Technik und ­Innovationen für Windenergie

Mit innovativer Technik Windenergie weiter voranbringen

Windenergieanlagen (WEA) haben einen vergleichsweise geringen Flächenbedarf. Durch die stetige Weiterentwicklung der Anlagentechnik und -effizienz lassen sich Mensch und Natur schützen und die Akzeptanz für diese Energieform steigern.

Funktionsweise von Windenergieanlagen

Windenergieanlagen wandeln die Bewegungsenergie des Windes über ihre Rotorblätter und einen Generator in elektrisch nutzbare Energie um. Dabei wird, wie bei einem Flugzeugflügel, das Prinzip des Auftriebs genutzt, durch das sich die Rotorblätter bewegen und so den Generator antreiben. Die Drehrichtung ist – mit Blick in Windrichtung – im Uhrzeigersinn. 

 

Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Dieser liegt für WEA bei theoretisch maximal 59 Prozent und in der Praxis bei 45 bis 50 Prozent.  

 

Die energetische Amortisationszeit, d.h. die Zeit, die eine Anlage laufen muss, um die für ihre Produktion benötigte Energie zu erzeugen, beträgt 2,5 bis 3,2 Monate, bei einer durchschnittlichen Laufzeit von 20 bis 25 Jahren laut Herstellerangaben. Die tatsächliche Laufzeit der in Deutschland im Jahr 2022 zurückgebauten Anlagen betrug durchschnittlich 21 Jahre.   

 

Bauteile von Windenergieanlagen

Eine Windenergieanlage lässt sich grob unterteilen in Fundament, Turm, Gondel und Rotor. Das Fundament sorgt dafür, dass die WEA sicher steht und die Kräfte, die auf Turm und Rotor wirken, in den Boden abgeleitet werden. Der Turm ist ein hohler Zylinder, der entweder aus Stahlbeton oder aus Stahl – heute am weitesten verbreitet – gebaut wird. Die Höhe des Turms und der Durchmesser des Rotors, der üblicherweise aus drei Flügeln besteht, sind abhängig von der Leistung der Anlage und den vorliegenden Windbedingungen. Die Gondel, auch Maschinenhaus genannt, verbindet Turm und Rotor miteinander und beinhaltet unter anderem den Generator, Bremsen und Steuerungselektronik. 

Aufbau einer Windenergieanlage

Entwicklung von Windenergieanlagen

In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Windenergieanlagen erhebliche Fortschritte erzielt. So werden die Anlagen nicht nur größer, sondern auch gleichzeitig wesentlich effizienter und leistungsstärker. Heute genehmigte Windenergieanlagen in NRW erreichen bereits eine Leistung von 5 Megawatt und haben eine Volllaststundenzahl von 2.500 und mehr. So viele Stunden laufen sie also durchschnittlich auf voller Leistung und erzeugen damit jeweils etwa 12,5 Millionen Kilowattstunden pro Jahr – genug, um bilanziell 3.500 Drei-Personen-Haushalte zu versorgen. 

Entwicklung der Windenergieanlagen in NRW - Durchschnittliche Kennzahlen bei Inbetriebnahme

Repowering

Unter dem Begriff Repowering versteht man den Rückbau von Altanlagen und die simultane Errichtung von neuen, leistungsstärkeren WEA. Bilanziell werden dabei mehrere kleinere Anlagen durch weniger, aber größere Anlagen ersetzt. Derzeit zurückgebaute Windenergieanlagen haben in Deutschland durchschnittlich eine Lebensdauer von 21 Jahren. Das Repowering der Anlagen kann sich lohnen, da sich Effizienz und Stromertrag von Neuanlagen in den letzten Jahren stetig verbessert haben. 

Repowering - Weniger Anlagen und mehr Leistung

Rückbau und Recycling von Windenergieanlagen

Über einen Zeitraum von 20 Jahren erhalten WEA üblicherweise eine Vergütung für den eingespeisten Strom über das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Nach dem Vergütungszeitraum stellt sich die Frage, ob die Anlage technisch weiterbetrieben werden kann und eine alternative Vergütung wirtschaftlich tragbar wäre. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Altanlage fachgerecht zurückgebaut. Dabei können 81 bis 90 Prozent der Komponenten recycelt bzw. weiterverwendet werden. Im Bereich der schwer recycelbaren Rotorblätter besteht weiterhin Forschungsbedarf – diese werden zum aktuellen Zeitpunkt thermisch verwertet und bei der Zementherstellung als Zuschlagstoff eingesetzt. Ebenso bestehen bei den verbauten Seltenen Erden noch Herausforderungen beim Recycling. 

Kleinwindenergie

Als Kleinwindenergieanlagen (KWEA) gelten Anlagen mit einer maximalen Gesamthöhe von 50 Metern. Bei einer Installation einer KWEA ist kein komplexes Genehmigungsverfahren nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) notwendig. Dennoch benötigen die Anlagen zum Schutz von Natur und Mensch in den meisten Fällen eine Baugenehmigung. Interessant und rentabel sind sie vor allem für landwirtschaftliche Betriebe, Kläranlagen und Gewerbegebiete, die den erzeugten Strom zum Großteil selbst verbrauchen können. Um eine KWEA wirtschaftlich betreiben zu können, müssen mehrere Voraussetzungen vorhanden sein. Neben einem idealen Standort und einem hohen Eigenverbrauch wird vor allem eine weitreichende Planung benötigt. 

 

Vorplanungskosten können durch eine Förderung von progres.nrw für Unternehmen, kommunale Einrichtungen und Forschungseinrichtungen unterstützt werden. 

Höhenwindenergie

In den letzten Jahren wurde vermehrt daran geforscht, die Windgeschwindigkeiten und damit auch die Energiepotenziale in größerer Höhe zu nutzen. Sogenannte Höhenwindenergieanlagen (HWEA) generieren Strom mithilfe eines Flugdrachen oder eines Flugkörpers mit Rotoren, die meist über eine Seilkonstruktion mit dem Boden verbunden sind. Auch wenn sich diese Projekte großteils im Forschungs- oder Pilotstatus befinden, können sie aufgrund des geringeren Flächenbedarfs am Boden und der hohen Grundlast langfristig eine sinnvolle Ergänzung zu herkömmlichen Windenergieanlagen darstellen.

 

Der europäische Verband Airborne Wind Energy vereint verschiedene Höhenwind-Technologieansätze aus Europa. 

 

Bedarfsgerechte Nachtkennzeichnung von Windkraftanlagen

Windenergieanlagen sind ab einer Höhe von 100 Metern mit einer sogenannten Befeuerung – einem rot blinkenden Licht – ausgestattet. Diese Kennzeichnung als Luftfahrthindernis ist notwendig, damit die Anlagen jederzeit von Flugobjekten gesehen werden können und somit einen sicheren Flugverkehr ermöglichen.  

 

Da eine dauerhafte Befeuerung der Anlagen bei Anwohner:innen als störend empfunden werden kann, hat der Gesetzgeber eine verpflichtende „Bedarfsgerechte Nachtkennzeichnung“ (BNK) eingeführt. Über technische Systeme wird die Befeuerung nur dann eingeschaltet, wenn sich tatsächlich Flugobjekte in der Nähe der Anlagen befinden.  

Detektionssysteme für den Artenschutz

Windenergieanlagen können eine Gefahr für windsensible Vogel- und Fledermausarten darstellen. Bereits in der Planungsphase werden daher umfassende Untersuchungen der Standorte durchgeführt, um das Gefahrenpotenzial auf ein Minimum zu beschränken. In einzelnen Fällen kann auch eine pauschale Abschaltung der Windenergieanlage in festgelegten Zeiten notwendig sein. Das ist beispielsweise während der Brutzeit von Vögeln oder in Dämmerungsstunden bei Fledermäusen üblich.  

 

Da WEA während dieser pauschalen Abschaltzeiten so auch zu Zeiten stillstehen können, in denen keine konkrete Gefahr für Tiere ausgeht, wird seit längerem an Detektionssystemen geforscht. Diese können über Radar- oder Kameratechnologien Vögel in der nahen Umgebung detektieren und die WEA dann bedarfsgerecht abschalten. 

 

Das Kompetenzzentrum Naturschutz und Energiewende hat umfangreiche Unterlagen und Informationen zu Detektionssystemen erarbeitet.  

Tools

NRW.Energy4Climate unterstützt Maßnahmen zur Umsetzung von Klimaschutz und Energiewende mit Online-Rechnern und -Tools zu unterschiedlichen Fachthemen.

BRANCHENFÜHRER
Die gesamte erneuerbare Energiewirtschaft aus Nordrhein-Westfalen in einem Firmenverzeichnis.
FÖRDER.NAVI
Finden Sie die für Ihr Vorhaben passenden Förderprogramme von Bund und Land.

Auf diesen Seiten erfahren Sie mehr

Sie wollen mehr über Flächen für Windkraftanlagen erfahren? Dann klicken Sie hier.

Sie wollen mehr über Akzeptanz und Beteiligung bei Windkraftanlagen erfahren? Dann klicken Sie hier.

Sie wollen mehr über Genehmigungen von Windkraftanlagen erfahren? Dann klicken Sie hier.

Sie wollen mehr über Repowering erfahren? Dann finden Sie hier Praxisbeispiele.

Ihr Kontakt

Jonathan Andraczek

Referent Windenergie

E-Mail senden

Kirsten Kleis

Referentin Windenergie

E-Mail senden
Portrait des Projektmanagers für Energiewirtschaft Tobias Scholz vor einer großen Glasfront im industriellen Design.

Tobias Scholz

Referent Windenergie

E-Mail senden