8. – 9. Schuljahr

Frank Morgeneyer

Wo soll die Windkraftanlage gebaut werden?

Nachhaltigkeit von Windkraft diskutieren

Windkraft ist heute in Deutschland die wichtigste regenerative Energie bei der Stromerzeugung. Die fast 30.000 Windräder sind das sichtbarste Zeichen der Energiewende. Der überwiegende Anteil der Anlagen befindet sich auf dem Festland. Aber welche Standorte sind hier geeignet? Die Schülerinnen und Schüler setzen sich mit den Anforderungen und Perspektiven dieser Art der Stromgewinnung auseinander und führen eine Standortanalyse durch.

Sachanalyse
Mit der als Energiewende bezeichneten grundlegenden Umstellung der Energieversorgung befindet sich Deutschland seit Mitte der 1990er-Jahre auf dem Weg, nukleare und fossile Brennstoffe durch erneuerbare Energien und mehr Energieeffizienz abzulösen. Dabei ist das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) aus dem Jahr 2000 das zentrale Steuerungsinstrument. Es gleicht unter anderem die Nachteile gegenüber den fossilen und atomaren Energieträgern aus und sichert den Anlagenbetreibern von erneuerbaren Energien den vorrangigen Anschluss an das Stromnetz und die Abnahme des erzeugten Stroms zu.
Das EEG hat zum Ziel, den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung bis 2050 auf mindestens 80  % zu steigern. Im Jahr 2018 lag dieser Anteil bei 40  %. Etwa die Hälfte dieses Stroms stammt dabei aus der Windenergie, die sich mittlerweile zur zweitwichtigsten Erzeugungstechnologie nach der Braunkohle entwickelt hat (s. Abb. 2 ).
Entwicklung der Windkraft weltweit
Auch global wächst die Stromerzeugung aus Windkraft. Sie hat sich gegenüber 2010 verdreifacht. Die größten Zuwächse verzeichnen China und die USA, gefolgt von Deutschland auf dem dritten Platz. Asien ist mit 44  % und 260 Gigawatt der größte Windmarkt der Welt, gefolgt von Europa (33 % der globalen Windstromerzeugung) und Nordamerika (20 % der Windstromerzeugung). Neue Märkte entwickeln sich gegenwärtig in Südostasien und Südamerika.
Den höchsten Anteil der Windenergie an der nationalen Stromerzeugung hat Dänemark. Hier wird jede zweite Kilowattstunde durch Windkraft erzeugt. Hohe Anteile weisen auch die Länder Irland (20  %), Portugal (21  %) und Spanien (17,8  %) auf. Hinsichtlich der Leistungsdichte liegt Deutschland mit 167,2 Kilowatt Windstrom pro Quadratkilometer (kW/km2) mit Abstand an der Spitze. Die Flächenstaaten USA (10,6 kW/km2 und 5  % Anteil) und China (21,9 kW/km2 und 3,9  % Anteil) weisen trotz ihrer führenden Position beim Gesamtbestand deutlich geringere Werte auf.
Standorte in Deutschland
Aufgrund der dichten Besiedlung und der unterschiedlichen Reliefbedingungen ist Deutschland im Vergleich zu anderen europäischen Ländern durch kleine und räumlich verteilte Windparks geprägt. Auch wenn sich der Zubau von Windkraftanlagen in Deutschland im Jahr 2018 etwas abgeschwächt hat, wird es auch in den kommenden Jahren zu einem weiteren Ausbau kommen. Dabei wird es deutliche Zuwächse von Offshore-Anlagen geben, der Großteil des Ausbaus des deutschen Windstroms wird jedoch weiter an Land erfolgen (s. Abb. 1 ).
Wind ein entscheidender Faktor
Ohne Wind kein Strom aus einer Windkraftanlage. Die maximal mögliche Windleistung P an einer Windturbine lässt sich mit der Formel P= 1 __ 2 ρAv³ – Luftdichte, A – durchströmte Fläche, v – Windgeschwindigkeit) berechnen. Der entscheidende Faktor ist die Windgeschwindigkeit, die mit der dritten Potenz in die Formel eingeht. So führt zum Beispiel eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit zu einer achtfachen Leistung. Windhöffige Flächen sind also ein entscheidender Standortfaktor.
Das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) unterteilt Deutschland, entsprechend der jeweiligen Windverhältnisse in zehn Metern Höhe, in vier Windzonen (s. Abb. 3 ):
  • Schwachwindstandorte (Windzone I),
  • typische Binnenlandstandorte (Windzone II),
  • küstennahe Standorte (Windzone III),
  • Küstenlinie (Windzone IV).
Höhe der Windkraftanlagen
Da die...

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