Was ist Windenergie?

Was ist Windenergie?

Windenergie ist in physikalischer Hinsicht die messbare Energie des Windes, die sich als Leistungsdichte mit der Maßeinheit J/m³ (Joule pro Kubikmeter) darstellen lässt. In energietechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht ist Windenergie die Nutzung der Windkraft als erneuerbare Energiequelle.

Moderne Nutzung der Windenergie

Menschen nutzten schon immer den Wind als Energieträger für Mühlen und Segelschiffe. In der Gegenwart ist die wichtigste Nutzungsform von Windenergie die Stromerzeugung. Ende 2021 gab es auf der Welt Windkraftanlagen mit einer installierten Nennleistung von ~837 GW. Die Jahresproduktion dürfte bei ~1.650 TWh gelegen haben, was ~6 % der weltweiten Stromproduktion entsprechen würde. In Deutschland ist der Anteil von Windstrom höher, er soll 2021 bei 20,1 % gelegen haben. Schon seit 2013 ist Windstrom an guten Standorten günstiger als Strom aus Kohle- und Kernkraftwerken.

Seit der Energiekrise ab 2022, welche die Preise für fossile Energieträger extrem steigen ließ, hat sich dieser Kostenvorteil noch drastisch erhöht. Windenergie ist natürlich vom Standort und vom Wetter abhängig. Ein physikalisch entscheidender Faktor ist die sogenannte Windhöffigkeit. Sie beschreibt das quantitative und qualitative Windvorkommen. Das quantitative Windvorkommen ist relativ leicht verständlich, Wind kann stärker oder schwächer, länger oder kürzer wehen.

Doch er hat auch unterschiedliche Qualitäten. Wenn er etwa in Böen weht bzw. oft und rasch die Richtung wechselt, profitieren die Windkraftanlagen davon weniger. In Deutschland erreichen diese Anlagen an Land eine Auslastung zwischen rund 1.400 und 4.000 Volllaststunden pro Jahr. Auf See vor der deutschen Küste können es bis 5.500 Volllaststunden werden.

Was ist Windenergie?

Geschichte der Windkraftnutzung

Schon im Altertum nutzten Menschen den Wind mit technischen Anlagen wie Segeln und Windmühlen aus. Die mit einer Windmühle erzeugte Energie muss direkt vor Ort genutzt werden, sie treibt Maschinen und Vorrichtungen wie die Getreidemühle oder ein Wasserrad für die Grundwasserförderung an.

Der babylonische Codex Hammurapi erwähnt Windmühlen in Mesopotamien vor über 4.000 Jahren. In Europa gibt es erste Erwähnungen aus dem 9. Jahrhundert in England, dem 11. Jahrhundert in Frankreich und dem 13. Jahrhundert in Polen. Im frühen 19. Jahrhundert gab es in Europa mehrere 100.000 Windräder. Deren Leistung könnte bei insgesamt ~30 kW gelegen haben. Im Zuge der industriellen Revolution wuchs ihre Zahl im Verlauf des 19. Jahrhunderts beträchtlich an. Zur Jahrhundertwende zum 20. Jahrhundert dürfte es allein in den Anrainerstaaten der Nordsee ~30.000 Windmühlen größerer Bauart gegeben haben. Deren Gesamtleistung schätzen Forscher aufgrund des technischen Fortschritts auf mehrere 100 MW.

Ein Schwerpunkt war das windreiche Holland. Die wichtigsten Einsatzzwecke der Windmühlen waren das Getreidemahlen, die Tuchwalkerei, die Baumwollspinnerei, das Holzsägen, die Lederverarbeitung, die Herstellung von Papier, Öl und Tabak sowie die Entwässerung von Sumpfgebieten. Die Holländer rangen mit Windmühlen auch dem Meer Landflächen ab. Schon um 1900 allerdings nahm die Zahl der Windmühlen wieder ab, weil elektrischer Strom, der wiederum vielfach mit Kohleverbrennung oder aus Wasserkraft erzeugt wurde, die günstigere Energieform war. Auch Dampfmaschinen waren für die industrielle Produktion eine zuverlässigere Antriebsquelle als die windabhängigen Windmühlen. Schätzungen gehen davon aus, dass sich die Zahl der Windmühlen in Deutschland wie folgt entwickelte:

  • 1895: etwa 18.000
  • 1914: etwa 11.400
  • 1933: etwa 4.500

Windpumpen pumpten Wasser mit Windkraft, eine sehr bekannte Bauart waren vielflügeligen Westernmills, die vielfach aus den USA kamen. Auch Strom wurde schon seit den 1890er Jahren mit Windrädern erzeugt, doch die Anlagen fristeten ein Nischendasein und veränderten sich technisch bis in die späten 1940er Jahre kaum. Erst mit der Ölpreiskrise nach 1970 entdeckte man die Bedeutung der Windkraft für die Stromerzeugung und entwickelte immer bessere Windräder, die zu den heutigen Bauformen führten.

Stromerzeugung durch Windenergie

Wie erwähnt ist die Stromerzeugung durch Windenergie relativ günstig. Nach einer Studie des Fraunhofer ISE (Institut für Solare Energiesysteme) aus dem Jahr 2021 kostete Windstrom an Land damals 3,94 – 8,29 ct/kWh und auf See 7,23 – 12,13 ct/kWh. Solarstrom kostete Mitte 2021 3,12 – 11,01 ct/kWh. Kohlestrom kostete damals ab Kraftwerk zwar nur 6,3 ct/kWh, doch die schädlichen Emissionen kosten auch, weshalb das deutsche UBA schon 2021 die reellen Kosten für Kohlestrom auf ~21 ct/kWh schätzte. Inzwischen sind sie (Stand November 2022) noch deutlich gestiegen.

Die Kosten für Gasstrom wurden zu jenem Zeitpunkt auf 7,78 – 9,96 ct/kWh geschätzt, sie haben sich inzwischen rund verdreifacht. Wichtig zu wissen: Sämtliche Kostenbetrachtungen sind ungenau, weil viele Faktoren die Stromkosten beeinflussen, darunter auch CO₂-Zertifikate, Netzentgelte, Einkaufs- und Lieferfristen, Steuern, Abgaben, die Investition in Anlagen, ihre Förderung und Abschreibung sowie vieles mehr. Es bleibt aber pauschal festzuhalten: Erneuerbare Energien, darunter die Windenergie, sind nicht nur umweltfreundlich und stehen als Ressource praktisch unbegrenzt zur Verfügung, sie sind auch günstig. Das war nicht immer so. Noch im Jahr 2010 schlossen nur wirklich sehr umweltbewusste Verbraucher*innen einen Liefervertrag über Ökostrom ab, weil dieser teurer war als der Strom aus konventionellen Energieträgern.

Wo lohnen sich Windenergieanlagen?

Im Prinzip können Windräder überall stehen, auf See ebenso wie in einem flachen Landstrich oder auf einem Berg. Ihr Bau wird aber je nach Standort unterschiedlich teuer. Offshore-Windparks sind nur mit großem Aufwand zu errichten. Dafür weht auf See viel mehr und stärkerer Wind. Die Amortisierung dauert jedoch sehr viel länger, weshalb gegenwärtig nur ~4 % aller Windkraftanlagen der Welt Offshore-Anlagen sind. Die International Energy Agency (IEA) schätzt aus technischen Gründen, dass noch bis 2035 etwa 80 % der zugebauten Windkraftanlagen Onshore-Anlagen sein werden. Doch wenn aufgrund des technischen Fortschritts die Offshore-Windräder stabiler und leistungsfähiger sowie ihr Bau unkomplizierter werden, dürften sich Windparks zunehmend auf See finden.