Technologien und Anwendungen

Der Ertrag von Windenergieanlagen (WEA) hängt maßgeblich von der Windgeschwindigkeit ab. Da der Wind mit steigender Entfernung zur Erdoberfläche immer stärker und gleichmäßiger weht, werden die Anlagen auf möglichst hohen Türmen gebaut.
Regionale Begrenzungen der Anlagenhöhe können dazu führen, dass das Effizienzpotenzial nicht voll ausgeschöpft wird. In Deutschland beispielsweise ist in einigen Bundesländern eine Begrenzung der Anlagenhöhe auf 100 m üblich.

Große WEA stellen besondere Anforderungen an das Material. Deutsche Hersteller und Entwickler sind weltweit führend bei der Umsetzung und Verbesserung von Konzepten zur Nutzung der Windenergie. Ein Schwerpunkt liegt hierbei auf der Wartungsfreundlichkeit sowie auf dem Einsatz hochwertiger erprobter Materialien, um eine hohe Auslastung der Anlagen zu ermöglichen. Zur effizienten Umwandlung von Windenergie in Elektrizität haben deutsche Hersteller zwei unterschiedliche Konzepte weiterentwickelt: Generatoren mit Getriebe und getriebelose Generatoren. Die derzeit leistungsstärksten deutschen Anlagen haben eine Nennleistung von 6-7 Megawatt (MW). Die größte Anlage deutschen Bautyps hat eine Nennleistung von 7,5MW.

Die Mehrzahl der weltweit errichteten Windenergieanlagen ist zurzeit auf dem Festland installiert. Auch in Zukunft wird ein Großteil des Ausbaus weltweit und in Europa überwiegend an Land stattfinden. Der Aufbau von Offshore Wind Parks (OWP) wird in den nächsten Jahren jedoch an Bedeutung gewinnen. Erfahrungen mit Offshore-Projekten wurden bereits in über 30 realisierten Offshore-Windparks vor den Küsten von Großbritannien, Dänemark, Schweden, Irland, den Niederlanden und Deutschland gesammelt. Aufgrund der konstanten Windverhältnisse und der höheren durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten liegen die erwarteten Energieerträge bis zu 35 Prozent über den Erträgen an Land. Die deutsche Bundesregierung erwartet eine in Deutschland installierte Leistung von bis zu 25 GW im Jahr 2030. Somit könnten maritime Windparks in Deutschland auf lange Sicht bis zu 15 Prozent des Strombedarfs decken. Mit dem Bau der ersten kommerziellen Offshore-Windparks „Baltic 1“ in der Ostsee und „Bard Offshore1“ in der Nordsee sind im Jahr 2010 wichtige Meilensteine bei der Entwicklung der Offshore-Windenergienutzung erreicht worden.

Die Herausforderungen bei Offshore-Anlagen bestehen in erster Linie in der starken Wetterabhängigkeit im Installationsprozess. So beschränkt sich die Hauptbauphase auf den Zeitraum von April bis November und steht in einer starken Abhängigkeit von Wellenhöhe und Windgeschwindigkeit. Diese schwer kalkulierbaren Parameter wirken sich mitunter signifikant auf die Gesamtkosten eines Projektes aus. Im laufenden Betrieb stellt u.a. auch der Einfluss der salzhaltigen Luft besondere Anforderungen an die verwendeten Materialien. Multimegawatt-Anlagen für den Offshore-Bereich und ihre Komponenten werden zum großen Teil in Deutschland entwickelt, gefertigt und an Land in Kleinserien getestet.

Ebenfalls an Bedeutung gewinnt der Einsatz kleiner Windenergieanlagen (Kleinwindanlagen, KWEA). Die Definition von Kleinwindanlagen wird durch die international gültige IEC-NORM 61400-2:2006 („design requirements for small wind turbines“) vorgegeben. Als kleine Windenergieanlagen gelten danach alle Anlagen, deren überstrichene Rotorfläche kleiner ist als 200 Quadratmeter bei 350 W/m². Daraus ergibt sich eine maximale Leistung von 70 kW. Der Turm ist in der Regel nicht höher als 20 Meter. Bei den derzeit marktgängigen Anlagen liegt die Leistung in der Regel zwischen 5 und 10 kW. Der Einsatz von Kleinwindanlagen eignet sich insbesondere für eine elektrische Grundversorgung in netzfernen Regionen.