Windenergie: Eine tragende Säule der Energiewende

Windenergie spielt eine Schlüsselrolle bei der Energiewende in Deutschland. Sie liefert hierzulande den größten Beitrag zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und führt auch europaweit das Feld an. Windenergieanlagen an Land erzeugten allein 39,4 Milliarden kWh und deckten damit über ein Viertel des deutschen Strombedarfs.

Doch was genau ist Windenergie eigentlich? Wie wird aus Wind Strom gewonnen und ins Netz eingespeist? Welche Vorteile und Herausforderungen bringt die Nutzung von Windkraft mit sich? Diese und weitere Fragen beleuchten wir in unserem aktuellen Newsbeitrag.

Windenergie einfach erklärt

Die Nutzung der Windkraft hat eine lange Geschichte, aber durch moderne Technik und Forschung wurde sie kontinuierlich weiterentwickelt. Kurz gesagt: Windenergie bezeichnet die Umwandlung der Bewegungsenergie von Luftströmen in elektrische Energie.

Diese Luftströmungen entstehen durch Temperaturunterschiede in der Atmosphäre. Sonnenstrahlen erwärmen die Luft unterschiedlich stark, wodurch Druckunterschiede entstehen. Diese Druckunterschiede werden durch die entstehenden Luftströme – den Wind – wieder ausgeglichen.

Windkraftanlagen wandeln diese Bewegungsenergie des Windes in Strom um, ohne dabei Treibhausgase freizusetzen. Daher gilt Windenergie als eine der nachhaltigsten Energiequellen und spielt eine entscheidende Rolle bei der Energiewende. Laut Umweltbundesamt ist sie sogar eine der tragenden Säulen dieser Entwicklung.

Wie entsteht Windenergie?

Die Entstehung von Windenergie beginnt mit der Sonne. Durch die Sonneneinstrahlung wird die Luft an unterschiedlichen Stellen der Erde verschieden stark erwärmt, was zu Druckunterschieden führt. Diese Druckunterschiede verursachen Luftströme, um das Ungleichgewicht auszugleichen. An einigen Orten steigt die warme Luft auf, während an anderen Orten kühlere Luft absinkt – dadurch entsteht Wind. Aus diesem Grund wird Windenergie oft als eine Form der indirekten Sonnenenergie bezeichnet.

Wie funktionieren Windkraftanlagen?

Windkraftanlagen nutzen die Energie des Windes, um Strom zu erzeugen. Der Wind setzt die Rotorblätter der Anlage in Bewegung, wobei die kinetische Energie des Windes in Rotationsenergie umgewandelt wird. Diese Rotationsenergie wird dann durch einen Generator in elektrische Energie umgewandelt und ins Stromnetz eingespeist.

Die Rotorblätter beginnen sich bereits bei einer Windgeschwindigkeit von 2-4 m/s zu drehen. Die maximale Leistung erreichen die Windkraftanlagen bei etwa 12 m/s, der sogenannten Nominalgeschwindigkeit. Bei Windgeschwindigkeiten von über 28 m/s werden die Anlagen aus Sicherheitsgründen abgeschaltet.

Für eine effiziente Stromerzeugung sind der Standort und die Ausrichtung der Windräder entscheidend: Je mehr Wind, desto mehr Strom wird erzeugt. Besonders im Nordwesten Deutschlands finden sich ideale Bedingungen für Windkraftanlagen. Stehen mehr als drei Anlagen zusammen, spricht man von einem Windpark.

Wie sind Windkraftanlagen im Detail aufgebaut?

Eine Windkraftanlage setzt sich in der Regel aus drei Hauptkomponenten zusammen:

• Der Turm: Er ist das erste Element, das aufgestellt wird. Groß und massiv, wiegt er oft mehrere hundert Tonnen. Die Höhe des Turms variiert je nach Standort und Umgebung.
• Die Gondel: Sie bildet das Herzstück der Windenergieanlage. In der Gondel sind der Generator und das Getriebe untergebracht, ebenso wie wichtige Messinstrumente wie die Windfahne und das Anemometer, die die Windstärke und -richtung erfassen.
• Die Rotorblätter: Diese sind an der Rotornabe befestigt und nehmen die Bewegungsenergie des Windes auf, die dann in eine Drehbewegung umgewandelt wird. Moderne Windkraftanlagen sind in der Regel mit drei Rotorblättern ausgestattet.

Welche Arten von Windenergie gibt es?

Bei Windenergieanlagen wird zwischen Onshore- und Offshore-Anlagen unterschieden.

• Onshore-Windkraftanlagen befinden sich auf dem Land, häufig auf großen Wiesen oder Äckern. Der Nordwesten Deutschlands bietet ideale Bedingungen für Windparks, weshalb die meisten Anlagen hier installiert sind. Zwei Hauptgründe sprechen für Onshore-Anlagen: Erstens gibt es sie bereits seit über 30 Jahren, und zweitens sind sie kostengünstiger. Auch die Bau- und Wartungskosten sind geringer als bei Offshore-Windparks.
• Offshore-Windkraftanlagen sind im Meer installiert, also vor der Küste. Diese Anlagen sind besonders ergiebig, da die Windgeschwindigkeiten dort hoch und konstant sind. In Deutschland befinden sich die meisten Offshore-Windparks in der Nordsee. Neben Großbritannien zählt Deutschland zu den führenden Ländern in der Nutzung von Offshore-Windenergie.

Wie wird Windenergie gespeichert?

Windenergie, wie auch Solarenergie, zählt zu den fluktuierenden Energiequellen. Das bedeutet, dass die erzeugte Energiemenge je nach Windgeschwindigkeit schwankt. Bei starkem Wind kann es zu einer Überproduktion von Strom kommen, wodurch Windräder temporär abgeschaltet werden müssen. In Stromerzeugungsanlagen muss die produzierte Leistung genau der aktuellen Nachfrage entsprechen, was dazu führt, dass Windkraftanlagen nicht immer ihr volles Potenzial ausschöpfen können.

Die Lösung für dieses Problem liegt in der Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Um die schwankende Versorgungssicherheit zu gewährleisten, sind Stromspeicher notwendig, die die Einspeisungen besser ausbalancieren können. Momentan ist es jedoch noch nicht möglich, elektrische Energie in ausreichendem Umfang zu speichern; stattdessen muss die Energie in andere Formen umgewandelt werden, was bei der Rückwandlung mit Verlusten verbunden ist.

Eine verbesserte Speichertechnologie könnte dazu beitragen, das Abschalten von Windkraftanlagen zu vermeiden. Angesichts des wachsenden Anteils erneuerbarer Energien und der fortschreitenden Energiewende wird die technologische Entwicklung in diesem Bereich jedoch kontinuierlich voranschreiten.

Vorteile:

• Wind ist eine unerschöpfliche und regenerative Ressource.
• Bei der Erzeugung von Windenergie entstehen keine schädlichen Treibhausgase wie CO₂.
• Windenergie ist relativ kostengünstig, und zusätzliche Umweltkosten wie die Entsorgung von Kraftwerksmüll entfallen.
• Strom kann rund um die Uhr produziert werden, auch nachts.
• Die Windenergie schafft zahlreiche Arbeitsplätze.

Nachteile:

• Wind ist nicht immer konstant verfügbar, was zu schwankenden Energieproduktionen führt.
• Der Standort der Windkraftanlage muss sorgfältig ausgewählt werden, um die Effizienz zu maximieren.
• Windparks können eine Bedrohung für Tiere darstellen, da Fledermäuse und Vögel oft mit den Rotorblättern kollidieren.

Erneuerbaren Energie in Zahlen

Im ersten Quartal 2024 (wie bereits berichtet) deckten erneuerbare Energien beeindruckende 56 % des deutschen Stromverbrauchs ab! Mit insgesamt 75,9 Milliarden kWh – einem Anstieg von etwa 9 % im Vergleich zum Vorjahr – wurde ein neuer Rekord aufgestellt. Windenergieanlagen an Land steuerten allein 39,4 Milliarden kWh bei und versorgten damit mehr als ein Viertel des deutschen Strombedarfs. Auch die Wasserkraft verzeichnete ein starkes Wachstum von 27 % im Vergleich zum ersten Quartal 2023 und deckte damit 4 % des deutschen Bruttostromverbrauchs ab.

Diese Zahlen sind nicht nur beeindruckend, sondern auch ein vielversprechender Schritt hin zu einer nachhaltigen und klimafreundlichen Zukunft.

Die Zukunft der Windenergie

Windenergie zählt neben Wasserkraft, Sonnenenergie, Biomasse und Geothermie zu den erneuerbaren Energiequellen, die jederzeit verfügbar und damit nachhaltig sind. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Öl verursacht die Erzeugung von Windenergie keine CO₂-Emissionen und schadet somit nicht dem Klima.

Als eine der zentralen Säulen für eine nachhaltige Energieversorgung spielt Windenergie eine entscheidende Rolle in der Energiewende. Bis 2030 sollen bereits 80 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien stammen, wobei Windkraft einen bedeutenden Beitrag leisten wird.