Beitrags-sammlung
Vorwort vorweg: Windkraftanlagen sind von Menschen gemachte Bauwerke, die wie alle anderen Bauwerken und Technologien (Kraftwerken, Straßen, Gebäude, Autos) auch eine Auswirkung auf die Umwelt haben. Klar ist aber auch, die Errichtung von Windkraftanlagen dient keinem Selbstzweck, sondern ist ein Beitrag für die regenerative und heimische Energieversorgung.
Darum geht es auch oft darum, die Auswirkungen der unterschiedlichen Lösungen für die Energieversorgung der Zukunft gegenüberzustellen.
In dieser Beitragssammlung wird auf verschiedene Aspekten und Einzelpunkten bei Windkraftanlagen eingegangen. Für viele der Einzelpunkten hinsichtlich der Auswirkung auf Natur, Mensch und Tier gibt es technische oder organisatorische Gegenmaßnahmen (Abstand der Windkraftanlagen, Abschaltautomatik usw.). Bei anderen muss wie bereits gesagt die Auswirkungen mit der Altnernative verglichen werden.
Am Ende muss noch gesagt werden, dass es in Deutschland nahezu 30.000 Windkraftanlagen gibt und eine langjährige Erfahrung Hinsichtlich der Auswirkung auf Natur, Mensch und Tier besteht. Auch wenn es kontinuierliche Forschung und Evaluationen gibt, es ist keine ganz neue Technologie und weite Teile von Deutschland leben in gute Koexistenz mit angrenzenden Windkraftanlagen.
Klimabilanz Windkraftanlagen
Klar ist, Windkraftanlagen können nicht „Klimaneutral“ errichtet werden. Insbesondere die Herstellung der Stahltürme und der Betonfundamente verbraucht Ressourcen und auch Energie in der Produktion.
Entscheidend für die Klimabilanz ist somit, wieviel Energie über die Lebenszeit mit der Windkraftanlage erzeugt werden kann und woher die Energie bei der Herstellung kommt.
In einer umfangreichen Studie des Umweltbundesamt [1] wurden alle Aspekte bei der Herstellung, Errichtung, dem Betrieb und der Entsorgung in eine „Ökobilanz“ aufgenommen. Als Ergebnis wird eine Betriebszeit von 2,5 bis 11 Monaten angegeben, in der die Windkraftanlage ihre eigene Energiemenge erzeugt hat (Amortisationszeit oder Energy-Payback-Time). Die Zeit hängt letztendlich insbesondere von dem Standort (Windgeschwindigkeit, Kabelbedarf) und dem Strommix bei der Herstellung ab. Im Schnitt laufen Windräder etwa 20-25 Jahre. Auch ein Vergleich zu anderen Kraftwerken wurde vorgenommen, die Ökobilanz Indikatoren (Äq./kWh) sind relativ zu Braunkohle, Gas- und Kernkraftwerken bei Windkraftanlagen deutlich besser.
Eine gute Zusammenfassung der Studie gibt auch das DW [2].
Wirtschaftlichkeit
Der meiste Strom aus den Windkraftanlagen wird über Direktvermarktung an der Strombörse vertrieben, i.d.R. mit dem Bezug von Subventionen über eine Marktprämie (geregelt im EEG). Wenn der Börsenstrompreis über einen anzulegenden Wert liegt, werden keine Subventionen bezahlt. Bei hohen Börsenstrompreisen, werden automatisch keine Subventionen fällig. Der anzulegende Wert wird versteigert, wer den niedrigsten bietet, bekommt den Zuschlag für diese Förderung. Erste Windparks in Deutschland werden ohne eine Förderung gebaut [1].
Je schneller und unbürokratischer Windkraftanlagen aufgebaut werden, desto wirtschaftlicher sind diese. In der Regel ist es so, dass die Wirtschaftlichkeit steigt (modernere Analgen, höherer Börsenstrompreis).
Entscheidende Punkte:
- Durchschnittliche Windgeschwindigkeit als wichtigstes Kriterium
- Je höher die Anlage, desto höher ist die kontinuierliche Leistungsabgabe und der Ertrag
- Je höher der Börsenstrompreis, desto wirtschaftlicher ist die Anlage
- Je näher der zugewiesene Netzanschlusspunkt, desto wirtschaftlicher ist die Anlage
- Je geringer die Projektierungskosten desto wirtschaftlich ist die Anlage
Es gibt mehrere Treiber, welche zu einer größeren Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen in der Zukunft führen:
- Höhere Anlagen
- Vereinfachte Bürokratie / Weniger Auflagen / Verändertes Mindset
- Höherer Börsenstrompreis
Faktoren die dagegen stehen:
- Generell höhere Baukosten
- Lange Projektierungszeiten
- Schwindende „optimale“ Standorte
[1] https://www.enbw.com/unternehmen/presse/gruenes-licht-fuer-enbw-offshore-windpark-he-dreiht.html
Volkswirtschaftlichkeit
Eine Einzelanlage erweist sich in der Regel für den Betreiber als wirtschaftlich. Die heutigen Stromentstehungskosten bei aktuellen Rahmenbedingungen zeigen dies.
Im großen Bild muss auch die Volkswirtschaftlichkeit berücksichtigt werden. Wie bei Atom, Kohle und Gaskraftwerken gibt es bei Wind (wie auch Photovoltaik) Anlagen volkswirtschaftliche Kosten. Größte Kostentreiber sind:
- Netzausbau
- Reserve Kraftwerke
- Aktuell noch sogenannte Redispatchkosten
Wind- und Photovoltaikanlagen werden verteilt im Land aufgebaut. Standorte werden aus geografischen Gesichtspunkten gewählt. Vom Netzbetreiber bekommen die Projektierer der Anlagen den nächstgelegenen Anschlusspunkt genannt, an welchen diese ihre Anlagen anschließen können. Der Anschluss bis zu diesem Punkt ist Teil der Windkraftanlage und die Kosten dafür trägt der Projektentwickler (zum Beispiel der Energieversorger).
Allgemeine Kosten für die Stromkunden entstehen dann, wenn der Strom nicht abtransportiert werden kann. Dies ist aktuell öfters im Norden Deutschlands der Fall: Wenige energieintensive Industrie, viel Windstrom. Wenn alle Bestandsleitungen gegen Süden ausgelastet sind, müssen Windkraftanlagen im Norden abgeschaltet und Reservekraftwerke (z.B. Gaskraftwerke) im Süden hochgefahren werden. Die Kosten die hierbei für den Netzbetreiber und damit für Stromkunden entstehen nennt man „Redispatchkosten“.
Um in Zukunft mehr Strom aus dem Norden in den Süden transportieren zu können, werden besonders leistungsfähige Stromtrassen gebaut [1]-[3]. Dies sind große und teure Projekte. Insbesondere da aus politischen Gründen ein Großteil der Leitungen als Erdkabel ausgeführt werden. Sind diese realisiert, werden die Redispatchkosten wieder abnehmen.
Wenn jedoch in Zukunft nur Anlagen im Norden und der größte Strombedarf im Süden verbleibt, dann müssten noch viele solche großen Infrastrukturprojekte realisiert werden. Mit enormen Zeit- und Ressourcenaufwand.
Es gibt ein Volkswirtschaftliches Optimum zwischen Netzausbau und eigener Erzeugungsleistung vor Ort. Deswegen ist es wichtig, dass auch im Süden Erzeugungsleistung aufgebaut wird.
Ein größerer Punkt ist die Errichtung und Betrieb von Reservekraftwerken. Also Kraftwerken, die bereitstehen, wenn es nahezu kein Wind- und Sonnenenergie gibt. In der Regel sind dies Gaskraftwerke, welche gegenüber Kohle- und Kernkraftwerken wesentlich schneller angefahren werden können, günstiger in der Errichtung und der Betriebsfähigkeit sind. Nur der Brennstoff ist verhältnismäßig teuer und ggf. nicht unendlich verfügbar. Als Reservekraftwerk ist dies aber weniger relevant.
Auch in der Vergangenheit (alte Energiewelt ohne EEG-Anlagen) gab es eine große Anzahl von Reservekraftwerken. Reserven als Ersatz für planmäßige Abschaltungen von Kraftwerken oder auch im Fall unplanmäßiger Abschaltungen. Für ein Energiesystem basierend auf Wind- und Sonnenenergie muss diese Anzahl aber erhöht werden, um im Zweifel auch ohne Wind und Sonne Deutschland mit Strom zu versorgen. So würden Kern- und Kohlekraftwerken durch mehr Gaskraftwerke ersetzt werden.
Letztendlich muss auch beim Thema Volkswirtschaftlichkeit das Energiesystem basierend auf Windkraft mit den Alternativen verglichen werden. Eine sichere und regenerative Energieversorgung gibt es nicht zum Nulltarif.
Kernkraftwerke sind hochsubventionierte Konstrukte. Nicht im Betrieb, jedoch in der Errichtung, in der Entsorgung und in der Endlagerung. Nicht zu schweigen im Fall einer Katastrophe. Mehr dazu in unserem F&A-Beitrag [4].
Kohle- und Gaskraftwerke basieren auf dem verbrennen endlicher Ressourcen und die Emission von CO2 verursacht ebenfalls indirekte volkswirtschaftliche Kosten. Mehr dazu in unserem F&A-Beitrag [4].
[1] https://www.netzausbau.de/Vorhaben/ansicht/de.html?cms_nummer=5&cms_gruppe=bbplg
[2] https://www.netzausbau.de/Vorhaben/ansicht/de.html?cms_nummer=5a&cms_gruppe=bbplg
[3] https://www.netzausbau.de/Vorhaben/ansicht/de.html?cms_nummer=2&cms_gruppe=bbplg
Emissionen – Schattenwurf
„Als Schattenwurf wird der durch direkte Sonneneinstrahlung hervorgerufene Schatten einer Windkraftanlage bezeichnet. Dieser kann je nach Betriebszustand stationär oder periodisch auftreten.“ [1]
Er kann als störend empfunden werden. Deswegen wird beim Bau einer Anlage eine Schattenwurfprognose gefordert [2]. Grenzwerte müssen eingehalten werden.
Der Schattenwurf ist vor allem von Windverhältnissen und Sonneneinstrahlung abhängig. Dadurch ist die Intensität auf einzelne Grundstücke auch in der Regel temporär.
Emissionen – Geräusche
Windkraftanlagen erzeugen Schallemissionen (aerodynamische und mechanische Geräusche). Für diese Schallemissionen gibt es Grenzwerte nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz. Auch Windkraftanlagen müssen diese einhalten und darum ist für deren Genehmigung ein Schallgutachten erforderlich.
Oftmals werden die Grenzwerte schon nach einigen 100 Merten eingehalten und somit mit weiterem Abstand zu Gebäuden. Je nach Windrichtung und Standort können jedoch auch weit entfernt Geräusche wahrgenommen werden. Dies aber temporär. Darüber hinaus wird für Einzelfälle auch an neuen Lösungen gearbeitet [1].
Zum Thema Schallemissionen hat das Umweltbundesamt eine umfangreiche Studie [2].
[1] https://www.ndr.de/nachrichten/schleswig-holstein/Kieler-Startup-will-Windraeder-leiser-machen,windkraft1320.html
[2] https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/geraeuschwirkungen-bei-der-nutzung-von-windenergie
Emissionen – Leuchtfeuer
Windräder müssen ab einer gewissen Höhe mit Blinklichter ausgestattet sein, um nachts für Flugzeuge sichtbar zu sein. Dies wird auch als „Leuchtfeuer“ bezeichnet. Das Nachts permanente Blinken kann Anwohner nerven.
Heutzutage gibt es hier vernünftige Lösungen. So werden Windkraftanlagen von EnBW nur noch mit bedarfsgerechten Blinklichtern ausgestattet [1].
[1] https://www.enbw.com/unternehmen/eco-journal/bedarfsgerechte-nachtkennzeichnung.html
Emissionen – Infraschall
Infraschall sind Schallwellen im nicht hörbaren Frequenzbereich. Infraschall wird von verschiedenen Quellen verursacht und es ist ein Thema, das es in der Medizin-Forschung schon lange untersucht wird. Windkraftanlagen sind Quellen von Infraschall und haben dieses Teilgebiet der Forschung wieder in einen Fokus gerückt.
Allgemeine Informationen zum Thema Infraschall finden Sie in der Studie des Umweltbundesamt [1] aus 2022. In einem Artikel aus dem Ärtztebaltt von 2019 wird die Thematik ebenfalls gut dargestellt.
Letztendlich kommt es wie bei allen Störemissionen auf die Amplitude der Störung an, also wie stark ausgeprägt diese ist. Das LUBW hat mit einer Messkampagne Infraschall von Windkraftanlagen und die Störpegel von Windkraftanlagen gemessen und mit anderen Störquellen verglichen [3].
Ein zentrales Fazit wird hier zitiert: „In 700 m Abstand von den Windenergieanlagen war zu beobachten, dass sich beim Einschalten der Anlagen der gemessene Infraschall Pegel nicht mehr nennenswert oder nur in geringem Umfang erhöht. Der Infraschall wurde im Wesentlichen vom Wind erzeugt und nicht von den Windenergieanlagen.“ [3, S. 57]
[1] https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/geraeuschwirkungen-bei-der-nutzung-von-windenergie
[2] https://www.aerzteblatt.de/pdf.asp?id=205246
[3] https://pudi.lubw.de/detailseite/-/publication/84558
Auswirkung auf Tiere / Vogelschlag
Menschliche Technologie und Bauwerke sowie die Natur selbst führen zum Tod von Vögeln.
So auch die von Menschen aufgebauten Windkraftanlagen. Es muss aber in Relation zu anderen Ursachen gesetzt werden.
Glas und verspiegeltes Glas an Bauten, Freileitungen, Verkehr und Katzen töten nach mehreren Studien jeweils erheblich mehr Vögel als die Windkraftanlagen.
Außerdem werden Lösungen angeboten, die bei Erkennung von Großvögel zur kurzzeitigen/bedarfsgerechten Abschaltung von Windenergieanlagen führt. Zudem wurden in ersten Untersuchungen Erfolge mit schwarz angemalten Rotoren erzielt. Diese Studien sind jedoch noch zu evaluieren.
Letztendlich ist auch die globale Erwärmung die größte Bedrohung aller Menschen und Tiere.
Waldrodung
Werden Windkraftanlagen im Wald gebaut, müssen Bäume gefällt werden. Rund um die Windkraftanlage wird eine gewisse Fläche freigehalten.
Auch für die Zufahrt der Windanlagen müssen in den meisten Fällen Bäume gefällt werden, um einen festen Weg für den Transport zu erzeugen. Dieser kann später wieder aufgeforstet werden, wird jedoch oft aus praktischen Gründen unterlassen.
Auch das ist ein Eingriff in die Natur. Vergleicht man es jedoch mit der Abholzung für die Energetische Nutzung, Rodung für landwirtschaftliche Zwecke oder den dauerhaften Bedarf von Flächen beim Kohletagebau (sei es hier in Deutschland siehe Bild [1] unten oder für Steinkohle in Kolumbien) ist dies nur ein kleiner Eingriff. Es müssen keine ganzen Wälder gerodet werden.
Entsorgung
Der Großteil einer Windkraftanlage besteht aus Stahl und Beton. Diese lassen sich sehr gut recyceln.
Ebenso viele elektrische Komponenten wie der Generator, Transformator und Kabeln.
Schlecht recyceln lassen sich die Rotorblätter. Wegen deren besonderen Herstellung (mit Harz verklebte Kunst-, Glas-, oder Kohlefaserstoffe) werden die derzeit nur in Hochleistungsöfen verbrannt und damit nur noch energetisch weiterverwendet.
Jedoch werden mittlerweile die ersten recycelbaren Rotorblätter für große Offshore-Anlagen werden derzeit in Dänemark hergestellt. Ab 2030 will der Anlagenbauer Siemens Gamesa nur noch recycelbare Rotorblätter verkaufen, ab 2040 seine Windkraftanlagen komplett klimaneutral produzieren.
Flächenversiegelung
Der Bau einer Windkraftanlage erfordert für das Fundament eine Versiegelung des Bodens. Dies ist eine negative Notwendigkeit von Windkraftanlagen. Hochgerechnet auf die Leistung eines Kohlekraftwerks wird auch wesentlich mehr Fläche versiegelt.
Jedoch wird für den Betrieb kein Bergbau benötigt, wie bei Kern- und Kohlekraftwerken. Ein Rückbau ist ebenfalls möglich. Die Dimension eines Braunkohletagebaus in Deutschland wird im Bild [1] unten gezeigt.
Zudem ist die Versiegelung die Fläche um die Windkraftanlage begrenzt und ist in der Regel nicht in direkter Nachbarschaft zu anderen menschlichen Konstrukten welche den Boden versiegeln, sodass drumherum eine Wasserdurchlässigkeit gegeben ist.
Auswirkung auf das Landschaftsbild
Windkraftanlagen sind große menschliche Konstrukte und haben eine Auswirkung aufs Landschaftsbild. Eine symmetrische Platzierung der Anlagen kann helfen, dass die Anlagen sich für den Menschen besser in die Landschaft einordnen.
Unter „Eindrücke aus der Exkursion“ wird auch der Eindruck der Anlagen von der Orts Perspektive behandelt (siehe Link zum Beitrag unten). So manch Teilnehmer war überrascht, wieharmonisch sich die Anlagen in das Ortsbild einfügten.
SF6-Problematik
Für die Schaltanlagen von Windkraftanlagen werden SF6 isolierte Schaltanlagen verwendet. Wie an vielen Stellen unserer Energieversorgung. SF6 ist ein ideales Isoliergas für Hochspannung, ist aber auch das gefährlichste Treibhausgas. Es unterliegt darum einer stärkeren Regulierung. In Schaltanlagen ist man prinzipbedingt daran interessiert, dass kein Isoliergas entweicht, ansonsten würde es bei den hohen Spannungen zu einem Kurzschluss und zur Zerstörung der Anlage kommen.
Für die meisten Hersteller gibt es eine Selbstverpflichtung, bei der Entsorgung das SF6 komplett abzuscheiden.
Jedoch gibt es Hinweise, dass wesentlich mehr SF6 imitiert wird (generell nicht auf Windkraftanlagen bezogen) als von der Industrie angegeben. Sei es durch Diffusion (ungewollte Entweichung) oder nicht korrekter Entsorgung.
Darum gibt es EU weit eine Regelung, die Schrittweise ab 2026 SF6 Schaltanlagen vom Markt nimmt.
https://www.tagesschau.de/wirtschaft/energie/erneuerbare-energien-windkraft-treibhausgas-sf6-101.html
Abrieb der Rotorblätter
Rotoren von Windkraftanlagen sind allerhand Widrigkeiten ausgesetzt. Neben den allgemeinen Witterungsbedingungen bewegen sich die Rotoren bei Bemessungsgeschwindigkeit in einer hohen Frequenz. Durch diese Geschwindigkeit sind bereits Staubpartikel in der Luft und Regentropfen Stressfaktoren. Rotoren werden deshalb mit speziellem Beschichtungen versehen [1], um übermäßige Erosion (Abrieb) und damit Verlust der Lebensdauer zu vermeiden.
Insbesondere wird verstärkt Erosion bei Offshore-Windparks, also auf See, vermerkt [2].
Auch hier muss man die Emission wieder im Verhältnis sehen, denn wie in der Einführung geschrieben, hat jede von Menschen gemachte Aktion eine Auswirkung auf die Umwelt. Nach [3] ist mit Abstand der größte Emittent von Kunststoff in der Umwelt der Abrieb von Reifen.
Hersteller und Betreiber arbeiten mit Nachdruck, übermäßige Erosion zu vermeiden, geht dies doch zu Lasten der Lebensdauer.
Kritisch beim Abrieb von Rotorblättern ist zu vermerken, dass diese aus mit Harz verklebten Kunst-, Glas-, oder Kohlefaserstoffen bestehen. Aus diesem Grund wie auch aus dem Grund der Wiedervertbarkeit (siehe Punkt zur Entsorgung), wird auch an neuen Technologien für die Rotorblättern gearbeitet.
[1] https://www.lacke-und-farben.de/magazin/wissenschaft-technik/langfristiger-schutz-fuer-windenergieanlagen
[2] https://www.erneuerbareenergien.de/technologie/onshore-wind/das-rotorblatt-im-visier-achtung-erosionsschaeden-relativ-neuen-windkraftfluegeln
[3] https://www.umsicht.fraunhofer.de/content/dam/umsicht/de/dokumente/publikationen/2018/kunststoffe-id-umwelt-konsortialstudie-mikroplastik.pdf
[1] Bild vom Tagebau Garzweiler