zusammenhang zwischen Windstromeinspeisung und Regelenergiemenge und -preis gibt es keine Belege.

Die durchschnittliche Kurve der Einspeiseleistung von Windenergieanlagen zeigt in Westeuropa im Durchschnitt tagsüber höhere Werte als nachts und im Winter höhere als im Sommer, sie folgt somit über den Tagesverlauf wie auch jahreszeitlich dem jeweils benötigten Strombedarf. Die tatsächliche Schwankung der eingespeisten Energie muss durch ein sinnvolles Kraftwerksmanagement ausgeglichen werden. Meteorologische Prognosesysteme ermöglichen es zunehmend, die von Windparks in das Stromnetz eingespeiste Leistung im Bereich von Stunden bis zu Tagen im Voraus abzuschätzen (Windleistungsvorhersage). Bei einem Vorhersagezeitraum von 48 h bis 72 h beträgt die Genauigkeit 90 %, bei einer 6-Stunden-Vorhersage bereits mehr als 95 % und so werden zur Aufrechterhaltung eines störungsfreien Stromangebotes keine zusätzlichen teuren regelenergieliefernden Kraftwerke benötigt. Bei einem starken Ausbau der Windenergiegewinnung, wie es in der dena-Netzstudie untersucht wurde, wird der Bedarf an Regel- und Reservekapazität (Mittellastkraftwerke) zwar steigen, kann aber laut Studie ohne Neubau von Kraftwerken, nur über den bestehenden Kraftwerkspark, gedeckt werden. Allerdings führt ein Zubau von Windenergieanlagen auch nicht automatisch zu einem Abbau der dann schlechter ausgelasteten, nach Bedarf steuerbaren, Kraftwerkskapazitäten.