Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

68 3 Technologien und nachhaltige Potenziale
Ausschnittsvergrößerung Europa
3.2.5.2
Technik / Konversion
Windkraftanlagen wandeln die kinetische Energie
bewegter Luft in mechanische Rotationsenergie und
anschließend in Elektrizität um. Dem Wind kann
dabei maximal knapp 60% seiner Leistung entzogen
werden (Dwinnell, 1949).
Der weltweite Markt für Windenergieanlagen
gliedert sich derzeit in zwei grundlegend verschiedene
Einsatzgebiete: Während in Asien sehr kleine,
dezentrale Anlagen als Batterieladestationen zehntausendfach
verbreitet sind, kommt der Windenergie
unter quantitativen energiewirtschaftlichen Gesichtspunkten
insbesondere auf dem Gebiet der
netzgebundenen Großturbinen globale Bedeutung
zu.
Im Gegensatz zu traditionellen Windmühlen, die
nach dem Widerstandsprinzip arbeiten, nutzen
moderne Rotoren das vom Flugzeugflügel bekannte
Auftriebsprinzip. Neben dem Rotor bestehen die
Großanlagen im Wesentlichen aus Generator und
Turm.Von den verschiedenen Ausführungen hat sich
mittlerweile der auf einem Stahlrohrturm montierte,
horizontal gelagerte Dreiflügler durchgesetzt. In der
Regel ist ein mechanisches Getriebe zwischen
Windenergie
Wandlungspotenzial [W/m 2 ]
0 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5
Abbildung 3.2-2
Globale Verteilung des Wandlungspotenzials der Windenergie auf Landflächen und Offshore bis zu einer Tiefenlinie von 40 m.
Das Wandlungspotenzial ist aus dem theoretischen Potenzial abgeleitet und berücksichtigt den prognostizierten Jahreswirkungsgrad
eines Multimegawatt-Windenergiekonverters im Jahr 2050 (vgl. Kasten 3.1-1). Ökonomische und Flächenrestriktionen
sind in der Darstellung nicht berücksichtigt. Die Auflösung der Berechnung beträgt 0,5*0,5°, entsprechend etwa
50*50 km.
Quelle: Kronshage und Trieb, 2002
Rotorachse und Generator erforderlich, um die
Drehzahl des Rotors an die erforderliche Generatordrehzahl
anzupassen. Mittlerweile hat sich jedoch
auch eine getriebelose Generatortechnik am Markt
etabliert. Die Nennleistungen der netzgebundenen
Anlagen sind in den letzten 30 Jahren von typischerweise
30 kW auf mittlerweile bis zu 3 MW angestiegen,
5 MW sind für Offshore-Anwendungen projektiert.
Aufgrund fluktuierender Windgeschwindigkeit
liegt die mittlere jährliche Leistung der Windturbinen
nur bei 20–25% der Nennleistung (Offshore
über 30%): Allgemein gilt, dass die in Wind enthaltene
Leistung der dritten Potenz der Luftgeschwindigkeit
proportional ist. Moderne Anlagen beginnen
etwa ab 3 m pro Sekunde Windgeschwindigkeit mit
der Energieproduktion. Ab etwa 25 m pro Sekunde
werden die Anlagen abgeregelt, um Schäden zu vermeiden.
Da die mittlere Windgeschwindigkeit in
Rotorhöhe eine wichtige Kenngröße für den Ertrag
von Windkraftanlagen ist, hat sie wesentlichen Einfluss
auf die Stromgestehungskosten. Diese liegen
heute unter Berücksichtigung der Betriebs- und Wartungskosten
an geeigneten Standorten in Deutschland
zwischen 5,5 und 13 €-Cent pro kWh (BMU,
2002b).