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Windenergie

Wie funktionieren Windkraftenergieanlagen?

Windenergieanlagen wandeln die kinetische Energie der bewegten Luftmassen in elektrische Energie. Moderne Windkraftanlagen nutzen das Auftriebskonzept und ­entziehen dem Luftstrom einen Teil der Leistung.

Pluspunkte für Windenergie

Die wesentlichen Vorteile von Windenergie sind:
+   niedrige Stromerzeugungskosten
+   weltweit einsetzbar
+   sehr gut regelbar (Systemdienstleistungen)

Potenziale von Windenergie

Bei der Windenergienutzung gehört Deutschland seit langem zu den Spitzenländern und steht nach China und den USA auf dem dritten Platz. Weltweit waren Ende 2016 Anlagen mit einer Gesamtleistung von ca. 487 GW installiert, davon 50 GW in Deutschland (http://www.gwec.net/global-figures/graphs/).

Die Nutzung der Windenergie ist zu einem bedeutenden Wirtschaftsfaktor geworden: In Deutschland trug die Windenergie im Jahr 2015 einen Anteil von rund 14 % zur Bruttostromerzeugung bei. Allein mit der Windenergienutzung an Land könnten bis zu 65 % des deutschen Strombedarfs gedeckt werden. Hier liegen die Stromgestehungskosten je nach Windstärke und Anlagengröße bei 5 – 11 Cent/kWh (Quelle: windmonitor.de) und können somit bereits heute an sehr guten Standorten mit denen konventioneller Kraftwerke konkurrieren.

Rund 390 TWh ließen sich mit einer Gesamtleistung von knapp 200 GW verteilt auf je 2 % der Fläche aller deutschen Bundesländer jährlich erzeugen (Quelle: BWE/Fraunhofer IWES). Bestehende Standorte lassen sich durch Repowering ertragreicher nutzen. Darunter versteht man den Ersatz älterer Anlagen mit geringer ­Leistung durch moderne Multimegawattanlagen.

Für die Windenergienutzung auf See hat die Bundes­ regierung eine Leistung von 15 GW bis zum Jahr 2030 als Ziel formuliert. Davon sind bis Mitte 2017 rund 4,7 GW realisiert (https://www.energy-charts.de/power_ inst_de.htm). Die Offshore­-Windenergie ist besonders attraktiv, weil mit einer Anlage gleicher Leistung mehr als doppelt so hohe Erträge wie im Binnenland erzielt werden ­können. Die technologischen und logistischen Anforderungen sind aber auch deutlich höher und die Kosten für die Stromerzeugung aus Offshore-Windener-gie sind ­derzeit mit 11– 18 Cent/kWh (Quelle: windmonitor.de) noch etwa doppelt so hoch wie an Land.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Windenergie

Eines der wichtigsten Ziele der Forschung und Entwicklung ist eine weitere Kostenreduktion. Branchenexperten erwarten weitere 25 – 30 % bis 2030 (Quelle: IEA).

Weiterentwicklung der Anlagentechnik

  • Gewichtsreduktion durch neue Materialien, Verbundwerkstoffe­ und neue Bauweisen
  • Elastizität, Strukturdynamik und Flattern
  • Geräuschreduktion
  • innovative Regelungsverfahren
  • Generatoren und Leistungselektronik
  • neue Anlagenkonzepte
  • adaptive Rotoren
  • automatisierte Produktionsverfahren
  • computerbasierte Designprozesse
  • Simulation und Optimierungsverfahren

Wind-Klimatologie und Umgebungsbedingungen

  • verbesserte Windpotenzialbestimmung
  • zielgenaue Standortfindung in komplexem Gelände
  • genauere Bestimmung der Schallausbreitung und -einwirkung
  • Standortspezifische Anlagenauslegung
  • Bestimmung des Nachlaufs größerer Windparks, um Abschattungsverluste zu vermeiden
  • Wind- und Wellencharakteristik für Offshore-­ Anwendungen

Systemtechnische Einbindung

  • Regelung und Betriebsführung von Windparks
  • Fehlerfrüherkennung, zuverlässigkeits- und zustandsorientierte Instandhaltung
  • Informations- und Kommunikationssysteme
  • Netzwechselwirkungen und Systemdienstleistungen
  • Verbesserte Windleistungsprognosen

Materialien zum Thema Windenergie

Hier sehen Sie einzelne Artikel zum Thema "Windenergie" aus unseren Forschungspublikationen als PDF-Dokumente, geordnet nach dem Veröffentlichungsdatum.

Eine komplette Übersicht über alle Publikationen finden Sie im Publikationsbereich.

Artikel aus den Programmheften:

Artikel aus den Themenheften:

Artikel aus Weiteren Publikationen:

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