Ein Plädoyer für die Kleinwindenergie

Dieser Artikel erschien 2012. Die Tipps und Techniken können möglicherweise veraltet sein.

von Volker Wachenfeld (Gastbeitrag), , 0 Kommentare

Heute soll im Land Hessen ein neuer Landesentwicklungsplan auf den Weg gebracht werden, der in diesem Zusammenhang eher wenig zukunftsweisend erscheint. Ein passender Anlass für uns, unsere Gedanken zu diesem Thema einmal zusammenzuschreiben.

Die Energieversorgung von morgen ist dezentral. Dezentral insbesondere deshalb, weil die Energie, die verbrauchernah erzeugt wird, nicht erst über große Distanzen zum Endabnehmer transportiert werden muss. Das entlastet die Netze und spart darüber hinaus Transportverluste. Doch kann man Windkraft in eine dezentrale Energieversorgung einbinden? Wir denken schon, allerdings müssen dazu ein paar Bedingungen erfüllt sein.

Kombikraftwerk

Die Idee des Kombikraftwerks: Viele dezentrale Erzeuger agieren wie ein Großkraftwerk. (Quelle: www.unendlich-viel-energie.de)

 

Was ist eigentlich eine dezentrale Energieversorgung?

Unsere Vision zu diesem Punkt sieht so aus: Überall im Land wird elektrische Energie erzeugt, aus Sonne, Wind, Wasser und Biomasse, aber eben auch hocheffizient aus Gas mittels kleiner, verteilter Blockheizkraftwerke (BHKWs), die gut regelbar sind und stromgeführt gefahren werden können, das heißt, wenn die Sonne mal nicht scheint und auch kein Wind weht, stellen die BHKWs Strom zur Verfügung, auch wenn gerade keine Wärme benötigt wird. Der Strom wird da verbraucht, wo er erzeugt wird. Die Solartechnik bietet hierfür auch sehr gute Voraussetzungen, weil sie gerade in Deutschland zum allergrößten Teil auf den Dächern von Einfamilienhäusern oder Bauernhöfen installiert wird – dezentral also in seiner reinsten Form. Das Potenzial für  Wasserkraft ist in Deutschland schon weitestgehend ausgeschöpft, aber auch die Reaktivierung von stillgelegten Wassermühlen trägt zur dezentralen Versorgung bei. Biomasseanlagen müssen aufgrund der aufwändigeren Anlagentechnik eher etwas größer gebaut werden, sind aber durch die Anbindung an die Rohstofferzeugung schon mal prinzipbedingt eher dezentral. Nur bei der Windenergienutzung geht der Trend ungebrochen hin zu größeren, zentralen Anlagen.

 

Kleinwindenergieanlagen heute – keineswegs die Technik von gestern!

Für Kleinwindanlagen gibt es keine so ganz klar abgegrenzte Beschreibung. Der eigens gegründete Bundesverband liefert auf seiner Homepage eine detailliertere Definition, man kann sogar eine Europanorm (EN61400-2) heranziehen. Eigentlich sind Windmühlen bis 500 kW Leistung heute eher als „klein“ zu bezeichnen, praktisch spielen aber die Anlagen bis zu einer Leistung von 20 kW die dominierende Rolle in diesem Sektor – und für die interessieren wir uns im Zusammenhang mit unserem Schlagwort „dezentrale Energieversorgung“ am meisten. In meiner Diplomarbeit habe ich mich ausführlich mit der Netzbelastung durch den Windpark im Kaiser Wilhelm-Koog beschäftigt. Dort standen Anlagen von MAN und Enercon, erstere mit simplen Asynchrongeneratoren starr netzgekoppelt, letztere immerhin schon mit Stromrichtern ausgestattet, die eine bessere Anpassung an die verschiedenen Windgeschwindigkeiten erlaubten. Wenn ich mich richtig erinnere, lagen beide Anlagentypen bei etwa 20 kW Nennleistung. Mit diesen „Oldtimern“ aus den späten 80ern haben die heutigen Kleinwindanlagen nur noch wenig gemeinsam. Lediglich die Dimensionen sind vergleichbar, ansonsten setzen die Kleinwindmühlenbauer heute auch auf neueste Technik. Bei den Rotorblattprofilen bedient man sich durchaus mal am Erfahrungsschatz der Großanlagentechnik, Verstellmechanismen für die Rotorblätter sind ab einer gewissen Anlagengröße durchaus selbstverständlich, und als Generatoren kommen kleine, leichte Synchrongeneratoren mit Permanentmagneten zum Einsatz, die einen hohen Wirkungsgrad und damit eine gute Ausbeute erlauben.

 

Drehzahl und Windgeschwindigkeit – gute Anpassung sorgt für guten Ertrag

Und gerade diese Technik erlaubt es, die kleinen Anlagen in zumindest einem Aspekt technisch vielleicht noch etwas moderner zu bauen als die großen Brüder. Mit den PME-Generatoren, deren Erregerleistung aus Permanentmagneten kommt, ist man gezwungen, die Anpassung an das Netz über einen Stromrichter zu bewerkstelligen – sonst passen Spannung und Frequenz nicht zusammen. Wenn man aber die elektrische Frequenz des Netzes von der Drehzahl des Rotors entkoppeln kann, wird die Anlage bei schwächeren Windgeschwindigkeiten eher langsamer drehen – und so den Wind besser ausnutzen. Und das ist im Großanlagenbereich noch keineswegs selbstverständlich. Was man dazu braucht: ein Gleichrichter, der aus der Anlagenspannung eine Gleichspannung macht, und einen Wechselrichter, der aus dem so entstehenden Gleichstrom netzkonformen Wechselstrom macht. Hört sich irgendwie nach Photovoltaik an. Und das ist auch der Grund, warum wir uns bei SMA mit diesem Thema auseinander setzen. Die Systemtechnik für die PV ist grundsätzlich auch für modernere Kleinwindanalagen geeignet, man muss lediglich die Software an den Anwendungsfall anpassen. Deshalb baut SMA auch Wechselrichter, die Windy Boy heißen, wie ein Sunny Boy aussehen, sich aber nicht so verhalten.

 

Aber lohnt sich die Nutzung von Kleinwindanlagen denn überhaupt?

Mit der derzeitigen EEG-Einspeisevergütung von etwas mehr als 9 Eurocent lässt sich eine Anlage angesichts der heutigen Kostensituation nicht wirtschaftlich betreiben. Und dann kommt noch das komplizierte Genehmigungsverfahren, was in Deutschland bei großzügiger Betrachtung landesweit geregelt ist (Stichwort Landesbauordnung), tatsächlich aber teilweise sogar der schwer vorhersagbaren Gnade kommunaler Gremien unterliegt. Und dann gibt es immer noch den nörgeligen Nachbarn, den Geräusche oder Optik der Anlage stören. Und, und, und. Und was nun? Aufgeben?

 

Eigennutzung – in der Solartechnik längst ein Erfolgsmodell

Strom aus kleinen Windkraftanlagen hat dann einen größeren Wert, wenn er nicht ins öffentliche Netz eingespeist (und nach EEG vergütet) wird, sondern direkt im Haushalt oder Kleingewerbe verbraucht wird. Dann steigt der Wert einer Kilowattstunde von den schon genannten etwas mehr als 9 Cent plötzlich auf ungefähr 25 Cent – und das kann je nach Standort auch für Wind klappen. Und bei all den Nachteilen hinsichtlich Komplexität bei Aufstellung der Mühlen gegenüber PV-Anlagen, die einfach auf das Dach gebaut werden: es gibt einen nicht zu vernachlässigenden Vorteil: Windstrom korreliert fantastisch mit dem Heizenergiebedarf im Haus. Wenn es draußen kalt um die Ecken pfeift, hat man es drinnen gern warm. Windstrom in Verbindung mit Wärmepumpen sorgt beispielsweise für einen hohen Eigenverbrauch – diese Applikation kann durchaus wirtschaftlich betrieben werden.

 

Wind und Sonne – ein Dream-Team für die dezentrale Energieversorgung

Die aktuelle politische Diskussion thematisiert gern den Nachteil von Wind- und Sonnenstrom. Man hört Begriffe wie volatil und fluktuierend, gemeint ist die Tatsache, dass man die Erzeugung nicht wie bei einem konventionellen Kraftwerk einfach mal abrufen kann, wenn man sie gerade braucht. Der Wind muss wehen, die Sonne scheinen, sonst geht nichts. Der große Rundumschlag spricht auch gern von mangelnder Zuverlässigkeit. Das kann man aber so nicht stehen lassen, denn die heutigen Vorhersagewerkzeuge erlauben durchaus eine zuverlässige Erzeugung. Man weiß, was man wann bekommen kann. Wenn man jetzt noch den Verbrauch steuern könnte, wäre auch dieses Problem gelöst – dann kommen Energiemanagementsysteme und Speicher dazu, aber darauf wollen wir hier nicht eingehen.
 

Verhältnis PV/Wind

Quelle: Wachenfeld, Volker: Grid Integration of Large Scale PV Systems. Photon’s 2nd Solar Electric Utility Conference. München: 6. März 2009

 

Was gern übersehen wird: Wind und Sonne ergänzen sich im Jahresgang nahezu perfekt. Während Sonnenstrom im Sommer an schönen Tagen heute schon den gesamten Spitzenstrombedarf in Deutschland deckt (und an schlechteren Tagen immer noch signifikante Anteile), schlägt die Stunde für die Windkraft eher in der anderen Jahreshälfte, beginnend mit den Herbstwinden über die Wintermonate bis in den späten Frühling. Das heutige Fraunhofer IWES hat vor einigen Jahren umfangreiche Untersuchungen anhand der Einstrahlungs- und Winddaten von 2005 durchgeführt, die wir gern in unseren Vorträgen genutzt haben, um diesen Zusammenhang aufzuzeigen.

Diese Korrelation wurde auch in den Untersuchungen zum so genannten Kombikraftwerk (s. obere Grafik) untersucht und die Wirksamkeit im Modellversuch im Harz nachgewiesen (www.kombikraftwerk.de). Baut man also Wind und Photovoltaik strategisch dezentral aus, so können diese beiden fluktuierenden Energiequellen in Kombination mit Kraft-Wärme-Kopplung und Speichern den Grundstein für eine dezentrale Vollversorgung legen. Und damit dieses elegante Prinzip auch dezentral in kleinerem Maßstab funktioniert, brauchen wir neben effektiven Photovoltaik-Anlagen eben auch effektive Kleinwindanlagen.

 

Was brauchen wir denn jetzt noch, damit das Konzept erfolgreich ist?

Kleinwind hat gute Chancen zur dezentralen Stromversorgung beizutragen, wenn die Aufstellung und der Betrieb der Anlagen „entkompliziert“ wird. Dazu zählen einheitliche Aufstellungsvorschriften auf  Bundesebene sowie durch entsprechende Unterstützung auf Landes- und kommunaler Ebene.

Was allerdings nicht passieren sollte sind zusätzliche Steine im Weg. Das kann die Kleinwindenergie in dieser Phase am allerwenigsten gebrauchen. So plant die hessische Landesregierung heute einen neuen Landesentwicklungsplan zu verabschieden. Dieser beschäftigt sich sogar im Detail mit Kleinwindenergienutzung, ist aber leider nicht förderlich. So können Anlagen ab einer Bauhöhe von 10 m so gut wie nicht mehr aufgestellt werden. Aber erst ab dieser Aufstellhöhe haben Kleinwindanlagen überhaupt eine Chance einen sinnvollen Beitrag zur Stromerzeugung zu leisten. Darunter sind sie eher eine Verzierung für ein ökologisches Gewissen, da der Wind in so geringen Höhen auf Grund der bodennahen Verwirbelungen praktisch kaum noch nutzbare Energie anbietet.

Einer umfassenden Dezentralisierung (und damit auch Demokratisierung) der Stromerzeugung werden so eher Steine in den Weg gelegt. Hier sind andere Denkweisen gefordert, damit wir wirklich am Ende alles dafür getan haben, dass unsere Eingangsthese auch Realität wird:

Energie muss künftig dezentral erzeugt werden!

 

Der Beitrag wurde in Zusammenarbeit mit Jan Rössler verfasst.

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