Windenergie:
erneuerbar, kontrovers, komplex

Windräder des ewz Windparks Dörmte in Deutschland
Die Windkraft zählt zu den nachhaltigsten Lieferanten für Strom. Das Thema ist vielfältig: Neue Technologien, kontroverse Umweltfragen, internationales Stromnetz – damit ein Windkraftwerk entsteht, müssen zahlreiche Faktoren berücksichtigt werden. In diesem ersten Beitrag einer ganzen Windenergie-Serie geben wir eine Übersicht, was die Stromgewinnung aus Windkraft ausmacht. In Folgeartikeln werden wir wichtige Aspekte vertieft beleuchten.

Klimawandel

Als Bob Dylan 1963 das Stück «Blowin’ in the Wind» sang, ging es ihm natürlich nicht um Windenergie. Der Barde warf mit seiner Musik jedoch einen Blick auf etwas, das uns heute ebenfalls verstärkt beschäftigt: eine Gesellschaft im Umbruch und die Notwendigkeit, gewohntes Verhalten zu überprüfen und neu zu definieren. Der Klimawandel spielt bei dieser Diskussion eine entscheidende Rolle: Die Auswirkungen des CO2-Ausstosses, der Umweltschutz und der sich verändernde Strombedarf durch die zunehmende Digitalisierung und Technologisierung – sie alle sind eng verknüpft mit der Frage, wie Energie in Zukunft auf saubere und nachhaltige Weise gewonnen werden soll. Zu den nachhaltigsten Formen gehören die Wasser-, die Sonnen- und die Windkraft: Sie alle sind unerschöpflich. Zu den effizientesten gehört dabei die Windenergie. Dies auch, weil der Wind weht, solange die Erde sich dreht und sie um die Sonne kreist.

Windräder des ewz Windparks Dörmte in Deutschland
Blick auf den ewz-Windpark Dörmte in Deutschland.

Geophysik

Wind entsteht durch Erdrotation und Hoch- und Tiefdruckgebiete. Die Sonne erwärmt das Land je nach Saison und Tageszeit unterschiedlich stark. Da warme Luft steigt und sich ausdehnt, nimmt der Luftdruck ab, es entsteht ein Tiefdruckgebiet. In der Höhe kühlt sich die Luft aber ab und zieht gegen das Meer hinaus. Sie fällt wieder und der Luftdruck nimmt zu; es entsteht ein Hochdruckgebiet. Weil der Druck aus physikalischen Gründen ausgeglichen werden muss, strömt die Luft vom Hochdruck- ins Tiefdruckgebiet: Der Wind weht. Je grösser der Unterschied zwischen Hochdruck und Tiefdruck, umso stärker bläst der Wind.

Besonders zuverlässig weht er in Küstengebieten – zum Beispiel in der Bretagne, an der Nordsee oder am Atlantik. Wind ist gratis und war neben Wasser und Feuer eine der frühesten Naturkräfte, die die Menschen für sich zu nutzen wussten.

Geschichte

Die Windkraft wurde früh als wertvolle Hilfe zur Bewirtschaftung des Landes entdeckt. So wurde in Mesopotamien Wind bereits 1700 v. Chr. zur Bewässerung der Felder eingesetzt, ab circa 600 n. Chr. entstanden die ersten Windmühlen. Mit Wind wurden seitdem Mühlen angetrieben, Wasser gepumpt und Segelschiffe bewegt. Windkraft als Stromquelle wurde ebenfalls erstaunlich früh entdeckt: Schon Ende des 19. Jahrhunderts baute Charles F. Brush in Amerika das erste Windrad, das Energie erzeugte: 144 Rotorblätter aus Zedernholz sorgten für 12 Kilowatt (kW) Strom. Und 1934 wurde in der Schweiz bereits die erste Windenergieanlage verkauft. Es sollte allerdings bis zur Ölkrise in den frühen 1970er-Jahren dauern, bis man ernsthaft über Windenergie und die Effizienz von Windturbinen nachzudenken begann. 1986 kam in der Schweiz die erste Windturbine zu stehen, die 28 Kilowatt Strom ins Netz lieferte.

Zwei Männer stehen in der Höhe auf einer Komponente der Windturbine mit Blick über die Wälder
Vier Schafe vor Windturbinen des Windparks Hog-Jaeren
Abkehr von Kohle- und Kernkraft, Sicherstellen der Versorgungs­­sicherheit, Naturschutz, Landschaftsbild – nur einige der Herausforderungen.

Windturbinen – die trägen Riesen

Was uns zum Windrad – oder zur Windturbine bringt. Das Prinzip der Stromerzeugung ist so simpel wie genial. Der Wind bringt Rotorblätter zum Drehen, die Drehenergie wird wie beim Fahrraddynamo in Strom umgewandelt. Während die frühen Windturbinen vergleichsweise wenig Strom erzeugten, schaffen moderne Windanlagen bis zu 8 Megawatt – 8 Millionen Watt, Strom für 200’000 40-Watt-Glühbirnen. Die modernen Windräder haben drei Rotoren, einen Durchmesser von bis zu 164 (!) Metern und eine Nabenhöhe von bis zu 220 Metern. Das ergibt die Gesamthöhe von über 300 Metern, der Höhe des Eiffelturms. Das derzeit längste Rotorblatt von General Electric misst 107 Meter. Je höher die Turbinen sind, desto effizienter produzieren sie Strom, da auf dem Land die Windgeschwindigkeiten mit der Höhe über dem Boden zunehmen. Laut einer Studie des Bundes sollen in Zukunft Turbinen mit einer Leistung von bis zu 20 Megawatt möglich sein. Zum Vergleich: Das grösste Kernkraftwerk der Schweiz, Leibstadt, liefert 1’220 Megawatt (über 30 Millionen 40-Watt-Glühbirnen). Der grösste Teil der heutigen Windturbinen erzeugt heute jedoch zwischen 1 und 3 Megawatt Strom. Ein weiterer positiver Aspekt betrifft die Umweltbilanz: Eine CO2-Belastung tritt nämlich nur bei der Herstellung der Windturbinen und dem Bau von Windparks auf.

Wann sich Windkraft lohnt

Wirtschaftlich lohnt sich Windstrom zunächst vor allem, wenn die Windräder zu Windparks zusammengefasst werden. Hierbei unterscheidet man zwischen Onshore-Windparks, die auf dem Land stehen, und Offshore-Windparks im Meer. Dänemark zählt mit Onshore- und Offshore-Anlagen zu den Ländern mit der grössten Stromproduktion aus Windkraft. Während heute vor allem Onshore-Windparks für Strom sorgen, rücken zunehmend Offshore-Windparks in den Fokus. Sie sind zwar teurer im Bau, stossen aber in der Bevölkerung auf weniger Widerstand. Allerdings befürchten Umweltschützerinnen auch hier Auswirkungen, speziell auf die Meeresbiologie. Organisationen wie zum Beispiel Greenpeace fordern deshalb, dass die Auswirkungen von Offshore-Windparks genau beobachtet werden. Als Vorteil wirkt sich hingegen die Zuverlässigkeit in Bezug auf starken Wind aus und dass die Turbinen nicht so hoch gebaut werden müssen, weil der Wind auch nah über dem Wasser stark bläst. Onshore-Parks hingegen benötigen, wie erwähnt, höhere Windturbinen, weil der Wind in der Höhe stärker bläst. Obwohl sie günstiger im Bau sind, führen sie zu mehr Widerstand in der Bevölkerung – nicht nur wegen des Landschaftsbildes.

Plattform des Offshore-Windpark Butendiek
Männer klettern auf die Substation des Offshore-Windpark Butendiek
Das Umspannwerk (engl. Substation) des Offshore-Windparks Butendiek in der deutschen Nordsee.
Installation eines Windturbinen-Monopiles
Installation eines Windturbinen-Monopiles (zusammengesetzt aus dem griechischen Wort mónos für ‚allein, einzig, ein‘ und dem englischen Wort pile für ‚Pfahl‘)
Lagerung von Windturbinen-Komponenten vor deren Installation im Offshore-Windpark Butendiek

Windstrom im Gegenwind – trotz Energiestrategie 2050

Zwar ist man sich einig darüber, dass Kohle- und Gaskraftwerke zu den schlimmsten Verursachern der CO2-Belastung gehören und verschwinden müssen. Mit der Energiestrategie 2050 des Bundes ist die Abkehr von der Kernenergie zudem beschlossene Sache. Obwohl Kernenergie im Grunde als sauber in Bezug auf Treibhausgas-Emissionen gilt, sind die Entsorgung des Atommülls sowie Sicherheitsbedenken schwerwiegende Faktoren. Zu den ökologisch nachhaltigsten Alternativen zählen hingegen Wind-, Wasser- und Solarstrom. Wind von Onshore-Anlagen gilt derzeit nicht nur als eine der günstigsten Methoden, Strom zu erzeugen, sondern auch als eine der umweltfreundlichsten, wie Studien zeigen, die vom Bundesamt für Energie in Auftrag gegeben wurden. Doch just der saubere Windstrom steht im Gegenwind.

Denn Windparks brauchen Platz. Laut der Website Suisse-eole.ch wird für eine Onshore-Anlage, die rund 3 Megawatt erzeugt, inklusive Zufahrtswege die Fläche eines halben Fussballfelds benötigt. Gerade in der dichtbesiedelten Schweiz stossen sie auch deshalb auf Widerstand. Naturliebhaber bemängeln die Verschandelung der Landschaft, Tierschützer befürchten Vogelschlag, eine Bedrohung für Fledermäuse sowie Artenschwund. Und einige betroffene Anwohner und Interessensgruppen beklagen den Lärm der drehenden Rotorblätter und fallende Immobilienpreise. Zur Lärmemission und zum Minimalabstand zu bewohnten Häusern gibt es indessen Regeln. Die grössten Umweltorganisationen wie der WWF, Greenpeace oder Pro Natura befürworten deshalb grundsätzlich die Windenergie. Und wie Christof Drexel in der Kolumne «Frischer Wind» auf powernewz schreibt: «Windräder müssen nicht allen gefallen.»

Ein «Aber» kommt ortsabhängig allerdings auch von anderer Seite: von der Flugsicherung skyguide. «Windturbinen können die elektromagnetischen Signale eines Kommunikations-, Navigations- oder Überwachungssystems (CNS) reflektieren, verzerren oder blockieren», schreibt skyguide. Windparks müssten deshalb auch auf ihre Verträglichkeit mit der Flugsicherheit geprüft werden. Da skyguide die Energiewende 2050 ebenfalls unterstützt, berate das Bundesunternehmen beim Bau von Windparkprojekten und verbessere die CNS-Prüfmethoden.

Aufbau einer Windturbine umgeben von Bäumen
Aufbau einer Windturbine des Atlantic-Windpark-Portfolios von ewz in Südschweden.
Bau des Fundaments einer Windturbine
Eingriffe in die Natur sind gut sichtbar, werden aber so minimal wie nur möglich gehalten. Die Devise soll hier immer lauten: So viel wie nötig, so wenig wie möglich.
powernewz in Ihrer Mailbox

Blick über die Grenze

Trotzdem: «In der Schweiz haben wir eine Diskrepanz zwischen Ziel und Realität», sagt Kimon Marketos, Windenergie-Fachexperte von ewz. Der Senior Projektleiter ist zuständig für Akquisitionen von ewz. Die Schweiz zähle aktuell 37 grosse Windturbinen, geeignete Standorte gäbe es aber viel mehr. «Nur ein Bruchteil des Potenzials in der Schweiz ist ausgenutzt», sagt er. Das Ziel der Energiestrategie 2050 wären 4’000 Gigawattstunden (oder 4 Terawattstunden), produziert werden jedoch gerade mal 122 Gigawattstunden. Der Ausbau der Windkraft schreitet entsprechend langsam voran.

ewz wirft deshalb – neben den Investitionen in zwei einheimische Windanlagenprojekte und zahlreiche Solar- und Wasserkraftwerke – auch einen Blick über die Grenzen hinaus: nach Deutschland, Frankreich, Schweden und Norwegen, wo das Elektrizitätswerk zuletzt mit Stigafjellet und Måkaknuten Windparks im Südwesten Norwegens erworben hat und baut. Ins Portfolio gehört auch der norwegische Windpark Høg Jæren. Insgesamt wird ewz Ende 2020 an 18 Windparks in Europa beteiligt oder in deren Besitz sein. Darunter befinden sich zwei Offshore-Parks in der Nordsee Deutschlands. In der Schweiz ist ewz zudem an den zwei Windparkprojekten Mollendruz und Provence beteiligt, die sich allerdings aufgrund von Einsprachen auch nach Jahren erst in der Entwicklungsphase befinden.

Investitionen in Europa

Gekauft wurde Måkaknuten innerhalb eines Rahmenkredits, den das Zürcher Stimmvolk mit grosser Mehrheit zur Investition in Windenergie und erneuerbare Energiequellen gutgeheissen hatte. In Måkaknuten sollen im Herbst dieses Jahres 22 Windturbinen ans europäische Stromnetz gehen und insgesamt 95 Megawatt leisten, Stigafjellet bringt mit 7 Turbinen weitere 30 Megawatt. Die jährliche Stromproduktion soll 345 Gigawattstunden (GWh) beziehungsweise 117 GWh betragen. Die norwegischen ewz-Windparks zusammen sollen ab 2021 jährlich 510 GWh erzeugen, gesamteuropäisch werden es für ewz dann total 1’050 GWh sein – was einem Drittel des Stadtzürcher Stromverbrauchs entspricht. Zum Vergleich: Ein Stadtzürcher Haushalt verbraucht pro Jahr durchschnittlich rund 3’500 Kilowattstunden. «Måkaknuten wird mit erwarteten 3’600 Volllaststunden pro Jahr einer der produktivsten Windparks Europas sein», sagt Marketos. Französische Windkraftwerke an guten Standorten kommen auf rund 3’000 Volllaststunden, in der Schweiz wird während etwa 2’000 Stunden die volle Leistung erzeugt.

Verwaltungsgebäude des Hog-Jaeren Windparks in Südnorwegen
Das Verwaltungsgebäude des Høg Jæren Windparks in Südnorwegen
Zwei Windräder des Hog-Jaeren-Windparks in karger Landschaft
Strassenschild, das auf Hog Jaeren hinweist.
Blick durch Felsen auf den Hog-Jaeren-Windpark
Wie funktioniert das eigentlich mit dem Strom aus dem Ausland auf meiner Rechnung in der Schweiz?

Der europäische Stromsee

Wer denkt, das Elektron, das die Windturbine in Norwegen erzeugt, komme auch aus unserer Steckdose, liegt falsch. Der Strom aus Norwegen fliesst in ein gesamteuropäisches System ein, das auch von Kohle-, Solar- und Atomstromanlagen gespiesen wird. «Man kann es sich als grossen See vorstellen, der von Flüssen gespiesen wird», sagt Marketos (siehe Erklärfilm). Denn: Strom nimmt physikalisch immer den kürzesten Weg – ihn über hunderte von Kilometern aus Norwegen in die Schweiz zu transportieren, wäre alles andere als wirtschaftlich oder nachhaltig.

Für den Strom, der aus erneuerbaren Energien ins Netz gespiesen wird, erhält auch ewz deshalb einen Herkunftsnachweis – und kann dieselbe Menge an Strom hierzulande entsprechend als Naturstrom verkaufen. Auch wenn ein Anteil des tatsächlich verbrauchten Stroms aus der Produktion eines nahegelegenen Kernkraftwerk stammen sollte, wird mit der Investition in Windkraftwerke der Anteil erneuerbarer Energie an der Gesamtproduktion erhöht und die Energiewende gefördert. Damit verschwinden langfristig auch Kern- und Kohlekraftwerke. Noch nicht verzichten kann man aktuell auf Gaskraftwerke, dazu später mehr. Kurz: Für die nachhaltige Stromversorgung ist nicht der Ort der Produktion entscheidend, sondern die gesamthaft produzierte Menge an erneuerbarem Strom. Für den Bau von Windparks spricht zudem, dass die Technik baureif und wirtschaftlich ist.

Eine Windturbine mit ewz-Aufschrift überragt den Wald

Wenn der Wind nicht weht

Wind und Sonne sind indessen nicht die verlässlichsten Stromlieferanten; die Sonne verschwindet hinter Wolken und abends auf der anderen Seite der Erde und selbst an windsicheren Orten kann mal Flaute herrschen. Wenn ein Orkan bläst, stellen Turbinen zur Sicherheit automatisch den Betrieb ein, weil die Rotorblätter sonst gegen die Säulen der Turbine gedrückt würden. Der Fachbegriff ist Volatilität – und diese ruft nach Technologien, den überschüssigen Strom zu speichern. Entsprechend wird mit Hochdruck an der Stromspeicherung geforscht: So könnten zum Beispiel effiziente Batterien den Strom speichern, wobei aber andere Umweltbelastungen und viel graue Energie anfallen.

Ebenfalls lässt sich Strom in Wasserpumpwerken speichern. Geforscht wird derzeit an der Power-to-Gas-Speicherung, also der Umwandlung von Strom in Gas unter Hochdruck, wobei diese Technologie noch mit hohem Umwandlungsverlust verbunden ist: Es wird merklich weniger Strom zurückgewonnen, als für die Umwandlung aufgewendet werden musste. Heiss gehandelt wird derzeit eine Technologie mit sogenannten Kryobatterien: Luft wird mit Strom auf minus 196 Grad gekühlt und unter hohem Druck verflüssigt. Zurückgewonnen wird der Strom, indem die Luft durch natürliche Erwärmung gasförmig wird und der Druck zur Stromerzeugung genutzt wird. Entscheidend ist, dass ein Speicherkraftwerk die Stromproduktion in kürzester Zeit ankurbeln kann – genau dann, wenn zum Beispiel wegen Windstille oder Dunkelheit nicht genügend Strom aus erneuerbaren Energien ins Netz fliesst. «Für den Einsatz im grossen Stil sind diese Speichermethoden jedoch noch nicht bereit», sagt Marketos. Wir dürfen also gespannt sein.

Die Gesellschaft bestimmt

Fazit: Die Energiewende ist in vollem Gange, die Erzeugung von sauberem Strom unumgänglich notwendig. Eine fünfjährige Studie von 300 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern kam kürzlich zum Schluss, dass die Energiewende inklusive Ausstieg aus der Kernenergie tatsächlich bis 2050 möglich ist – vorausgesetzt, der gesellschaftliche Wille dazu ist vorhanden. Die Windkraft bietet dazu eine Chance. Was uns zurück zu Bob Dylan bringt, der damals neben seinem Stück über den Wind auch «The Times They Are a-Changin’» intonierte. Was sich etwas salopp mit «Der Wind dreht» übersetzen liesse.

ewz-Stromproduktion im Überblick:
Sie sind herzlich willkommen!

Wissenswertes zu allen ewz-Stromproduktionsanlagen finden Sie hier. In vielen Kraftwerken sind Besichtigungen möglich, so zum Beispiel bei der eigens für Familien konzipierten Wasserkraftwerks-Führung im bündnerischen Tinizong.

In der Kolumne «Frischer Wind?» von Energieexperte Christof Drexel beschreibt er seine Gedanken zur schleppenden Entwicklung der Schweizer Windenergie.

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Kommentare

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Bisherige Kommentare (4)

Adrian Seiler-Brunner sagt:

Guten Tag

Leider wurde die neuen Windturbinen von Agile Wind Power nicht gezeigt.
Bei diesen entstehen keine Beeinträchtigungen auf den Lebensraum von Fledermäusen und Vögel.
Zudem sind sie mit 80 dB viel leiser als Windtubinen von Vestas(bis zu 110, der Schalldruck ist bei 85 dB doppelt so gross wie bei 80 dB) etc, die zusätzlich auch noch Infraschall erzeugen.

Offshore-Windturbinen:
Mit dem Einbau von Vibrationsdämpfungselementen aus geeigneten robusten Elastomeren(Gummi) wird die Übertragung von Lärm/Vibration merklich reduziert. Dies verhindert die Beeinträchtigung der Meereslebewesen, insbesondere der Wal, sehr.

powernewz-Team sagt:

Guten Tag Herr Seiler-Brunner. Vielen Dank für den interessanten Input. Im Austausch mit meinem Fachkollegen habe ich erfahren, dass das Konzept der vertikalen Windturbine sicherlich interessant sei und auch wir von ewz deren Entwicklung im Auge behalten. Ob die Angaben (insbesondere jene zur minimalen Beeinträchtigung der Meeresbewohner) stimmen, können wir als Investor nicht bestätigen und kennen die Turbinen bisher noch nicht in einem grossen Windpark im Einsatz. Generell gehen wir davon aus, dass die verschiedenen Windturbinenentwickler im Offshore-Wind-Bereich stets an Verbesserungen und Optimierungen ihrer Produkte und den zum Bau und Betrieb notwendigen Prozesse arbeiten, um die Beeinträchtigung der Umwelt (Flora und Fauna) möglichst zu minimieren. Beste Grüsse, Esther Peter, ewz

Bernhard Pfister sagt:

Wäre es möglich die bereits bestehenden Hochspannungsmasten zur Gewinnung von Windenergie zu erweitern und zum Beispiel mit Helix-Vertikalturbinen nachzurüsten?

powernewz-Team sagt:

Eine höchst interessante Frage, Herr Pfister. Unser ewz-Windenergieexperte Kimon konnte mir sagen, dass hierzu diverse Aspekte zu berücksichtigen wären. Zum Beispiel, ob man solche Turbinen in der Nähe von Hochspannungskabeln installieren darf, ob/welche Genehmigung für eine Erweiterung der Masten möglich wäre und ob der Betrieb wirtschaftlich möglich sein könnte. Uns ist kein solches Projekt bekannt. Sollten Sie eines sehen, würden wir uns über einen Bescheid freuen. Beste Grüsse, Esther Peter