Windenergie ist die Nutzung des Windes, um elektrische Energie herzustellen. Schon früher wurde aus der Bewegung von Luftströmen mechanische Energie gewonnen: Mithilfe von Windmühlen wurden Maschinen angetrieben, die Korn zu Mehl mahlten, Sägewerke antrieben oder Grundwasser an die Erdoberfläche beförderten. Moderne Windkraftanlagen nutzen im Grunde das gleiche Prinzip, sie können die Energie des Windes aber nicht nur in mechanische, sondern auch in elektrische Energie umwandeln.
Erneuerbare Windenergie gilt laut Umweltbundesamt als tragende Säule der Energiewende. Die Gründe sind eindeutig: Wind ist weltweit verfügbar, die Kosten für die Stromerzeugung sind niedrig und die Entwicklung besserer Technologien sorgt dafür, dass Windräder immer mehr elektrische Energie produzieren können. Die deutsche Bundesregierung hat das Ziel, Strom aus erneuerbaren Energien bis 2030 zu verdoppeln. Um das zu erreichen, wurde das „Wind-an-Land-Gesetz“ verabschiedet, das am 1. Februar 2023 in Kraft tritt. Es gibt verbindliche Flächenziele für Bundesländer vor. Bis Ende 2032 müssen die Länder zwei Prozent der Bundesfläche für die Windenergie ausweisen, bis 2027 sollen 1,4 Prozent der Flächen für Windenergie bereitstehen. Ein weiterer Schritt, der Deutschland dabei helfen soll, unabhängig zu werden – von Kohle, Gas, Atom und anderen Ländern.
Wie kann Windenergie erzeugt werden?
Windkraftanlagen nutzen für die Stromerzeugung das Auftriebsprinzip: Die Rotorblätter sind ähnlich gewölbt wie die Tragflächen von Flugzeugen, dadurch umströmt die Luft ihre Oberseite schneller als die Unterseite. Oberhalb des Flügels entsteht ein Unterdruck, unterhalb ein Überdruck. Diese Druckdifferenz erzeugt eine Kraft, die die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umwandelt. Diese treibt die Rotorblätter an und bringt die Nabe zum Drehen.
Elektrische Energie entsteht aber erst im nächsten Schritt: In dem Maschinenhaus des Windrades, auch Gondel genannt, ist der Rotor mit einem Generator verbunden. Dieser wandelt die mechanische Energie in Strom um. Je schneller sich die Spule im Generator dreht, desto mehr Strom kann erzeugt werden. Die elektrische Energie wird dann in das Energieversorgungsnetz eingespeist und an die Kunden verteilt.
Die Menge an erzeugtem Strom hängt von der Windgeschwindigkeit, aber auch von der Größe der Rotorblätter ab. Hohe Windräder erzeugen mehr Strom, weil die Windgeschwindigkeit oben steigt. Der Rotor eines Windrades setzt sich erst in Bewegung, wenn die Geschwindigkeit des Windes bei 2 bis 4 m/s (Meter pro Sekunde) liegt. Strom wird aber noch nicht erzeugt, das passiert erst bei einer Geschwindigkeit von rund 12 m/s, wenn das Windrad seine maximale Leistung erreicht. Bei Werten zwischen 28 und 35 m/s wird ein Windrad ausgeschaltet, um Schäden zu vermeiden.
Wie viel Strom kann ein Windrad erzeugen?
Ein modernes Windrad mit gutem Standort – etwa an der Küste oder uneingeschränkt von Bergen und Hügeln – kann jährlich durchschnittlich 15 Millionen kWh Strom produzieren. Das reicht aus, um 4000 Haushalte ein Jahr lang zu versorgen. Oder anders gerechnet: In 24 Stunden erzeugt ein Windrad 359 Megawattstunden Strom. In einem durchschnittlichen Haushalt mit vier Personen reicht das 100 Jahre lang aus.
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30.10.2023
Wie groß sind Windräder?
Ein Windrad ist durchschnittlich 90 bis 130 Meter hoch, rund 20 Meter breit und ein paar Meter tief. Im brandenburgischen Schipkau laufen zurzeit die Vorbereitungen für den Bau einer riesigen Windkraftanlage. Dort soll das größte Windrad der Welt gebaut werden: Gesamthöhe 300 Meter, Nabenhöhe etwa 240 Meter, Rotordurchmesser 120 Meter. Die Gesamtkosten des Baus liegen bei 15 Millionen Euro, allerdings gehen die Beteiligten im Vergleich zu einem regulären Windrad von einer um die 40 Prozent höheren Windausbeute aus. Aktuell steht die höchste Windkraftanlage mit 178 Metern in der Nähe von Gaildorf in Baden-Württemberg.
Windräder sind in den vergangenen Jahrzehnten immer größer geworden. In der ersten deutschen Windanlage, entstanden 1978, waren die Windräder nur 30 Meter hoch. Erst zu Beginn der 2000er erreichten sie eine Höhe von 100 Metern.
Welche unterschiedlichen Windkraftanlagen gibt es?
Am effektivsten sind Windräder in konstant windigen Gegenden. Deswegen werden seit einigen Jahren vermehrt „Offshore-Windparks“ gebaut, also Gruppen von Windrädern, die sich nicht an Land, sondern im oder am Meer befinden und ungehindert von Bergen, Hügeln und hohen Gebäuden Luftströme in Energie umwandeln können. Offshore-Anlagen gibt es in Deutschland noch nicht lang, die erste wurde 2009 in der Nordsee errichtet. Sie können zwar einiges leisten, doch durch die salzhaltige Meeresluft sind sie stark korrosionsgefährdet. Der Großteil der Windräder wird immer noch an Land aufgebaut, der Bau und die Wartung der sogenannten „Onshore-Windparks“ ist deutlich einfacher.