Windenergie



Ergänzungen
Mitte 2022: 
Daten update

Zur Bedeutung der Windenergie
Die deutsche Öffentlichkeit sieht in der Windenergie eine erneuerbare Energiequelle von besondere Bedeutung, weil
Die 1. Aussage gilt nicht generell: Z.B. bei stabilen Hochdrucklagen (wie Im Sommer 2018) wehte fast kein Wind in Deutschland.
Und die Gültigkeit der 2. Aussage ist natürlich abhängig davon, wie die Kostenanalyse durchgeführt wird, ob z.B. nur die internen oder auch die externen Kosten berücksichtigt werden.

Die internen Kosten beinhalten i.W. die Kosten der Exploration, des Aufbaus, des Betriebs und der Wartung einer Anlage. Selbst wenn man die Kostenanalyse auf diese internen Kosten beschränkt (und damit die externen Kosten, wie die der Energiespeicherung, des Energietransports und staatlicher Eingriffe - insbesondere durch das EEG mit seinen sozialen Auswirkungen - ausklammert), existieren in allen der 3 fundamentalen Lebensbereichen Alternativen, die preisgünstiger sind als die Windenenergie, wie aus Tabelle rechts ersichtlich ist. Und das entspricht unserer täglichen Erfahrung, jedenfalls z.Z. noch:
Lebens-
bereich
 Windenergie
relat. Kosten
 billigere Alternative
 relat. Kosten
Elektr. Energie
 1.
 Kohle
 0.53
Mobilität 1.
 Erdöl 0.15
Wärme 1.
 Erdgas
 0.30
Kostenvergleich in 3 Lebensbereichen zwischen der Windenergie und alternativen Energiequellen
Für unsere Mobilität spielen Elektrofahrzeuge weltweit praktisch keine Rolle und Kohlekraftwerke sind weltweit immer noch die Hauptversorger für elektrische Energie. Warum ist das so? Weil es einen fundamentalen Zusammenhang zwischen den Energiekosten und dem Wohlstand einer Nation gibt. Auch Deutschland kann sich diesen Gesetzmäßigkeiten nicht entziehen, und das wird besonders dann deutlich, wenn man seine Stellung innerhalb anderer Nationen bezüglich der Windenergienutzung betrachtet.

Die Subventionen durch das EEG waren der Grund, dass Deutschland um die Jahrtausendwende in der Nutzung der Windenergie führend war.
Aber diese Zeiten sind längst vorüber: Im Jahr 2021 betrug die in Deutschland genutzte Windkraftleistung nur noch 6.5% der globalen Leistung, Deutschland wurde um mehr als das Fünffache übertroffen von der VRChina mit 33.9%, und auch die USA besaßen immer noch einen Anteil von 20.9%.

Die Tabelle rechts zeigt die 5 wichtigsten Länder in der absoluten Nutzung1) der Windenergie, wie hoch ihr prozentualer Anteil an der globalen Nutzung war und in wie weit diese Nutzung tatsächlich in der Lage war, den nationalen Primärenergiebedarf PEB zu decken.
Land
 Nutzung1)
(TWh/a)
 global
%
 PEB
%
1. VRChina
614.2
 33.9
 1.3
2. USA
 379.8
 20.9
 1.5
3. Deutschland 118.6
 6.5
 3.4
4. Großbritannien
 68.2
 3.8
 3.4
5. Indien 68.1
 3.8
 0.7
Die 5 wichtigsten Nutzer der Windenergie im Jahr 2021, ihr Anteil an der globalen Nutzung und wie hoch der prozentuale Beitrag zur Deckung des nationalen Primärenergiebedarfs PEB (berechnet nach der Wirkungsgradmethode) ist.
Und daraus wird ersichtlich, dass wohl noch sehr viel Zeit vergehen wird. bis die Windenergie tatsächlich einen merklichen Beitrag zur Versorgung mit Primärenergie leisten wird. Besonders interessant ist die Situation in der VRChina, auf die ich in anderem Zusammenhang noch eingehen werde.

Die Situation in Deutschland, d.h. wie viele WKA und mit welcher Gesamtleistung in jedem Bundesland errichtet waren, wollen wir in einem Extrakapitel betrachten.

Wichtiger als die Anzahl der WKA und ihrer installierten Leistung ist natürlich, wie viel elektrische Energie wirklich durch die WKA gewandelt wird und wie hoch ihr Beitrag zur Versorgung eines Lands mit elektrischer Energie ist (BP). In Europa ist Deutschland auch in dieser Hinsicht keineswegs Spitze, sondern wurde übertroffen von Dänemark und Spanien, wie aus der Tabelle links ersichtlich wird. Zwar ist in Deutschland, verglichen mit anderen europäischen Staaten, noch die größte Windkraftleistung  installiert, aber damit wurden nur 23% unseres tatsächlichen Bedarfs nach elektrischer Energie im Jahr 2021 gedeckt. Der Grund: Deutschland besitzt den geringsten Kapazitätsfaktor aller, hier verglichenen Länder. 


Land
 Install.
 Leistung P
(GW)
 Gewand.
 Leistung Pe
(TWh/a)		 Nutzungs-
grad
Kap.-
 faktor
Anteil (%)
Dänemark2)
 7.17
 15.2
 0.077 0.24
 44
Spanien
 28.20
 56.4
 0.074 0.23
 24
Deutschland
 63.84
 118.6
 0.067 0.21
 23
Großbritannien
 26.81
 68.2
 0.093 0.29 22
Holland
 8.17
 17.0
 0.077 0.24
 15
Europäischer Vergleich von Windkraftanlagen 2021,
geordnet nach ihrem Anteil bei der Versorgung
 mit elektrischer Energie.
Neben der installierten Leistung P enthält die obige Tabelle auch die Menge der gewandelten Leistung Pe und den daraus sich ergebenden Nutzungsgrad aller WKA eines Lands. Bei der Berechnung von sollte berücksichtigt werden, dass der maximal mögliche Wirkungsgrad einer WKA den Wert 0.32 besitzt (siehe Energie2). Der Nutzungsgrad beträgt daher
= Pe/P =      ( = Pe/P wird Kapazitätsfaktor genannt).
Der tatsächliche Nutzungsgrad der WKA ist also etwa 5mal größer als der von deutschen Fotovoltaik-Anlagen, wenn die gleichen Berechnungsmethoden verwendet werden. Ganz überraschend ist aber natürlich nicht, dass Dänemark mit seinen großen Küstenregionen den höchsten Nutzungsgrad für die Windenergie erreicht. Und ähnliches gilt für Großbritannien, aber dort wurden, verglichen mit dem Bedarf, bis 2021 wesentlich weniger Leistung installiert.

Bei der Analyse der obigen Tabelle sollte berücksichtigt werden, dass die Windverhältnisse im Jahr  2021 über der BRD und Europa insgesamt ungünstiger waren als in den Jahren davor. Nur Ignoranten werden behaupten, dass WKA jedes Jahr eine konstante, vorhersagbare  Leistung liefern. Diese ist vielmehr gebunden an die meteorologischen Bedingungen, die von Jahr zu Jahr schwanken. Die Schwankungen  spiegeln sich in dem Kapazitätsfaktor wieder, der seit 2005 für verschiedene  Länder in der Abbildung rechts gezeigt ist. Demnach ist der Kapazitätsfaktor von WKA in Deutschland jedes Jahr kleiner gewesen als der in Dänemark und das ist einer der Gründe, warum dort ein wesentlich höherer Deckungsgrad für elektrische Energie aus Windkraft erreicht wird. Einen grafischen Eindruck über die mittleren Windgeschwindigkeiten in Europa vermittelt der europäische Windatlas.
Der Kapazitätsfaktor von WKA in ausgesuchten Ländern seit 2005.

Damit ist Deutschland kein besonders geeignetes Land für den Bau von WKA.  Geeigneter sind Länder mit einer zur gesamten Landfläche sehr großen Küstenfläche, wie z.B. Dänemark, Holland oder England. Und so ist nicht verwunderlich, dass Dänemark einen relativ großen Anteil seines Bedarfs an elektrischer Energie mithilfe von WKA wandelt, die USA aber nur einen sehr kleinen Anteil trotz des im Mittel höheren Kapazitätsfaktors. Weiterhin ist in Dänemark die Technik sehr weit fortgeschritten, die WKA in den flachen Küstengewässern zu errichten, die sog. "Offshore-Anlagen". Dies ist eine weitere Erklärung für den relativ großen Kapazitätsfaktor, der dort erreicht wird und der Küstengewässer besonders attraktiv für die Errichtung von WKA macht, vorausgesetzt, man missachtet die damit auch verbundenen Probleme3).

Die UN glaubt allerdings mithilfe neuerer Untersuchungen gefunden zu haben, dass ca. 13% der Landfläche in den we-Ländern sich zur Aufstellung von WKA eignen und damit diese Wandlungstechnik ein großes Zukunftspotenzial in den we-Ländern besitzt. Hierbei sollte bedacht werden, dass die Versorgung mit elektrischer Energie aus einer WKA eine technisch hoch entwickelte Infrastruktur voraussetzt, welche die Energiespeicherung und den Energietransport gewährleistet, und die in den meisten we-Ländern wohl nicht vorhanden ist. Außerdem zeigen die Dongzhou-Konflikte in der VRChina, dass sich die Bevölkerung nicht widerstandslos von ihrem Land verdrängen lässt, um dort eine WKA zu errichten.
1) Die Nutzung ist der Teil der installierten Leistung, der tatsächlich in das Elektrizitätsnetz eingespeist wird. Sie definiert den Nutzungsgrad , wie weiter unten erläutert wird.
2) Bemerkenswert ist auch, wie Dänemark einen derart hohen Versorgungsgrad mit Windenergie erreicht. Dies liegt einmal an dem geringen Bedarf und dann i.W. an der Einbindung Dänemarks in das elektrische Verbundsystem NORDEL, über das die benötigte Energie - insbesondere aus norwegischen Wasserkraftwerken - fließt, wenn in Dänemark kein Wind weht. Wegen der viel größeren Anforderungen existiert diese Lösung für Deutschland nicht!
3) Wie viel Windleistung auch bei Offshore-Anlagen wirklich ans Netz geliefert wird, hängt von den notwendigen Wartungs- und Reparaturarbeiten und den Windverhältnissen ab. Normalerweise liegt der Nutzungsgrad bei weniger als 0.1, siehe obige Tabelle. Nicht zu übersehen ist auch die Störanfälligkeit von Offshore-Anlagen, die dazu führte, dass "Alpha Ventus" im Jahr 2018 total vom Netz genommen werden musste. Unter diesen Umständen müsste die Anzahl aller Windparks in Deutschland mindestens verdoppelt werden, um die  deutschen Kernkraftwerke zu ersetzen, wobei aber erst noch die zusätzlichen Probleme gelöst werden müssten, welche von einer fluktuierenden Energiequelle verursacht werden.