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Facharbeit: Windenergie in Deutschland

Alles zu Regenerative Energien

Facharbeit


Windenergie in Deutschland
Eingereicht von: Keller, Julian
Klasse 11
Weinberg-Gymnasium Kleinmachnow
Betreuer: Frau Müller
Fachlehrerin für den Bereich Geografie
Stahnsdorf, den 09. 01. 2008
Inhaltsverzeichnis Seite
Einleitung 3
2. Nutzung des Windes – Ein Rückblick in die Geschichte 4
Alternative Klimaschutzoption 5
Windkraftanlagen 7
4.1 Arten von Windkraftanlagen 7
4.2 Komponenten der Anlage und ihre Funktion 8
4.3 Positive Aspekte 10
4.4 Negative Aspekte 11
Planung und Errichtung einer Windkraftanlage 12
Standortverteilung von Windparks und Begründung 15
Meinungen der deutschen Parteien zum Thema 16
alternativer Energieerzeugung
Zusammenfassung 17
Anhang 18
Literaturverzeichnis 24
Eigenständigkeitserklärung 25

1. Einleitung
Wind ist eine horizontale Bewegung von Luftmassen, die infolge von Luftdruckunterschieden entsteht. Schon immer musste sich der Mensch mit dieser Naturkraft arrangieren. Wind stellt für den Menschen eine Urkraft dar, die zerstörerisch und gefährlich sein kann, z.B. bei Hurrikans und Tornados, aber auch Sturmfluten und Überschwemmungen. Er nutzte jedoch auch die Vorteile des Windes, zum Beispiel zum Transport und zum Trocknen, oder später durch den Bau von Mühlen zum Getreide mahlen und Wasser pumpen. Er entwickelte die Windmühlen, die immer leistungsstärker wurden. Seit mehr als 50 Jahren versteht er es auch, die aus dem Wind genommene Energie in elektrische umzuwandeln.
Seit es Strom gibt, ist er ein wichtiger Teil unseres heutigen Lebens geworden. Bisher wurde er durch Verbrennung von fossilen Energieträgern, wie Erdöl und -gas in Wärmekraftwerken gewonnen. Mit zunehmender Entwicklung erkannte der Mensch die Gefahren, die eine solche konventionelle Energieerzeugung mit sich bringen. Einerseits werden diese wichtigen Ressourcen eines Tages aufgebraucht sein. Andererseits ist die Verbrennung dieser Stoffe der Hauptgrund für den Klimawandel und den damit verursachten Klimakatastrophen. Deshalb muss diese Stromerzeugung jetzt überdacht und geändert werden. Eine naheliegende Alternative ist die Nutzung der Kernspaltung von atomaren Stoffen, da sie keine CO2-Emissionen besitzen. Doch da auch diese Stromerzeugung eine Gefahr für die Umwelt darstellt, weil hier radioaktive Abfälle bleiben, deren Endlagerung noch nicht geklärt ist, stellt auch das keine befriedigende Lösung dar. Man entdeckte, dass sich auch aus naturgegebenen, abfallfreien Ressourcen, wie Sonne, Wind und Wasser Strom erzeugen lässt. Heute bestimmt die Windenergie unsere Energiewirtschaft zu einem nicht unerheblichen Teil. Aber ist sie eine Alternative den Klimawandel unter Kontrolle zu bekommen?
Mit dieser Frage werde ich mich in dieser Facharbeit beschäftigen und werde auch Vor- und Nachteile der Windenergie erläutern.
Ich werde auch auf die Planung und Errichtung einer solchen Anlage eingehen und die Standorte großer Windparks nennen und begründen. In meiner Zusammenfassung werde ich schließlich Vergleiche mit konventioneller Energieerzeugung ziehen und meine Meinung darstellen.
2. Nutzung des Windes – ein Rückblick in die Geschichte
Die erste Windkraftnutzung erfolgte mit Windrädern mit vertikaler Achse. Nach Meinung von Historikern nutzte man die Kraft des Windes schon 1700 v. Chr. im Orient, zur Bewässerung der Ebenen Mesopotamiens. Durch Schriften ist auch belegt, dass es in Afghanistan im 7. Jahrhundert n. Chr. schon viele Mühlenbauer gegeben hat. Noch heute gibt es hier, in Afghanistan und im Iran Ruinen von Windrädern, die ältesten mit vertikaler Achse (siehe Anhang, Abb. 1)
Das erste Windrad mit horizontaler Achse war die Bockwindmühle. Es wurden Gebetsbücher aus dem 12. Jahrhundert gefunden, in denen sie dargestellt wurden. Auch in einem Gesetzbuch in der französischen Stadt Arles in der Provence wird zu dieser Zeit von dieser Mühle berichtet. Das Wort Mühle kommt von mahlen (von Getreide zu Mehl), wozu die Bockwindmühle ausschließlich gedacht war. In den folgenden Jahrhunderten fand sie auch in Holland, Deutschland, Polen und Westrussland Verwendung.
Im 15. Jahrhundert war die Entwicklung zur Nutzung der Windkraft schon soweit vorangeschritten, dass man die Bockwindmühle modifizierte, um die Windenergie auch zum Antrieb von Pumpen zu nutzen. Zu der Zeit war man bereits damit beschäftigt durch Entwässerung Land zu gewinnen. Die aus dem Wind entnommene Antriebskraft wurde dafür an die unter der Mühle gelegene Pumpe weitergegeben. Man nannte sie Wippmühle, aufgrund eines wippenden Köchers, der auf der windabgewandten Seite angebracht war und zum Pumpen führte. Durch diese Mühlen ist ein beträchtlicher Teil Hollands entstanden. Durch die Landgewinnung, wodurch Holland entstanden ist, nannte man sie Schöpfwindmühle. Sie wurde durch den wippenden Köcher auch zum Sägen von Holz genommen.
Im 17. Jahrhundert wurde die Paltrockwindmühle aus der Bockwindmühle heraus erfunden. Den Namen erhielt sie von dem Wort Faltenrock, weil sie ummantelt war von Holzbrettern, die bis auf den Boden reichten und somit wie ein Faltenrock aussahen. Sie bot mehr Raum als ihr Vorgänger, weshalb sich auch der Maschinenpark erweitern ließ und die Mahlqualität besser wurde.
Um insgesamt den Wind besser zu nutzen, begann man bereits bei der Bockwindmühle eine drehbare Haube zu entwickeln, bei der sich die Rotorblätter beliebig in Windrichtung drehen ließen.
Mit der Paltrockwindmühle war die Entwicklung der Windmühlen in Deutschland abgeschlossen. Während der ersten Jahre des 20. Jahrhunderts verloren die Windmühlen mehr und mehr an Bedeutung, bis sie im dritten Jahrzehnt nicht mehr wirtschaftlich genutzt wurden. „Die Dampfmaschine die James Watt 1769 erfand, hatte die Windmühle noch nicht verdrängen können, was die Erfindung des Elektromotors nach 1866 aber vermochte.“
1973 bis 1987 entwickelte man die GROWIAN (Kürzel für Große Windanlage), die erste deutsche Windkraftanlage die Windenergie in elektrischen Strom umwandelte. Sie sollte drei Megawatt erzeugen. Durch technische Mängel wurde sie jedoch noch 1987 stillgelegt und 1988 abgerissen. In den darauffolgenden Jahren entwickelte man kleine Windkraftanlagen mit einer geringeren Leistung. 1987 entstand im Kaiser-Wilhelm-Koog in Norddeutschland der erste Windpark mit einer Gesamtleistung von über 8,75 Megawatt. Heute erzeugt eine Anlage durchschnittlich zwei Megawatt.
3. Alternative Klimaschutzoption
Um dem Klimawandel entgegen zu wirken, den der Mensch in den letzten Jahrzehnten mit Umweltverschmutzung provoziert und erzeugt hat, muss man die gesamte Energiewirtschaft der Welt verändern oder gänzlich neu gestalten. Da die fossilen Energieträger, wie Kohle, Erdöl, Erdgas und Uran (und andere radioaktiven Stoffe) in unbestimmter Zeit aufgebraucht sind, daher der Name sich aufbrauchende Primärenergieträger und da ihre Verbrennung außerdem eine Große Belastung für Natur und Klima bedeutet, muss der Mensch auf die erneuerbaren Primärenergieträger zurückgreifen. Dazu gehören, das Sonnenlicht, die Wasserkraft, die Geothermie, die Biomasse und natürlich die Windkraft, welche ich in meiner Facharbeit näher erläutere. Die übrigen werde ich im Folgenden kurz erklären.
Die Nutzung des Sonnelichts erfolgte in zwei Technologien. Zum einen kann man durch Photovoltaik die Lichtenergie der Sonne in elektrische Energie umwandeln, mittels verschiedener Solarzellen, die mit Silizium bearbeitet worden sind. Zum anderen lässt sich auch die Wärmestrahlung der Sonne nutzbar machen. Hier wird diese Strahlung durch Kollektoren aufgenommen und erhitzt eine Flüssigkeit, die durch verschiedene chemische Reaktionen bis zu 65% des Wärmebedarfs eines Haushalts decken kann.
Von der Wasserkraftnutzung haben sich ebenfalls mehrere Technologien abgespalten.
Bei dem Pumpspeicherkraftwerk, fließt da Wasser von einem Oberbecken in ein Unterbecken, treibt dabei eine Turbine an und wird nachts wieder zurückgepumpt Durch das Antreiben der Turbine wird elektrischer Strom erzeugt.
Das Fließwasserkraftwerk funktioniert ähnlich, nur dass da das gestaute Wasser nicht wieder zurückgepumpt wird. Eine weitere Technologie ist das Wellenkraftwerk oder das Gezeitenkraftwerk. Hier werden mittels der Strömungen des Wassers im Meer Turbinen angetrieben, welche den elektrischen Strom erzeugen.
Eine weitere erneuerbare Energiequelle ist die Geothermie, welche sich aus Geo = Erde und therme = Wärme zusammensetzt, also Erdwärme. Sie kann als Wärmereservoir für Haushalte genutzt werden.
Mit Biomasse kann man in Wärmekraftwerken durch Verbrennung genauso Strom erzeugen, wie mit Erdöl oder Kohle. Der Unterschied besteht in der CO2-Neutralität. Raps (als ein Beispiel für Biomasse) wandelt, wie jede Pflanze Kohlenstoffdioxid mittels der Photosynthese in Sauerstoff um. Da aber bei der Verbrennung der Pflanze wieder CO2 entsteht, bezeichnet man das als CO2-Neutralität.
Wenn man all diese erneuerbaren Energieträger in einem ausgewogenen Verhältnis in Einklang bringt, können die fossilen Energieträger allmählich ersetzt werden und der Klimawandel kann verlangsamt werden.
4. Windkraftanlagen
4.1 Arten von Windkraftanlagen
Windkraftanlagen werden in solche mit horizontaler und vertikaler Drehachse unterteilt. Windkraftanlagen mit horizontaler Drehachse sind häufiger vertreten. Sie besitzen ein Fundament auf dem ein Turm steht. Auf diesem Turm ist eine sogenannte Gondel befestigt in der sich der Generator, das Getriebe und die Nabe befinden. Die Gondel sitzt entweder drehbar auf dem Turm oder sie ist fest. Bei drehbarer Gondel können die Rotorblätter immer optimal in Windrichtung verstellt werden. „Die Blätter bestehen meist aus faserverstärktem Kunststoff.“ Die Rotorblätter verbindet die Rotornabe mit der Rotorwelle, welche den Generator antreibt. Die Windkraftanlagen mit horizontaler Drehachse werden außerdem in Luv- bzw. Leeläufer unterteilt. Bei Luvläufern erreicht der Wind die Rotorblätter vor dem Turm. Die Blätter sind demnach dem Wind zugewandt. Bei Leeläufern erreicht der Wind die Rotorblätter hinter dem Turm. Die Blätter sind demnach dem Wind abgewandt (siehe Anhang, Abb. 2). Leeläufer benötigen keine Vorrichtung zur aktiven Windrichtungsnachführung. Der Nachteil bei solchen Anlagen ist jedoch, dass sich die Rotorblätter durch den Turmschatten drehen, wenn sich die Windrichtung ändert. Dadurch wird die Windanströmung kurz unterbrochen und es entstehen Leistungsschwankungen. Luvläufer (siehe Anhang, Abb. 2) hingegen benötigen eine aktive Windnachführungsvorrichtung, welche die Rotorwelle je nach Windrichtung verändert. „Dadurch wird ein Leistungsverlust durch eventuelle Schräganströmung vermieden.“2 Bei zu hohen Windgeschwindigkeiten, (26 m/s = Windstärke 10) wird der Rotor vor mechanischer Überbelastung geschützt, indem er gebremst oder stillgesetzt wird, die Blätter auf Leerlauf oder Stillstand geschaltet oder komplett aus dem Wind genommen werden. Horizontale Windkraftanlagen unterteilt man auch nach Größe. Unterschieden werden kleine, mittlere und große Windkraftanlagen. Kleine Windkonverter besitzen eine Leistung von höchstens 100 kW. Ihre Lebensdauer beträgt circa 20 Jahre. Sie sind unterschiedlich groß, technisch ausgereift und kommen teilweise bei der Stromversorgung von einzelnen Haushalten zum Einsatz. Mittlere Windkonverter haben eine Höchstleistung von 1 MW. Die Türme sind bis zu 50 m hoch. Sie besitzen meist drei Rotorblätter. International ist diese Gattung am meisten gefragt, welche 300-500 kW erzeugen, da bei ihnen das Preis-Leistungsverhältnis auf kurzen Abschnitten am besten ist. Ein großer Windkonverter hat mehrere Megawatt Leistung, da ihr Propeller- oder auch Rotordurchmesser circa 100 m beträgt. Dadurch erreicht er eine 3-4fache Leistung, da höhere Windgeschwindigkeiten in diesen Höhen vorliegen. Ihre technische Entwicklung ist noch nicht beendet. Große Windkonverter werden von Ländern, wie Dänemark, Deutschland, Großbritannien, Schweden oder USA hergestellt und genutzt.
Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse (Anhang, Abb. 3) sind noch nicht sehr verbreitet, da der Wirkungsgrad hier unter dem der mit horizontaler Drehachse liegt. Bekannt sind hier zwei Rotorarten: Der Darrieus- und der Savonius-Rotor. Der erste besteht oft aus zwei bis drei gekrümmten Rotorblättern, die oben und unten an der Drehachse befestigt sind. Eine Windnachführungsvorrichtung entfällt bei einer solchen Anlage, da sie von der Windrichtung unabhängig sind. Ein Nachteil der Darrieus-Rotoren ist, dass sie erst bei Windgeschwindigkeiten von circa 6 m/s (Windstärke 4) selbstständig anlaufen können. Durch Kombination mit dem leichtanlaufenden Savonius-Rotor wird jedoch ein höherer Wirkungsgrad gesichert, der bei circa 30% liegt. Bei dem Savonius-Rotor befinden sich zwei gegenläufig gekrümmte Schaufeln, die sich in Achsennähe überlappen. So wird der Wind erst in die eine Schaufel gedrückt, welche dann umgelenkt wird und gelangt so in die zweite Schaufel. Der Savonius-Rotor kommt zur Stromerzeugung wegen des geringen Wirkungsgrades selten zum Einsatz, wird jedoch zum Messen von Windstärken genutzt.
4.2 Komponenten der Anlage und ihre Funktion
Die grundlegenden Komponenten einer Windkraftanlage mit horizontaler Drehachse sind das Fundament, der Turm oder Mast, die Nabe mit den Rotorblättern und die Gondel, in der die elektrische Energie aus der mechanischen Energie umgewandelt wird. Das Fundament dient zum Halt des durchschnittlich 40 Tonnen schweren 50 m hohen Turms. Außerdem befindet sich auf dem Fundament der Netzanschluss, der sich in einem kleinen Häuschen direkt am Turm befindet. Mit Hilfe dieses Geräts wird der umgewandelte Strom direkt in das deutsche Stromnetzwerk eingespeist. Der Turm ist zylinderförmig, verliert jedoch mit zunehmender Höhe an Durchmesser. Die Form des Zylinders, macht den Turm aerodynamisch, weil der Wind an der runden Fläche abgleitet. Dadurch ist auch bei hohen Windstärken die Standfestigkeit der Anlage gesichert. Der Turm dient zur Befestigung der Gondel und der Rotornabe. An der Rotornabe sind die Rotorblätter angebracht. Wenn der Wind mit einer Mindestgeschwindigkeit von 4 m/s auf die Rotorblätter trifft, setzen sich diese in Bewegung. Durch die ebenfalls vorhandene Aerodynamik der Rotorblätter, die sich in der Form mit den Tragflächen von Flugzeugen vergleichen lassen, kann man den Wirkungsgrad einer Anlage erhöhen. Drehen sich die Rotorblätter treiben sie eine Welle an, die sogenannte Rotorwelle, die das Bindeglied zwischen der Gondel und den Rotorblättern bildet. In der Gondel befinden sich das Getriebe und der Generator. Im Getriebe wird die niedrige Drehzahl des Rotors in die hohe Drehzahl des Generators umgewandelt. Der Generator ist das Gerät, mit welchem mechanische, bzw. hier Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Das wird mit Hilfe der elektromagnetischen Induktion erreicht. Unter Induktion versteht man das Entstehen einer elektrischen Spannung durch eine Änderung eines Magnetfeldes.
Ein weiteres wichtiges Bestandteil der Gondel ist die Abstellvorrichtung. Mit ihr wird gesichert, dass sich die Windkraftanlage aus Sicherheitsgründen abschaltet. Im Durchschnitt geschieht das ab einer von der Windmessanlage gemessenen Windgeschwindigkeit von 26 m/s, welche länger als 10 Minuten permanent auf die Rotorblätter treffen muss. Das ist jedoch nur bei orkanartigen Stürmen der Fall. Die Windmessanlage misst auch die Windrichtung. Die ist zum Schutz gegen Vereisung beheizt und hat einen eigenen Blitzableiter. Die Windrichtung ist wichtig für den Azimutantrieb, welcher die Maschinengondel immer in Windrichtung ausrichtet. Noch eine wichtige Vorrichtung bildet der Blitzrezeptor. Das ist eine eigens für den Blitzeinschlag vorgesehene Stelle in der Nähe der Flügelspitzen. Von dort wird der Blitz über ein Kabel in den Turm geleitet.

4.3 Positive Aspekte
Betreiben wir unsere Energiewirtschaft weiterhin zum Großteil mit fossilen Rohstoffen, wird die Energie zum Einen zusehends teurer, zum Anderen jedoch werden spätestens in 30-40 Jahren unsere fossilen Rohstoffe, abgesehen von atomaren Stoffen aufgebraucht sein. Um dies und den Klimawandel (siehe 3.1) zu verhindern, muss auf die erneuerbaren Energien zurückgegriffen werden. Der wichtigste positive Aspekt der Windkraft ist demnach die Erneuerbarkeit, welche jedoch bei allen alternativen Energien vorkommt. Wind wird immer vorhanden sein, zumindest solange es die Erde noch gibt, genauso wie Wasser und Sonne. Es werden auch keine nennenswerten Veränderungen des Windes oder der Sonne auftreten, wenn man einen kleinen Teil ihrer Energie (mechanische beim Wind und thermische bei der Sonne) in elektrische Energie umwandelt. Im Gegenteil Windkraft und Sonnenenergie werden sich immer wieder „erneuern“. Ein weiterer Vorteil der Windkraft ist die fehlende Entstehung von Kohlenstoffdioxid. Mit jeder Kilowattstunde Strom aus einer Windkraftanlage kann circa ein Kilogramm Kohlenstoffdioxid vermieden werden, sowie unterschiedliche Anteile anderer Schadstoffe, die bei der Verbrennung von Kohle und anderen fossilen Energieträgern entstehen.
Doch auch die Entstehung von Arbeitsplätzen ist ein Vorteil und gleichzeitig ein Grund dafür, dass rund 80 % der Bevölkerung für einen Ausbau der Windkraft stimmen. Mit der Nutzung der Windkraft entstand eine neue Branche, die sich mit der Herstellung solcher Anlagen beschäftigt. Dadurch wurden bisher schon über 50000 qualifizierte Arbeitsplätze allein in Deutschland geschaffen. Diese werden wahrscheinlich auch zum Großteil dann nicht abgebaut, wenn es genügend Windkraftwerke gibt, da sie alle zehn bis zwanzig Jahre gewartet werden müssen.
Durch den Ausbau der Windenergienutzung, kann Deutschland auch importunabhängiger gemacht werden. Zur Zeit ist Deutschland bei Öl zu fast 100% auf Importe angewiesen, um konventionelle Wärmekraftwerke zu betreiben. Dasselbe gilt für Erdgas. Ohne Windkraft und andere erneuerbare Energien würde diese Abhängigkeit weiter zunehmen.
Obwohl die Herstellung von Windkraftanlagen teuer ist und die Anlagen natürlich gewartet werden müssen, können Windkraftgegner dennoch nicht behaupten, Deutschland könne sich Windkraft nicht leisten. Würde man erneuerbare Energien nicht zum Einsatz kommen lassen, wären die Folgen des Kohlendioxidausstoßes in der Atmosphäre katastrophal. Wenn der Schadensverlauf witterungsbedingter Naturkatastrophen weiter so steigt, wie in den letzten 20 Jahren, werden in etwa 60 Jahren die dadurch verursachten Kosten global höher sein, als das gesamte weltweite Bruttosozialprodukt. Deshalb ist es viel preiswerter und naturfreundlicher unter anderem Windkraft zu nutzen.

4.4 Negative Aspekte
Die Windkraft, solange sie genutzt wird um elektrische Energie herzustellen, ist umstritten. Windkraftgegner zählen viele Argumente gegen die Windenergie auf, insbesondere aber auch gegen deren Subventionierung im Rahmen der deutschen Energiepolitik Ich möchte in diesem Kapitel aus Sicht jener Windkraftgegner die wichtigsten Argumente nennen und erklären.
Windkraftgegner behaupten Windenergie sei keine Alternative. Durch das EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) werden Windkraftanlagen vom Staat so sehr unterstützt, dass sie finanziell gesehen in Deutschland nahezu unrentabel sind. Wenn man von der Nennleistung ausgeht, läuft ein Windkraftwerk nur 77 Tage pro Jahr, während es die restlichen 288 Tage stillsteht. In Deutschland gibt es über 13000 Windkraftanlagen. Laut offizieller Rechnung decken diese über 6 % des Gesamtstromverbrauchs. Berücksichtigt man jedoch die Anzahl der Tage, die sie stillstehen und außerdem die Tatsache, dass eine dezentrale Versorgung mit Windenergie (z.B. eines Dorfes) nicht möglich ist, da die Anlagen unstetig laufen und zur Stromversorgung mehrerer Haushalte zusätzlich andere Kraftwerke (meist konventionelle, da andere Alternative ebenfalls unstetig laufen) gebraucht werden, dann kommt man auf einem Wert, der unter 1 % liegt. Außerdem genießen sie eine baurechtliche Privilegierung, das heißt selbst in Landschaftsschutzgebieten dürfen Windkraftanlagen von beliebiger Höhe errichtet und dafür darf sogar Wald gerodet werden.
Windkraftgegner behaupten auch, dass die Bevölkerung leiden müsse. Windkraftanlagen stören das Landschaftsbild. Außerdem werden in der Nähe wohnende Menschen durch den sogenannten Diskoeffekt gestört. So nennt man die störenden Lichteffekte die durch Sonnenstrahlspiegelung der Rotorblätter auftreten können. Heute spielt der Diskoeffekt jedoch keine Rolle mehr, da jetzt nur noch Rotorblätter mit matter Farbe hergestellt werden. Auch die stroboskopartigen Lichteffekte können von Anwohnern als störend empfunden werden. Diese kommen zu Stande, wenn ein Rotorflügel am Generator vorbeiläuft, da dadurch ein kurzes Leuchten entsteht. Diese Vorrichtung ist Vorschrift um Flugzeuge zu schützen. Zusätzlich zur Anlage werden Hochspannungsmasten errichtet, die auf die nur selten erreichte Spitzenlast ausgelegt sein müssen. Große Naturflächen werden dauerhaft versiegelt, da für eine technisch neue Windkraftanlage als Fundament circa 1000 m³ Stahlbeton in den Boden eingelassen werden, die auch nach einem späteren Abbau der Anlage dort verbleiben.
Wenn Windkraftanlagen an bestimmten Standorten gebaut sind, können sie Vogelrouten stören und Vögel durch die Rotorbewegungen zerstückeln.
Nur wenige profitieren von der Windenergie. Die Hersteller der Windkraftanlagen und die Grundbesitzer, die das Land verpachten verdienen an der Windenergie. Der Umwelt und damit der Bevölkerung nützt Windkraft überhaupt nichts.
Ich denke einige Argumente der Gegner sind berechtigt, doch man sollte die positiven und negativen Aspekte abwägen, weil Windkraft eine Option darstellt, dem Klimawandel durch Veränderung der Energiegewinnung Einhalt zu gebieten. Sie kann jedoch nicht alleinige Alternative sein.
5. Planung und Errichtung einer Windkraftanlage
Bevor eine Windkraftanlage oder ein Windpark errichtet wird, werden die räumlichen Gegebenheiten des Gebietes untersucht. Der wichtigste Faktor ist die Windbedingung. Herrschen unregelmäßige oder zu schwache Windverhältnisse, kommt der Bau einer Anlage nicht in Frage. Doch es ist nicht unbedingt notwendig jahrelange Tests zu machen, um herauszufinden wie oft, wie stark und aus welcher Richtung Wind kommt. Hierzu wird die vom Wind beeinflusste Natur untersucht. Gibt es Bäume oder Sträucher in der Nähe, können sie darüber Auskunft geben, welches die Hauptwindrichtung ist. Ist ein Strauch oder Baum verformt (siehe Anhang, Abb. 4), ist entweder ein starker oder schwacher, regelmäßiger Wind, oder ein sehr starker, orkanartiger unregelmäßiger Wind vorhanden. In beiden Fällen lohnt es sich eine Windkraftanlage zu errichten.
Handelt es sich bei der Errichtung um eine Offshore-Anlage, das heißt eine Anlage auf dem Wasser, werden anstatt der Bäume oder Sträucher die naheliegenden Küsten untersucht. Hier ist oft erkennbar, wie jahrhundertlange Erosion eine bestimmte Richtung gearbeitet hat. Erosion bedeutet in der Geologie die linienhafte Vertiefung der Erdoberfläche durch Fließgewässer.
Sind diese On- bzw. Offshore-Untersuchungen nicht aufschlussreich genug, müssen Windtests stattfinden, die oft sehr lange dauern können.
Gibt es in der Nähe jedoch bereits bestehende Windkraftanlagen, so informieren deren Energieproduktionsergebnisse sehr gut über lokale Windverhältnisse. Man muss aber vorsichtig bei der Verwendung von meteorologischen Daten sein. Meteorologen sammeln Winddaten für Wettervorhersagen und für den Flugverkehr. Diese Daten sind eher unzuverlässig und ungenau für die Planung von Windkraftanlagen. Sie sind außerdem nur für eine Gegend gemessen. Dabei macht es keinen Unterschied, ob in der Nähe Hindernisse vorhanden sind oder nicht.
Die Windgeschwindigkeit wird sehr stark von der Oberflächenrauhigkeit der Umgebung bestimmt, z.B. von Wäldern, Ortschaften, allgemein von Hindernissen. Deshalb ist eine genaue Untersuchung der Windverhältnisse vor Ort wichtig. In den meisten Fällen führt die Verwendung von meteorologischem Datenmaterial dazu, dass das Windenergiepotential eines Gebietes unterschätzt wird.
Ein weiterer Faktor ist die Netzanbindung. Große Windkraftanlagen müssen an das elektrische Netz angeschlossen werden. Deshalb ist es wichtig, dass in der Nähe 10-30kV-Leitungen vorhanden sind. Wenn nicht muss ernsthaft über die Errichtung der Anlage nachgedacht werden, weil eine neue Netzanbindung die Kosten stark in die Höhe treiben würde. Unmittelbar mit der Netzanbindung hängt die Netzverstärkung zusammen. Das elektrische Netz in der Nähe der Windkraftanlage sollte dessen elektrische Leistung aufnehmen können. Sind schon viele Anlagen an das Netz angeschlossen, kann eine Verstärkung des Netzes notwendig sein, was dickere Kabel erfordert. Würde man eine Netzverstärkung auslassen, wäre der Widerstand bei zu vielen Anlagen zu groß und die Leitungen wären überlastet.
Ein eher unerheblicher, dennoch zu berücksichtigender Punkt ist die Bodenbeschaffenheit. Windkraftanlagen benötigen Fundamente, die in den Boden eingelassen werden müssen. Hierzu ist fester, lehmiger Boden nicht so gut geeignet wie lockerer Boden. Trotzdem ist eine Errichtung durchführbar, auch wenn der Aufwand höher ist. Zu beachten ist auch, dass weitere Kosten durch eine fehlende Infrastruktur entstehen könnten.
Zum Schluss wird außerdem auf die Entfernung zu Ortschaften geachtet, um Störung durch Schattenwurf, Geräusche und Lichteffekte zu verhindern.
Berücksichtigt man all diese Faktoren, kommt zu einem positiven Ergebnis und erhält die Genehmigung der jeweiligen Landesregierung, dann steht der Errichtung einer Windkraftanlage nichts mehr im Weg.
Diese beginnt mit der Gründung, dem Bodenaushub für das Fundament. Anschließend erstellt man die Bewehrung für das Betonfundament (siehe Anhang, Abb. 5), das bedeutet, dass Rundeiseneinlagen vorgespannt werden, damit später der Beton besser zusammenhält. Nun wird das Fundament betoniert.
Der Turm, der aus Stahl besteht, aber hohl ist, wird in einzelnen Teilen mit speziellen Fahrzeugen angeliefert (siehe Anhang, Abb. 6). Um die einzelnen Turmsegmente aufeinander zu setzen, wird ein Spezialkran benötigt. Nach diesem Vorgang wird der Stahlrohrturm mit dem Betonfundament verbunden und verspannt. Im untersten Turmsegment befindet sich der Zugang zur Windkraftanlage. Jetzt wird die Gondel mit Getriebe und Generator auf den Turm gesetzt (siehe Anhang, Abb. 7), damit anschließend der Rotor angehoben, mit einem zweiten Kran in vertikale Position gebracht, auf Nabenhöhe angezogen und schließlich vor die Gondel montiert werden kann (siehe Anhang, Abb. 8). Nun steht die Windkraftanlage.
6. Standortverteilung von Windparks und Begründung
Windkraftanlagen werden nach ihrem Standort in On-, bzw. Offshore-Anlagen unterteilt. Onshore aus dem Englischen übersetzt, heißt soviel wie „landwärts“ oder an „Land“. Diese Anlagen werden demnach auf dem Land errichtet. Offshore hingegen bedeutet „küstennah“ oder „von der Küste her“. Diese Anlagen stehen deshalb kurz vor der Küste. Vor allem in diese Art der Anlage investiert man und erforscht sie, weil sie ergiebiger sind durch die höheren Windgeschwindigkeiten, die auf dem Meer herrschen.
In Deutschland sind Windgeschwindigkeiten nicht sehr hoch (siehe Anhang, Abb. 9). Die Gebiete mit einer verhältnismäßig hohen Durchschnittswindgeschwindigkeit von über 5 m/s liegen vor allem an der Westküste Schleswig-Holsteins und an der Nordseeküste Niedersachsens. Doch auch im Nordwesten von Mecklenburg-Vorpommern, am Bodensee und im Süden Sachsens kommen diese hohen Windgeschwindigkeiten vor. Mittlere Geschwindigkeiten von 4-5 m/s herrschen im Norden von Mecklenburg-Vorpommern, in ganz Schleswig-Holstein, im Norden Niedersachsens, im Süden Sachsens und Thüringens und vereinzelt in Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz.
Die meisten Windparks liegen deshalb an der Westküste und im Norden Schleswig-Holsteins, im Norden Niedersachsens, sowie in Nordrhein-Westfalen (siehe Anhang, Abb.10).
In Schleswig-Holstein werden 0,75 Prozent der Landesfläche für Windenergie genutzt. Das entspricht der Fläche von 120 km². Einer der größten Windparks mit 12 Windkonvertern ist der Windpark Damlos südlich von Oldenburg in Schleswig-Holstein. Dieser Standort wurde wegen der geringen Einwohnerdichte dieses Gebietes und durch die hohen Windgeschwindigkeiten von 5 m/s gewählt. Der größte Windpark in Niedersachsen liegt im Norden des Bundeslandes. Er besteht aus 35 Anlagen mit einer Nennleistung von jeweils 1,5 MW. Dieser liegt in einem ebenfalls bevölkerungsarmen Gebiet in dem auch keine Hindernisse die hohe Windgeschwindigkeit von über 6 m/s beeinträchtigen.
Der größte Windpark Europas wurde vor 3 Jahren in Brandenburg errichtet. Der Windpark Klettwitz (siehe Anhang, Abb. 11) nahe der ehemaligen Abraumförderbrücke F60 besteht aus 44 Windkraftanlagen mit jeweils 1,65 MW Nennleistung. Auch dort herrscht eine geringe Bevölkerungsdichte, was auf die naheliegende Abraumförderbrücke zurückzuführen ist.
Offshore-Anlagen sind in Deutschland bisher nur in Planung oder in der Errichtungsphase, und zwar an der Westküste Schleswig-Holsteins und an der Nordküste Niedersachsens in der Nordsee (siehe Anhang, Abb. 12).
7. Meinungen der deutschen Parteien zum Thema: Alternativer Energieerzeugung
Die größten deutschen Parteien, CDU, SPD, FDP, Die Linke und Bündnis 90 haben ein gemeinsames Ziel: Den Ausbau der alternativen Energiegewinnung.
Die CDU möchte einen ausgewogenen Energiemix aus Solar-, Wasser-, Wind- und Kernenergie. Sie sagen jedoch auch, dass nur alternative Energieerzeugung nicht grundlastfähig ist. Sie behaupten Atomenergie sei ebenfalls eine Alternative Energie.
Die SPD spricht sich gegen Atomenergie aus. Sie will mehr auf die erneuerbaren Energien setzen, weil sie keine CO2-Emissionen besitzen. Deutschland könne sich ihrer Meinung nach bis 2020 von der konventionellen Energieerzeugung loslösen.
Die Linke ist der Meinung bis 2025 80% der fossilen und nuklearen Energieträger abzulösen. Damit nimmt auch sie von der Atomenergie Abstand. Entgegen der CDU meint Die Linke, dass man mit den gegenwärtig für die Energiewirtschaft eingesetzten Mitteln eines solche Energiewende finanzieren kann und dass es somit nicht sonderlich kostenaufwendig wäre.
Die FDP will bis 2050 den Anteil an erneuerbaren Energien anheben.
Auch die Grünen sprechen sich klar für eine Energiewende aus, da die alternativen Energien keine CO2-Emissionen aufweisen. Sie möchten bis 2020 den europäischen Erdgasbedarf durch Biogas ersetzen und bis 2030 will auch diese Partei eine vollständige Umstellung auf alternative Energien. Es wird deutlich, dass das oben genannte gemeinsame Ziel sehr unterschiedlich umgesetzt werden soll. Zeitpunkt und Anteil der Ablösung konventioneller Energieträger spielen hierbei eine entscheidende Rolle, aber auch deren Finanzierung. Vor allem der Ausstieg aus der Atomenergie sorgt für ständige Auseinandersetzungen unter den Parteien.

8. Zusammenfassung
In den verschiedenen Medien werden täglich Berichte über tote und verletzte Menschen gezeigt, die Opfer von Klimakatastrophen, wie Orkanen, heftigen Regenfällen oder Flutwellen wurden. Diese Katastrophen hat der Mensch selbst provoziert und herbeigeführt durch eine jahrzehntelange umweltschädliche Energiewirtschaft und verschwenderischem Haushalten von wichtigen Ressourcen. Die Zahl und die Stärke der Klimakatastrophen hat so stark zugenommen, dass der Mensch seit etwa zwei Jahrzehnten versucht, seine Energiewirtschaft neu zu gestalten. Um den schädlichen CO2-Emissionen von konventionellen Wärmekraftwerken und Fortbewegungsmitteln zu entgehen, versucht er eine nachhaltige und umweltfreundliche Energiewirtschaft in Gang zu bringen, um den Klimawandel abzuschwächen. Würde der Mensch nichts ändern, wären die Gesamtkosten der Zerstörung durch witterungsbedingte Naturkatastrophen höher als das weltweite Bruttosozialprodukt. Deshalb muss er in eine alternative Energieerzeugung investieren, die zu einem großen Teil Windenergienutzung beinhalten kann. Meiner Meinung nach kann wenig Rücksicht auf die Bevölkerung, die durch Nachteile, wie Schattenwurf, Diskoeffekt und Geräusche gestört wird, genommen werden, wenn das Leben vieler Menschen auf diesem Planeten auf dem Spiel steht. Natürlich wird meine Facharbeit die Welt nicht verändern und Gegner von Windkraft nicht bekehren können, doch ich denke, dass sie zeigt, wie wichtig Windkraft ist und wie bedeutsam die Entwicklung neuer Technologien von Windkraftanlagen für die Menschheit ist.
Um zu meiner Einleitung zurückzukommen, kann ich durchaus sagen, dass die Vorteile der Windkraft die der konventionellen Energieerzeugung bei Weitem übertreffen. Auch wenn die konventionellen Kraftwerke in der Energiewirtschaft noch überwiegen, ist ein Rückgang von CO2-Emissionen wichtiger als an teuren Technologien für zu sparen. Fossile Energieträger werden zudem nicht ewig vorhanden sein, Wind schon. Durch meine Facharbeit habe interessiere ich mich mehr für den Klimawandel und für Windenergie. Ich werde auch weiterhin das Thema verfolgen und hoffen, dass der Klimawandel eines Tages unter Kontrolle gebracht wird.
9. Anhang
Abbildung 1: Ruine einer Windmühle mit vertikaler Drehachse in Afghanistan
Abbildung: 2
Abbildung 3: Windkraftanlage mit einer vertikalen Drehachse
Abbildung: 4 Verformen eines Baumes durch Wind
Abbildung: 5
Bewehrung
Abbildung: 6 Das unterste Turmsegment wird mit einem Speziallastkraftwagen gebracht.
Abbildung: 7 Die Gondel mit Getriebe und Generator wird mit einem Spezialkran am Turm angebracht.
Abbildung: 8 Der Rotor wird zur Gondel hochgezogen um anschließend angebracht zu werden.
Abbildung: 9 Windgeschwindigkeiten in Deutschland: rot = über 5 m/s, gelb = 4-5 m/s, grün = unter drei m/s
Abbildung: 10 Standortverteilung von Windkraftanlagen in Deutschland (älterer Stand)
Abbildung: 11 Windpark Klettwitz
Abbildung: 12 Errichtung einer Offshore-Windkraftanlage
10. Literaturverzeichnis

Bücher:
Bade, P..: Windkraftanlagen. Teubner Taschenbücher, Stuttgart 1991.
Herier, Siegfried: Windkraftanlagen im Netzbetrieb. Teubner Taschenbücher, Stuttgart 1996².
Werner, Bennert.: Windenergie. Verlag Technik GmbH, Berlin 1991².
Hanus, Bo: Das große Anwenderbuch der Windgeneratoren-Technik. Franzis-Verlag GmbH, Feldkirchen 1997.

Internetadressen:
http://www.hellfirez.de/web/referate/inhalte/Physik_Energie.htm
http://www.windkraftgegner.de
http://www.staedte-server.de/downloads/windkraft.pdf
http://solaratlas.htwk-leipzig.de/solar_5_2.html

Zeitung:
Rost, Klaus: Gezähmte Urgewalt auf Hoher See. In: Märkische Allgemeine Zeitung. Potsdam 18. September 2007.
11. Eigenständigkeitserklärung
Ich versichere, dass ich die vorliegende Arbeit in der gesetzten Frist selbstständig verfasst und keine anderen Hilfsmittel als die angegebenen verwendet habe. Alle Stellen der Arbeit, die anderen Werken wörtlich oder sinngemäß entnommen sind, sind unter Angabe der Quelle als Entlehnung kenntlich gemacht.
Stahnsdorf, 09. 01. 2008

Wortzahl: 4738
Bennert, Wulf; Werner, Ulf-Jürgen: Warum der Wind entlassen wurde. In: Windenergie. Verlag Technik GmbH, Berlin 1991. 2. Auflage. S. 43.
http://www.hellfirez.de/web/referate/inhalte/Physik_Energie.htm (Steffen Kunthoff, 26.11.2007)
16
Inhalt
Facharbeit in Stufe 11 zum Thema Windenergie in Deutschland.

Inhalt:
-Kann Windenergie mit anderen regenerativen Energien die konventionelle -Energieerzeugung ersetzen?
-Aufbau und Funktion einer Windkraftanlage.
-Standortverteilungen von großen Windparks in Deutschland.
-Planung und Errichtung einer Windkraftanlage. (4755 Wörter)
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11.05.2008 von unbekannt
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