Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. (SFV)

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vom 03.11.2007, aktualisiert am 06.11.2007, Wolf von Fabeck:

Potential der Windenergie auf deutschen landwirtschaftlich genutzten Flächen - Weiterleitung

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Überarbeiteten Fassung vom 24.03.09

 

Untenstehend finden Sie die überholte Version


Windanlagen können nicht beliebig dicht neben- und hintereinander aufgestellt werden. Sie würden sich sonst gegenseitig den Wind "wegnehmen".

Aufstellung von Windanlagen

Eine Faustregel besagt: der Mindestabstand in Hauptwindrichtung soll dem achtfachen Rotordurchmesser entsprechen,
der Mindestabstand quer zur Hauptwindrichtung viermal dem Rotordurchmesser.
Je größer also der Rotordurchmesser, desto größer ist der Flächenbedarf. Da die Aufstellungsabstände dem Rotordurchmesser proportional sind, sind auch Aufstellungsfläche und Rotorfläche einander proportional.

Nach der Faustregel gilt für den Flächenbedarf F einer Anlage:

F = 8<i>d</i> * 4<i>d</i> = 32<i>d</i>2

wobei d den Rotordurchmesser angibt.


Auf einer großen Aufstellungsfläche A haben n Anlagen Platz.

n = A / F

(1) n = A / 32<i>d</i>2

Dabei ergibt sich auch ein Randabstand von 2 bzw. 4 Rotordurchmessern. Siehe dazu Bild 1

In Hauptwindrichtung 8 facher Rotordurchmesser, quer dazu 4 facher Rotordurchmesser

Die Gesamtleistung, die aus einer Aufstellungsfläche entnommen werden kann, ist die Summe der Einzelleistungen. Bei gutem Wind - wenn die Anlagen mit Nennleistung No arbeiten - ist sie die Summe der Nennleistungen

Nges = n * No

Mit Gleichung (1) folgt daraus

(2) Nges = No * A / 32<i>d</i>2


Die Leistung einer Windanlage wird dem Wind entnommen, also der durchströmten Rotorfläche. Bei gleicher Windgeschwindigkeit ist die erzielbare Leistung der Rotorfläche und damit der Aufstellungsfläche proportional.

Wenn es nur diese Abhängigkeit gäbe, wäre es vom Ertrag her gleichgültig, ob auf einer bestimmten Aufstellungsfläche viele kleine Windanlagen mit kleiner Nennleistung oder wenige große Windanlagen mit großer Nennleistung aufgestellt würden.

Zwei Gründe sprechen jedoch für die Wahl möglichst großer Windanlagen.

Erstens wird bei einer schematischen Aufstellung nach Bild 1 der Abstand der Windanlagen vom Rand des Windparks - d.h. von Straßen oder Ortschaften - um so größer, je größer der Rotordurchmesser ist, d.h. man braucht weniger zusätzliche Fläche für Abstandsflächen.

Zweitens: Größere Windanlagen ragen in höhere Luftschichten mit besseren Windverhältnissen hinein.

Die Volllaststundenzahl

Da wegen der Ungleichmäßigkeit des Windes die Nennleistung nicht das ganze Jahr über erbracht wird, muss man die Zeiten beachten, in denen die Windanlagen Strom erzeugen. Man gibt dazu die Volllaststunden an, einen aus tatsächlichen Betriebsergebnissen errechneten Zeitraum tv, in dem die Anlagen mit Nennleistung arbeiten müssten, um den tatsächlichen Jahresertrag zu erzielen. Das heißt jedoch nicht, dass die Anlagen nur die Zeit tv (z.B. 2500 Stunden im Jahr) laufen und die restliche Zeit stillstehen. Tatsächlich laufen die Anlagen sehr viel länger im Jahr, aber natürlich oft nicht mit ihrer vollen Leistung.

Der Gesamtertrag E der Anlagen auf der Fläche A liegt also bei

E = Nges * tv

mit Nges aus Gleichung (2) folgt

(3) E = A * tv * No / 32<i>d2</i>

Ein Anwendungsbeispiel: Windanlagen auf Landwirtschaftsflächen

Die deutsche Landwirtschaftsfläche beträgt gemäß statistischem Bundesamt

Aland = 189000 qkm

Würde man davon p Prozent mit modernen Windparks bestücken, so beträgt die Fläche

A = p * Aland/100

Die geerntete Jahresenergie beträgt dann nach Gleichung (3)

(4) E = p * Aland * tv * No / (3200 * d2)

Jetzt müssen wir einen Zahlenwert für die Vollaststunden einsetzen. Dazu folgende Überlegung:

Größere Windanlagen ragen in höhere Luftschichten hinein und dort ist die Windgeschwindigkeit höher. Deshalb kann ein Windpark mit größeren Anlagen dem Wind öfter im Jahr die Nennleistung abgewinnen, seine Volllaststundenzahl ist deshalb größer.

Zu den höchsten Windmasten zählen zur Zeit SeeBa-Gittermasten mit einer Nabenhöhe von 160 Metern, die z.B. von Fuhrländer in Waldgebieten im Binnenland eingesetzt werden.
Bild 2 Blick von einem SeeBa Mast auf ein Waldstück

Eine Verdoppelung der Nabenhöhe bringt erfahrungsgemäß (zumindest wenn man die bisherigen Baugrößen zugrunde legt) 35% bis 45% mehr Ertrag (und kostet nur 35% mehr).

Zur Ermittlung des Windkraftpotentials gehen wir nicht von 160 m, sondern nur von Anlagen mit einer geringeren Turmhöhe (125 m) aus und setzen für tv als vorsichtigen Mittelwert zwischen Küste und Alpenvorland einen Zahlenwert von 1500 Volllaststunden ein. Damit berücksichtigen wir auch windschwache Gebiete.

Wir wählen als Beispiel einen Windpark mit Enercon E-112 Anlagen

Bild 3 Windpark mit Enercon E-112

Die Anlagen haben eine Nennleistung von 6 MW, einen Rotordurchmesser von 114 Metern und eine Turmhöhe von 125 m. In Schwachwindgebieten werden die Anlagen mit größeren Flügeln ausgeliefert. Sie haben dann einen Rotordurchmesser von 128 Metern. Ihre Leistung bleibt bei 6 MW

Wir setzen in Gleichung (4)

(4) E = p * Aland * tv * No / <(3200 *d2)

folgende Zahlenwerte ein


Landwirtschaftsfläche
Aland = 189000 qkm

Volllaststunden
tv = 1500 h

Nennleistung
No = 6 MW

Rotordurchmesser
d = 128 m

Umrechnung in Mrd. kWh und Rundung ergibt


E = 32 * p
==========

Setzen wir zum Beispiel p = 30, so ergibt sich

E = 960 Mrd. kWh/a

das ist fast das Doppelte des heutigen Stromverbrauchs (520 Mrd. kWh) allein von nur 30 Prozent der deutschen Landwirtschaftsflächen.

In der folgenden Tabelle finden sich weitere Endergebnisse

Landwirtschaftsfläche 10% 20% 30% 40%
189000 qkm 320 Mrd. kWh640 Mrd. kWh 960 Mrd. kWh1280 Mrd. kWh

Nicht mitgerechnet sind dabei Windanlagen in Waldgebieten, deren Fläche in Deutschland 106488 qkm beträgt.

In Waldgebieten ergibt sich zusätzlich (nach entsprechendem Rechengang).

Waldgebiet 10% 20% 30% 40%
106488 qkm 183 Mrd. kWh366 Mrd. kWh549 Mrd. kWh 731 Mrd. kWh

Akzeptanzfragen

Die hier angegebenen Nutzungen bedeuten sowohl auf dem Acker als auch im Wald nur eine minimale Bodenversiegelung durch die Betonfundamente. Außerdem sind Wege für den Transport und die Verlegung des Netzanschlusses erforderlich.
Im wesentlichen ist die Frage, wie weit man mit dem Ausbau der Windenergie geht, nicht eine ökologische Frage, sondern eine Frage der Akzeptanz.

Politische Blindheit

Angesichts des hier dargestellten gewaltigen Potentials ist es unverständlich, dass im neuen EEG-Referentenentwurf 2009 die Kosten für den Ausbau der Windenergie im Binnenland nicht getragen werden sollen, obwohl sie sogar noch geringer sind als für den Ausbau der Offshore-Nutzung.

Bei Offshore-Anlagen geht der Referentenentwurf von den tatsächlichen Kosten des Stroms aus und ist bereit, notfalls 11 bis 15 Cent/kWh zu bezahlen - was durchaus akzeptabel ist.

Bei Windenergie im Binnenland - insbesondere in Süddeutschland - ist man dagegen nicht bereit, die tatsächlichen Kosten für die erzeugte Kilowattstunde zu bezahlen, obwohl sie geringer sind als offshore und obwohl die Stromerzeugungsanlagen in Süddeutschland näher am Verbraucher liegen.

Mit weiteren Vorurteilen gegen die Nutzung der Windenergie im Binnenland befasst sich ein Beitrag von Dr. Eberhard Waffenschmidt 12 Argumente für die Windkraft im Binnenland.




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