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Sonntag, 27. März 2016

Sollte man in Windkraftanlagen investieren?

Sie ragen wie Giganten aus dem Boden, und drehen sich doch so friedlich im Wind. Windkraftanlagen sind gerade, vor allem bei kleinen Firmen und mittelgroßen Inmobilienanlagen, im Kommen. Wie funktioniert eine Windkraftanlage und wie entwickelt sich der Markt?

Eine alte Mühle macht Karriere

Windkrafträder sind eine moderne Erfindung und maximal 50 Jahre alt? Könnte man meinen, wenn man die Entwicklung beobachtet, wie die Giganten in den letzten Jahren wie Pilze aus dem Boden schießen. Doch ihre Geschichte beginnt schon viel früher, alten Erzählungen nach bereits 1750 vor Christus im Alten Babylon. Wirklich nachzuweisen sind sie in Europa seit dem 12. Jahrhundert. Schon früh kamen Menschen also auf die schlaue Idee, Wind zu nutzen, um mechanische Kraft zu erzeugen. Damals hauptsächlich zum Mahlen von Getreide, daher auch der ursprüngliche Name "Windmühle". Nachdem Mitte des 19. Jahrhunderts die Elektrizität breite Anwendung fand, hat die Windmühle relativ bald danach, 1891, auch Strom erzeugt. Don Quijote währe wohl kein Fan von alternativer Energiegewinnung geworden.

Mit Rückenwind nach oben

Das Äußere eines Windrades ist bekannt und prägt das Landschaftsbild vor allem in Norddeutschland. Großer Turm, horizontale Achse und drei Rotorblätter. Sie drehen sich bei Wind, mal schneller, mal langsamer. Das funktioniert, weil sie Auftribesläufre sind: Die Luft strömt oberhalb und unterhalb des aerodynamischen Blattes vorbei. Dabei legt sie auf der oberen gewölbten Seite einen längeren Weg zurück als auf der unteren gerade Seite. Es entsteht also ein Druckunterschied, der die Blätter antreibt.
Von wo der Wind auf die Blätter trifft, hängt also von der Art der Anlage ab: LUV- und Leeläufer. Bei den Leeläufern befinden sich die Rotorblätter in Windrichtung hinter dem Turm. Beim den Luvläufern in Windrichtung vorne. Der Turm wendet dem Wind sozusagen den Rücken zu. Das tut er meist bei größeren Anlagen. Da der Wind aber nicht immer aus der gleichen Richtung weht, ist die Gondel oben auf dem Turm mit ihren Rotorblättern beweglich und passt sich flexibel an die Windrichtung an.

Alles dreht sich um den Generator

Eine moderne Windkraftanlage produziert an einem günstigen Standort circa 2 Millionen Kilowattstunden Energie im Jahr. Das reicht für etwa 600 durchschnittliche Haushalte. Möglich macht das eine ausgefeilte Technik im Innern der Gondel des Windrads. Ihr Herz ist der Generator. Er macht aus der Bewegungsenergie elektrische Energie. Hier gibt es verschiedene Arten der Umsetzung. Klassisch ist die Nutzung eines Getriebes, das sich zwischen Rotorwelle und dem Generator befindet. Es erhöht die niedrige Drehzahl des Rotors in eine höhere Drehzahl, die der Generator benötigt. Außerdem hält es bei schwankenden Windverhältnissen, die unterschiedlichen Drehzahlen des Rotors zu Folge haben, die Drehzahl des Generators konstant. Mitllerweile sind aber auch Windkrafträder weit verbreitet, in denen die Funktion des Getriebes direkt im generator verbaut ist. Diese einfache Bauweise senkt den Aufwand der Wartung, was vor allem bei Off-Shore-Windanlagen ein großer Vorteil ist. Nach dem Erneuebare-Energien-Gesetz EEG müssen große Windkraftanlagen bestimmte Anforderungen des elektrischen Netzes erfüllen. Betroffen sind die Spannungshaltung und die Abgabe von Wirk- und Blindleistung. Auch festgelegt sind Bedingungen, unter denen die Anlage vom Netz abschalten darf oder das Netz unterstützen muss. Die Systemdienstleistungen werden auch Kraftwerkseigenschaften genannt. Sie sind die Voraussetzung für die vollständige Einbindung von Windparks in den Erzeugungsmix. Außerdem unterstützen sie die Versorgungssicherheit.


Die Spannung steigt

Die Generatoren der Windkraftanlagen produzieren den üblichen Dreiphasenwehcselstrom. Die Spannung dabei ist abhängig von Größe und Leistung der Anlage. Der Bundesverband WindEnergie BWE macht hier folgende Anagben:

  • 120 V bis 240 V bei kleinen Anlagen (1,5 bis 10 kW)
  • 690 V bei sehr großen Anlagen (ab 600 kW)

Anforderungen an die Netzstabilität

  • Durchfahren von Netzfehlern
  • Vorhaltung eines Blidnleistungs-Unterspannungsschutzes
  • Betrieb im erweiterten Frequenzbereich
  • Wirkleistungsreduzierung bei Überfrequenz
  • Blockierung des automatischen Wiederankoppelns
  • Angepasste Schutzeinstellung
Der erzeugte Strom landet jetzt im Transformator. Er befindet sich in der Gondel, dem turm oder neben der Anlage in einem kleinen Gebäude. Er spannt den Strom hoch auf 10 kV bis 30 kV, abhängig der lokalen Netzspannung. Auf dem Weg zum Verbraucher geht danach ein großer Teil der Spannung weiter verloren. Am Ende kommen 400 Volt Drehstrom an.

Ziel erreicht - und jetzt?

Eine zertifizierte Windkraftanlage erfüllt die Normen der Intertnationalen Elektrotechnischen Kommission IEC und ist demzufolge mindestens 20 Jahre einsatzfähig. Bei vielen neuen Anlagen geben Hersteller sogar eine Lebensdauer von bis zu sogar 30 Jahre an. Auch danach ist eine Weiternutzung möglich, solange die Betriebssicherheit nachgewiesen werden kann. Trotzdem werden einige Anlagen aufgrund des ständigen technischen Fortschritts schon vorher modernisiert oder komplett ausgetauscht. Hinzu kommen die Anlagen, die ihre Lebensdauermittlerweile tatsächlich überschritten haben. Deshalb stellt wie Entsorgung und die Verwertung eine wachsende Herausforderung dar. Verfahren zu einer umweltfreundlichen Entsorgung sind aber bereits in Entwicklung.

Eine Kleinwindanlage zulegen?

Erneuerbare Energien sind am Kommen. Auf vielen Dächern findet man Stromkollektoren und immer mehr Privatkundenund mittelständischen Unternehmen entscheiden sich dazu, eine Kleinwindanlage aufzubauen. Doch bis zur tatsächlichen Realisierung der Anlage durchlaufen sie mehrere Planungsschritte. Denn unter anderen müssen die Windverhältnisse geklärt werden. Davon hängt ab, ob die Windkraftanlage effektiv arbeitet oder nicht.
Ihre Leistung steigt mit wachsender Windgeschwindigkeit stark an. Beträgt die Windgeschwindigkeit beispielsweise 6 m/s, kann die Windkraftanlage dreimal so viel Energie liefern als bei einer Windgeschwindigkeit von 4 m/s. Diese vier Meter pro Sekunde sollten der Durchschnitt sein, damit sich die eine kleine Windkraftanlage lohnt. Dazu sollte der Landschaftstyp ausführlich geprüft werden. Natürlich weht der Wind an der Küste stärker als beispielsweiseim Mittelgebirge. Doch jeder Fall ist anders. Darum ist unserTipp: Immer individuell prüfen. Denn auchh an der Küste kann der Widn durch Bäume und Sträucher aufgehalten werden. Eine Karte mit den mittleren jährigen Windgeschwindigkeiten sowie weitere Windkarten können Sie auf der Webseite vom Deutschen Wetterdienst (DWD) herunterladen.

Unterstützung vom Staat?

Die größte Frage jedes potentiellen Besitzers einer solchen Anlage ist natürlich: Lohnt sich eine so große Investition? Überwiegen Vorteile? Beide Fragen können mit einem klaren "Ja" beantwortet werden. Ein Vorteil ist zu einem, dass die Windkraftanlage auch arbeitet, wenn die Sonne weg ist: bei Wind, Sturm, Gewitter. Zum anderen greift der Staat jedem Besitzer bei der Insvestition finanziell unter die Arme. Die Unterstützung ist mit rund 9 cent pro kWh für kleine Windräder jedoch genau so groß wie bei den großen Turbinen. Das lohnt sich also vor allem für große Windanlagen, die viel Strom produzieren. Wird der weiterverkauft, findet sich das investierte Geld bald wieder im eigenen Portmonnaie wieder. Bei einer eigenen kleinen Anlage sieht das anders aus. Ob sich die Investition hier lohnt, ist vom Eigenverbrauch des Windstroms abhängig. Die Rechnung ist dabei sehr einfach: Je mehr man vom eigenen Windstrom verbraucht, desto höher ist der allgemeine Gewinn. So spart man teuren Strompreis des Energieversorgers, also zwischen 25 und 30 Cent pro kWh. Es stellt sich natürlich noch die Frage, wie teuer eine Anlage somit rentiert, sollte jeder individuell entscheiden. Aber: Wer weiß, wie sich der Markt noch entwickelt. Vielleicht ist genau jetzt der richtige Zeitpunkt, um zu investieren.

Quelle: vvolt - Elektriker Magazin