Die Zukunft der Windenergieanlagen liegt aus der Sicht der Küste, weit draußen auf dem Meer.

Die Nutzung der Windkraft

Zu Beginn einige kritischen Fragen:
- Hält die Windkraft auf Dauer das Versprechen, ein wirtschaftlicher Energielieferant der Zukunft zu sein?
- Setzen wir etwa auf das falsche Konzept der Energiegewinnung, aus Wind allein Strom zu erzeugen?
- Ist es vielleicht wirtschaftlicher, auch Sekundärenergieträger (Druckenergie) direkt mit Windkraft zu erzeugen?
- Sollten auch Konzepte entwickelt werden, Windenergie speichern zu können?
 

Die Windkraft hat sich heute als ein alternativer Stromlieferant fest etabliert. z.Zt. sind etwa 22270 Windenergieanlagen (WEA) mit gesamt 45910 MW Leistung (Stand Ende 2016 ) in Deutschland aufgestellt.

Den Anreitz, weiter in die Wind-Energieerzeugung zu investieren, wurde durch die Beschlüsse der Bundesregierung mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) iniziert. In dem Gesetz wird die Strategie der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien  geregelt. Ein Kapitel behandelt die Stromerzeugung aus Windkraft. Die Windkraft-Betreiber erhalten mit dem Gesetz eine verbindliche Zusage über die Vergütungs - und die Abnahmepflicht des Stromes durch die Netzbetreiber.

Stand der Planung von neuen Windparks
Geplant ist in der Zukunft bis zu 20% des Strombedarfes in Deutschland aus Windenergie zu gewinnen.
Vielversprechend sind die neuen Windparkprojekte in See, “Offshore”, im Bereich der deutschen “Ausschließliche Wirtschafts Zonen” (AWZ),  weit vor der Küstenlinie der Nord-und Ostsee. Aufgrund des größeren und gleichmäßigen Windangebotes und der damit erhöhten Stromerzeugung gegenüber den Onshoreanlagen, wird ein wirtschafticher Betrieb der Offshoreanlagen  vorausgesagt. Die ersten Windkraftanlagen sollen in den nächsten Jahren (bis 2006) ihren Betrieb gehen. Der Windpark liegt ca. 4,2 km südlich des Verkehrstrennungsgebietes Terschelling-German Bight. ca. 9 km nördlich zur Grenze “Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer” und in nordwestlicher Richtung zur Insel Borkum.

Zur Erforschung der Einsatzgebiete der Windparks, werden drei Forschungsplattformen errichtet. Die erste Plattform FINO 1 wird im Mai 2003 im Bereich des “Borkumriff” errichtet. Der Bau einer zweiten Plattform soll vor Sylt und die Dritte in der Ostsee vor Rügen folgen. ( Aufbau der Forschungsplattform FINO 1, Juli 2003)
Der erste Windpark im Offshorebereich wird mit “optimierten ” Windkraftanlagen bestückt, die sich schon im Onshorebereich bewährt haben. Diese werden entsprechend den klimatischen Anforderungen auf See nachgerüstet. Erhöhter Korrosionsschutz und die Kapselung der Elerktrischen -und der Maschinenanlage.
Für den wirtschaftlichen Betrieb werden Windkraftanlagen in der Größe bis 5 MW entwickelt und die ersten Anlagen an mehreren Standorten an Land in 2003 erprobt.

Wesentlicher Unterschied der Offshore- zur Onshoretechnik ist ihre Aufstellung am Meeresboden. Das Fundament und die Gründung. Hier enstehen wesentliche Kostenunterschiede zur Onshore-Aufstellung. Ein Schwerpunkte der Entwicklungen ist deshalb auch, geeignete günstige Aufstellungskonzepte von Windkraftanlagen zu entwickeln.

Ein gesondertes Problem stellt die Stromübertragung für küstenferne Windparks und die Netzanbindung an Land dar. Zur Einspeisung der zu erwartenden großen Energiemengen stehen heute noch nicht ausreichend geeignete Einspeisemöglichkeiten und Übertragungstechniken zur Verfügung. Das Problem der Stromableitung zu lösen ist darum eine der vorrangigsten Aufgabe der Planer und der Genehmigungsbehörden.

Eines der größten Aufgaben in der Zukunft wird nicht allein der Bau und die Aufstellung von Windkraftanlagen sein, sondern der wirtschaftliche Betrieb der Anlagen. Wichtigste Aufgabe der Betriebsführung wird sein, mittels geeigneter neuer Betriebsführungssysteme und vorgedachter Strategien die Verfügbarkeit einer Windkraftanlage hoch zu halten. So ist z.B. für die Betriebsführung und der Betriebsüberwachung ein vorgedachtes Störungszenario zu entwickeln und mittels neuronaler Netze logische Abhängigkeiten und Abläufe die Windkraftanlage automatisch zu steuern. Die Anlage soll sich im kritischen Moment selbst steuern und regeln. Die Betriebsmannschaft wird dadurch entlastet, hat ausreichend Zeit sich mit dem jeweiligen Problem auseinanderzusetzen und ist dadurch  weitestgehend vor Fehlentscheidungen  geschützt.

Im Unterschied zu den Onshoreanlagen sind die Offshoreanlagen nur bei entsprechend guten Wetterbedingungen erreichbar. So sind für den Bau und für große Instandsetzungen allein die Sommermonate geeignet. Das Anlegen mit dem Schiff oder dem Helikopter an eine Windkraftanlage ist  starkt wetterabhängig. Sturm, Wellengang und Eisgang treten besonders im Herbst, Winter und Frühjahr auf. Die Zugänglichkeit ist also sehr beschränkt. Die“Zugangskosten” spielen also hier eine große Rolle. Sie sind darum entsprechend hoch. Beispiel: Bei einer Onshoreanlage hat der Servicemann einen Kleinlaster nötig und bei der Offshoreanlage ein Schiff oder Helikopter mit Besatzung. Dieser Vergleich zeigt schon ganz deutlich die Problematik auf, mit der man es zu tun hat. Hieraus entstehen hohe Bereitstellungskosten für die Serviceanforderung. Aus diesem Grund wird eine hohe Zuverlässigkeit der Technik gefordert. Die Anlage soll mindestens ein Jahr zur Verfügung stehen. Damit kleine Betriebsstörungen nicht zum Ausfall der Anlage führen und die Zuverlässigkeit gesteigert werden kann, lohnt es sich, betriebsbewährte,  automatisierte und redundante Betriebssysteme einzuführen. Das heißt: “Inherente Betriebssysteme”und “Passive Betriebseinrichtungen” (sich selbst regelnde Betriebssysteme....) aufbauen. Typisches Beispiel wäre der Verzicht auf ein aktives- Hochdruck Ölschmiersystem- für  die Lagerstellen und das Getriebe. Die Ölschmierung wird durch ein passiv arbeitendes  Langschmiermittel ersetzt, das bei Anforderung sich selbstregelnd auf die Schmierstellen verteilt und die Reibungswärme über entsprechende Kühlfächen mittels Konvektion  an die Luft abgibt.

Was sollte der Betrachter über die Funktionsweise einer Windkraftanlage unbedingt wissen.
Drehende Windräder zeigen den Betrachter, dass die Windkraftanlagen im Betrieb sind. Alles scheint für ihn dadurch optimal zu sein. Es stellen sich keine weiteren Fragen. Fragt man den Betrachter, welche Stromleistung die Anlage augenblicklich erzeugt, erhält man die Antwort: “Volle Leistung. Sie dreht ja!”  Aufgrund dieser als plausibel gedachten Erklärung wird der Betrachter später enttäuscht, wenn man ihm die Zusammenhänge und die Abhängigkeit der Stromerzeugung aus Windkraft erklärt.
“Das Maß der Stromerzeugung (Stromleistung) ist nicht das  kontinuierliche Drehen der Windräder, sondern die jeweils vorherrschende Windgeschwindigkeit / Windstärke”.
 
Zur Leistungsaufnahme wird die Windkraftanlage auf ihre spezifische Betriebsdrehzahl gebracht und anschließend mit dem Stromnetz verbunden (synchronisiert). Die Drehzahl des Windrades bleibt dann über den Arbeitsbereich weitestgehend konstant. Der Betrachter hat das Problem: “Hat die Anlage schon Leistung aufgenommen oder wie groß ist die abgegebene Stromleistung der Anlage”. Das Maß der %-tualen Leistungsabschätzung für den Betrachter ist allein über die Einschätzung der vorherrschenden Windgeschwindigkeit möglich. Bei starkem Wind (hohe Windgeschwindigkeit) erzeugt die Windkraftanlage viel Strom und bei wenig Wind (niedrige Windgeschwindigkeit) wenig Strom!
Damit bei der Veränderung der Windgeschwindigkeit die Windraddrehzahl konstant bleibt, wird der Anstellwinkel der Rotorblätter entsprechend verstellt. Durch die Verstellung der Rotorblätter verändert sich die wirkende Windkraft auf die Rotorblätter. Die abgegebene Stromleistung verändert sich dadurch entsprechend nach oben oder unten. Bei wechselnden Windstärken, ändern sich damit entsprechend auch die Stromleistungen. Für einen stabilen Netzbetrieb müssen andere Stromerzeuger einen sog. Netzregelbetrieb fahren. Der Netzbetreiber muß entsprechende Reserveenergieerzeuger (Kraftwerke) bereitstellen .
 

Der Leser erkennt vielleicht, dass es nicht allein mit dem “Willen”getan ist, die Windenergie zu nutzen. Der wirtschaftliche Betrieb einer technischen Anlage bleibt für uns ist immer oberstes Ziel jeder Investition und steht damit in der Betrachtung über eine langfristige Nutzung der Windenergie im Vordergrund.

Wer tätigt eine Investition, wenn nicht ein vielversprechender Gewinn abfällt?
Wer soll eine Windkraftanlage versichern, wenn die Zuverlässigkeit nicht ausreichend nachgewiesen ist?

Dem Gesetz der Wirtschaftlichkeit, muß sich leider jeder unterordnen.
 

Hinweise auf weitere Themen zur Windkraft
 

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