Fragen und Antworten

  • Funktionsweise einer Windenergieanlage und Komponenten

    Für die Umsetzung von Windenergie in elektrische Energie wandeln die Rotor-Blätter der Windenergieanlage (WEA) den sich bewegenden Wind in eine Rotationsbewegung um, als Folge dreht sich der Rotor. Diese Rotationsbewegung wird nun von einem Generator und dem dort durch die Rotationsbewegung erzeugtem Magnetfeld in elektrische Energie umgewandelt und es fließt Strom. Diese Wandlung der Energieformen von kinetischer Windenergie in elektrische Energie unterliegt bestimmten Verlusten und kann nie mehr als 59% betragen. Verantwortlich hierfür sind die Theorie nach Betz (für die maximale, dem Wind entnehmbare, Leistung), Verwirbelungen an den Rotorblättern sowie Verlusten in der WEA selbst. Die Verluste in der WEA betragen in der Regel ca. 10%, d.h. für eine Anlagenleistung von 3,0 MW müssen vom Rotor circa 3,3 MW Leistung erzeugt werden.

    Die heutigen WEA der Multimegawattklasse sind fast ausschließlich luvseitige Horizontalachser, d.h. der Rotor ist vor der Gondel dem Wind zugewandt und rotiert um die horizontale Achse der Anlage. Neben dem Rotor bestehen diese WEA aus einem Fundament, dem Turm und dem Maschinenhaus. Der Rotor sorgt wie bereits erwähnt für die Umwandlung der Windenergie in eine Rotationsbewegung und besteht aus der Rotornabe, den Blättern und den Antrieben zur Verstellung der Blattposition, dem sogenannten Pitch-System. Der Rotor kann als Teil des Antriebstranges gesehen werden und überträgt die auftretende Rotationsbewegung an die angeschlossenen Komponenten des Antriebstranges, der sich im Maschinenhaus befindet. Der Antriebstrang ist in einer WEA das Verbindungselement zwischen dem Rotor und dem Generator und sorgt für die Übertragung der Rotationsbewegung. Er ist durch das Maschinenhaus vor Witterungseinflüssen geschützt. Die Bauform kann für die verschiedenen WEA-Konzepte sehr unterschiedlich aussehen.

    Es kann zwischen Getriebe- und getriebelosen Anlagen unterschieden werden. Bei Getriebeanlagen besteht der Antriebsstrang aus einer Welle, die durch ein oder zwei Lager am Grundrahmen befestigt ist, einem Getriebe, einer Kupplung und dem Generator. Der erwähnte Grundrahmen befindet sich im Maschinenhaus und hat die Aufgabe, den Antriebstrang zu tragen. Daher wird er auch Maschinenträger genannt. Die Welle überträgt die aufgenommene Rotationsbewegung an das Getriebe, welches die relativ langsame Bewegung in eine schnelle Rotationsbewegung umwandelt. An der Ausgangswelle des Getriebes ist die Kupplung befestigt.

    Sie überträgt die Rotationsbewegung an den Generator und sorgt dafür, dass eventuell auftretende Querkräfte oder Biegemomente nicht an den Generator übertragen werden. Getriebelose WEA haben im Vergleich zu den Getriebeanlagen weder Getriebe noch Kupplung. Die Welle ist meist wesentlich kürzer, hat einen deutlich größeren Durchmesser und ist direkt mit dem Generator verbunden.

    Bei beiden Anlagenkonzepten wird die übertragene Rotationsbewegung vom Generator in elektrischem Strom umgewandelt. Wie jedes andere Kraftwerk auch, produziert die WEA 3-Phasen-Wechselstrom. Bei den heutigen Generatoren hat der produzierte Strom eine variable Frequenz. Da im deutschen Stromnetz eine Frequenz von 50Hz vorgegeben ist, muss die Anpassung der variierenden Frequenz durch einen sogenannten Um- oder Wechselrichter erfolgen. Bevor der Strom nun in das Stromnetz der Energieversorger eingespeist werden kann, muss er auch das richtige Spannungsniveau an dem vorhandenen Einspeisepunkt haben. Der im Generator erzeugt Strom hat meistens eine Spannung zwischen 400 V und 1000 V und wird mittels eines Transformators auf das benötigte Niveau zwischen 10.000 V (10 kV) und 110.000 V (110 kV) angehoben.

    Der Transformator zur Anpassung des Spannungsniveaus kann sich im Maschinenhaus, im Turm oder außerhalb des Turmes direkt neben der Anlage befinden, während der Umrichter im Maschinenhaus oder dem Turm ist.

    Um eine optimale Positionierung des Rotors zur Windrichtung zu erreichen, sind der Rotor und das Maschinenhaus beweglich auf dem Turm gelagert und können mittels Motoren passend zur Windrichtung positioniert werden. Diesen Vorgang nennt man auch yawen. Neben der Positionierung zur Windrichtung ist auch die Höhe des Rotors, die sogenannte Nabenhöhe wichtig für eine effektive Nutzung der vorkommenden Windressourcen. Eine möglichst ideale Nabenhöhe wird mit unterschiedlichen Turmhöhen entsprechend dem jeweiligen Standort und den dort vorherrschenden Windverhältnissen erreicht. Bei den Türmen gibt es ebenfalls verschiedene Bauformen. Häufig verwendete Bauformen sind Stahlrohr oder Hybridtürme (Beton und Stahl, aus wirtschaftlichen und teilweise auch ästhetischen Gründen werden heute Gittermast- oder Betontürme weniger häufig verwendet.

  • Warum steht eine Windkraftanlage still?

    Es gibt diverse Gründe, warum eine Windkraftanlage auch einmal still stehen kann:

    • entweder es ist zu viel oder zu wenig Wind,
    • es werden Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten in der Anlage bzw. im Verteilernetz durchgeführt,
    • die Rotorblätter sind vereist (Winter),
    • Schlagschattenwurf auf Wohngebäude soll verhindert werden – Abschaltung durch Sensorerkennung,
    • die Anlage wird aus Artenschutzgründen z.B. Fledermausflug, abgeschaltet.
  • Zeitrahmen Planung und Bau

    Ein Windenergie-Projekt ist grob in drei Phasen zu unterscheiden, welche im unteren Schaubild dargestellt sind.

    In der Planungsphase werden unterschiedliche Faktoren geprüft, die Voraussetzungen für eine mögliche Umsetzung sind. Ein Bereich wird durch das Bauplanungsrecht im möglichen Suchgebiet gekennzeichnet. Besteht dieses noch nicht, muss die Bauleitplanung seitens der ansässigen Gemeinde noch angepasst werden, welches je nach Projektstand bereits 2 – 3 Jahre in Anspruch nehmen kann. Eine weitere wichtige Voraussetzung sind naturschutzfachliche Untersuchungen, aus denen hervorgeht, ob aus naturschutzfachlicher Sicht im möglichen Suchgebiet Windenergieanlagen gebaut werden könnten. Für die in-tensiven Untersuchungen durch Biologen wird ca. 1 Jahr kalkuliert. Außerdem wird parallel in technischer Hinsicht die Anlagenkonfiguration geprüft, um abschließend eine Aussage machen zu können, ob ein wirtschaftlicher Betrieb gewährleistet ist.

    Sobald die Anlagenkonfiguration feststeht, können in der Übergangsphase die vorbereitenden Maßnahmen für die Realisierungsphase getroffen werden. Ein Bereich davon ist der Antrag der BImSch-Genehmigung (BImSch-Bundesimmissionsschutz). Voraussetzung hierfür wiederum ist die vorherige Erstellung unterschiedlicher Fachgutachten, damit die am Genehmigungsverfahren beteiligten Behörden eine Beurteilung bzw. Stellungnahme über das Bauvorhaben vornehmen können. Parallel dazu werden Gespräche mit möglichen finanzierenden Banken geführt. Ein Beteiligungsmodell wird außerdem frühzeitig festgelegt, sodass die Bürger ebenfalls die Möglichkeit erhalten können an dem Projekt mitzuwirken. Außerdem wird mit dem Netzbetreiber der Netzeinspeisepunkt final abgestimmt, sodass nach Abschluss der Übergangsphase direkt mit der Realisierung begonnen werden kann.

    Die Realisierungsphase umfasst die Umsetzung der vorhergehenden Planung. Es erfolgen Koordinierungen mit unterschiedlichen Zulieferern, wie beispielsweise dem Windenergieanlagenhersteller, Tiefbaufirmen zur Herstellung der Zuwegungen, Montageflächen und Verlegung der Kabeltrassen und mit anderen Akteuren. Diese Phase und auch das Gesamtprojekt schließt mit der Inbetriebnahme der Windenergieanlagen ab.

  • Technische Entwicklung

    Die technische Entwicklung von Windparks folgt der planerischen Entwicklung und geschieht meist schon vor oder während des Antragsverfahrens für die Genehmi-gung. Sie umfasst den Anschluss des Windparks an das öffentliche Stromnetz, Trassenführung des Stromkabels, Vorbereitungen für den Anlagentransport zum Standort, Planung und Ausführung auf der Baustelle, sowie abschließende Rückbaumaßnahmen und Übergabe an den Windparkbetreiber.

    Hierfür ist nicht nur technisches Know-how gefragt, sondern auch eine detaillierte zeitliche Planung sowie gute Kontakte zu den Behörden vor Ort.

    Für die technische Entwicklung eines Windparks müssen diese Bausteine gut ineinander greifen, da ansonsten der Ablauf bei der Realisierung erheblich gestört wird und es zu Verzögerungen kommen kann. Ein besonderes Augenmerk verlangt die Führung des Transportweges und des Stromkabels, die sogenannte Stromtrassenführung. Bei großen Distanzen zwischen Windenergieanlagen und Einspeisepunkt in das öffentliche Stromnetz kann es nötig sein, verschiedenste Hindernisse zu queren. Hierdurch kann ein erheblicher Mehraufwand an Arbeit durch Antragsverfahren entstehen. Ähnliches gilt für den Transportweg zwischen Autobahnabfahrt und Baustelleneinfahrt.

  • Repowering

    Repowering bezeichnet den Abbau alter Windenergieanlagen und die anschließende Errichtung neuer, deutlich effizienteren Windenergieanlagen.

    Nach § 30 des alten EEG´s 2012 erhielten Betreiber von Windenergieanlagen für das vollständige Ersetzen einer Anlage, die vor dem 1. Januar 2002 in Betrieb genommen wurde eine zusätzliche Förderung von 0,5 Cent pro KWh. An diesen Paragraphen wurden weitere Bedingungen, wie z. B. die Verdoppelung der Leistung im Vergleich zur Altanlage geknüpft.

    Diese Förderung von Repowering ist nach der EEG-Novellierung im Jahr 2014 ab dem 01.08.2014 gestrichen worden.

    Ziel von Repowering ist es, weniger effiziente Anlagen durch neuere und leistungsstärkere Windenergieanlagen zu ersetzen. Vorteile liegen hier unter Anderem in der besseren Stromnetzverträglichkeit und der Reduzierung von Geräuschemissionen, da neue Anlagen deutlich ruhiger laufen und effizienter sind.

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