Windenergie
Was ist Windenergie?
Die Definition – einfach erklärt
Windenergie ist die Bewegungsenergie (kinetische Energie) von Luftströmen, welche mithilfe einer Windkraftanlage in elektrische Energie umgewandelt wird.
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.
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Wie funktioniert eine Windkraftanlage?
Der Wind versetzt die Rotorblätter der Anlage in eine Drehbewegung. Die Blätter sind wie Flugzeugflügel gewölbt. Dadurch muss die Luft auf der Oberseite einen weiteren Weg zurücklegen. Das erzeugt auf der oberen Seite einen Unterdruck, der die Flügel und damit die Nabe (Rotor) in der Mitte zum Drehen bringt.
Im Innern des Maschinenraums, auch Gondel genannt, ist dieser Rotor mit einem Generator verbunden, der die mechanische in elektrische Energie umwandelt. Die Stromleitung führt dann durch den Turm der Anlage zu einer Trafostation und von dort direkt ins Verteilnetz.
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On- und Offshore-Windenergieanlagen
Windparks und einzelne Anlagen werden immer an Standorten mit hohem und möglichst konstantem Windaufkommen errichtet. Je nach Standort spricht man von Onshore-Windkraftanlagen (auf dem Land) oder von Offshore-Anlagen (in Gewässern).
Offshore-Windkraftanlagen auf dem Meer haben dank der höheren Windgeschwindigkeiten und dem stetigeren Wind eine bessere Energieausbeute als die meisten Onshore-Anlagen an Land. Doch, da sie im Wasser stehen, sind Installation und Instandhaltung schwieriger und teurer. Auch nutzt sich das Material im bewegten Salzwasser schneller ab als bei einer Anlage an Land. Und der Strom muss verhältnismässig weiter transportiert werden.
Onshore-Windenergieanlagen lohnen sich insbesondere in Küstennähe, in Windtälern oder im Gebirge. Auch hier weht der Wind stärker und stetiger. Windparks an Land sind wesentlich einfacher zu installieren und zu warten.
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Vor- und Nachteile der Windkraft
Wie jede Energiequelle hat auch die Windenergie ihre Vor- und Nachteile. Kommt hinzu, dass je nach Perspektive ein Fakt als Vor- oder Nachteil gewertet wird. Die folgende Liste gibt einen Überblick.
Die Vorteile
- Ein grosser Vorteil von Windenergie ist die Unabhängigkeit von seltenen Rohstoffen und fossilen Brennstoffen. Sobald die Windenergieanlage steht, benötigt sie nur noch Schmierstoffe und evtl. Ersatzteile.
- Windkraft ist unbegrenzt verfügbar und zählt zu den regenerativen Energien.
- Windenergie ist klima- und umweltfreundlich: Nach etwa 6 Monaten hat eine Windkraftanlage die Energie produziert, die für den gesamten Lebenszyklus mit Bau, Instandhaltung und Recycling gebraucht wird. Danach liefert die Anlage bis zu 25 Jahre saubere Energie (Quelle). Auf die Kilowattstunde herunter gerechnet verursacht Windkraft je nach Standort 8 bis 27 g CO2-eq pro kWh, so die Ergebnisse der PSI-Studie. Einzig Wasserkraft hat eine noch bessere Treibhausgas-Bilanz. Das Gleiche gilt für die Ökobilanz. Windenergie folgt direkt nach der Wasserkraft auf Platz zwei.
- Windräder brauchen vergleichsweise sehr wenig Platz. Ein Windrad mit 180 Metern Höhe inklusive Rotorblätter kann Strom für 2’000 Haushalte produzieren. Natürlich muss man bei der Windenergieanlage auch noch das Fundament und den Kranstellplatz einrechnen.
Ein Windrad dieser Grössenordnung braucht für das Fundament, die Kranstellfläche sowie Montage- und Zufahrtsfläche rund 5’000 m2. Der grösste Teil davon kann nach der Inbetriebnahme auf 2’400 m2 zurückgebaut werden (Quelle). Das umliegende Land kann nach wie vor für Landwirtschaft oder Forstwirtschaft genutzt werden. - In der Schweiz liefern Windenergieanlagen zwei Drittel des jährlich durch Windenergie produzierten Stroms im Winter, wenn wenig Solar- und Wasserkraft zur Verfügung stehen. Windenergie ist also eine ideale Ergänzung zu den anderen erneuerbaren Energien. Beim Betrieb in kalten Lagen kann das Vereisen des Rotors durch eine Blattheizung verhindert werden. Für eine ganzjährige Wartung muss auch die Zugänglichkeit im Winter sichergestellt sein.
Kritisierte Nachteile
- Ähnlich wie bei der Solarenergie ist die Windstromproduktion vom Wetter abhängig. Bläst kein oder zu viel Wind, kann die Anlage auch keinen Strom erzeugen. Aber Wind- und Sonnenenergie ergänzen sich sehr gut, und gerade deshalb schauen Bund und Kantone ganz genau, wo das Windenergie-Potenzial in der Schweiz am grössten ist. Vom Bund wurden die Windgeschwindigkeiten für die gesamte Schweiz modelliert. Die Resultate sind im Windatlas der Schweiz aufgeführt.
- Wind als solches ist nicht speicherbar – die optimale Nutzung ist deshalb eine Frage des Anlagenmanagements: Die erneuerbaren Energien können sich ideal ergänzen. Überschüssiger Strom kann gespeichert werden durch Pumpspeicherkraftwerke und andere Speichermöglichkeiten wie etwa grünen Wasserstoff. Diese Technologie ist allerdings erst im Aufbau und hat noch einen niedrigen Wirkungsgrad.
- Windräder verursachen Geräusche. Ob diese jedoch als Lärm empfunden werden, hängt unter anderem von der Distanz und vom persönlichen Empfinden ab. Eine Windenergieanlage im Abstand von 200 Metern und unter Volllast ist etwa 50 Dezibel (dB) laut (Quelle). Das ist weniger als eine normale Unterhaltung, die bei etwa 60 dB liegt. Pro 10 dB empfinden wir ein Geräusch als ungefähr doppelt so laut. (Quelle) In der Schweiz müssen Windkraftanlagen die Vorgaben der Lärmschutzverordnung einhalten.
- Durch Windräder sterben Vögel und Fledermäuse. Laut einer Studie aus dem Jura sind es 21 Vögel pro Windrad und Jahr (Quelle). Diese Zahl beruht auf Hochrechnungen und ist nur auf topografisch ähnliche Räume übertragbar. Verglichen mit den geschätzten 36 Millionen Vögel, die jährlich in der Schweiz durch Hauskatzen, Glasfassaden und den Verkehr getötet werden, ist dies eine sehr kleine Zahl (Quelle). Zudem sind gemäss Birdlife International etwa 75 Prozent der europäischen Vogelarten durch den Klimawandel bedroht. Allerdings können Windkraftanlagen oder -parks auch die Brutgebiete oder Vogel- und Fledermausrouten beeinträchtigen. Daher ist für Anlagen mit einer Leistung ab 5 Megawatt eine Umweltverträglichkeitsprüfung nötig. Die Vogelwarte Sempach bietet weitere Informationen zum Thema.
Zudem gibt es konkrete Massnahmen, um Fledermäuse zu schützen. Windanlagen können mit Vogel- und Fledermauserkennungssystemen ausgestattet werden. Bei Kollisionsgefahr werden die Anlagen abgeschaltet – dabei werden natürlich Produktionsverluste zugunsten des Tierschutzes in Kauf genommen. - Windenergie ist vergleichsweise teuer, lautet ein häufiges Argument gegen Windkraftanlagen. Eine Studie des Paul Scherrer Instituts (PSI) im Auftrag des Bundesamts für Energie zeigt jedoch, dass die Gestehungskosten pro Kilowattstunde (kWh) im Mittelfeld liegen und kontinuierlich sinken. Heute kostet Bau, Unterhalt und Rückbau je nach Standort 13–21 Rappen pro kWh. Bis 2050 sinken die Kosten auf 9–15 Rappen. Einzig grosse Photovoltaik-Anlagen haben günstigere Gestehungskosten.
Windenergie in der Schweiz
Wie andere erneuerbare Energien ist auch die Windenergie Teil der Energiestrategie 2050 und leistet einen wichtigen Beitrag zur Energiewende ohne fossile Quellen und Atomstrom. Bis 2050 sollen 7 Prozent des Schweizer Energiebedarfs durch Windkraft gedeckt werden (Quelle NZZ und Energieperspektiven 2050).
In der Schweiz gibt es aktuell (2022) 41 Grossanlagen. Sie produzieren 0,2 Prozent des Stroms in der Schweiz – das sind 150 Gigawattstunden (GWh). Im Bau befindet sich aktuell (2022) der Windpark Sainte-Croix im Kanton Waadt mit 6 Windturbinen. Der grösste Windpark mit 16 Windturbinen steht im Berner Jura bei St. Imier und hat eine Gesamtleistung von 37,2 Megawatt. Weitere Windanlagen befinden sich beispielsweise auf dem Gütsch ob Andermatt, bei Entlebuch oder auf dem Gotthard. Die interaktive Karte des Bundes zeigt, wo in der Schweiz Windkraftanlagen stehen. Die interaktive Karte der Schweizerischen Vereinigung zur Förderung der Windenergie, Suisse Eole, zeigt den Stand geplanter und im Bau befindlicher Windparks.
Förderung der Windenergie
in der Schweiz
Um den Zubau der Windkraft, wie auch anderer erneuerbarer Energien, zu unterstützen, sind Windenergieanlagen ab einer bestimmten Grösse seit 2018 von «nationalem Interesse». Das bedeutet, dass die Behörden die Interessen von Schutz und Nutzung auf nationaler Ebene bei der Bewilligung grosser Anlagen abwägen müssen.
Weiter profitieren die erneuerbaren Energien und damit auch die Windkraft von Investitionsbeiträgen bzw. von der Einspeisevergütung (bei bestehenden/älteren Anlagen). Windenergie wird während der 15 Jahre, in denen eine Anlage in Betrieb ist, vergütet. Die Höhe der Beiträge pro kWh hängt unter anderem von der Grösse und der Höhenlage der Anlage bzw. des Windparks ab. Mehr Infos dazu finden sich in der Verordnung über die Förderung der Produktion von Elektrizität aus erneuerbaren Energien. Seit Januar 2023 können Energieunternehmen Investitionsbeiträge für Windenergieanlagen beantragen. Voraussetzung ist unter anderem, dass die Windturbine eine installierte Leistung von mindestens 2 MW hat. Mehr Infos auf der Seite Investitionsbeiträge Windenergie des BFE.
Schweizer Projekte im Ausland
Windenergie hat im europäischen Norden sehr grosses Potenzial und wird massiv gefördert. Seien es Projekte auf dem Meer, an den Küsten oder im Gebirge. Schweizer Energieunternehmen investieren beispielsweise in Dänemark, Norwegen, Deutschland oder auch Frankreich in die Windenergie.
ewz hat bereits in Windenergie investiert und besitzt seit 2008 Windenergieanlagen. Die Energieversorgerin ist an mehreren Windparks in Europa beteiligt. Darüber hinaus setzt sich ewz auch für Schweizer Windprojekte ein.
Stand 2023 sind 128 Windturbinen in 22 Windparks für Kund*innen von ewz im Einsatz und liefern rund ein Drittel des verbrauchten Stroms in Zürich.
Häufig gestellte Fragen
Wie viele Windräder gibt es in der Schweiz?
2022 gibt es in der Schweiz 41 grosse Windkraftanlagen mit einer Gesamtproduktion von rund 150 GWh pro Jahr. Ein weiterer Windpark mit 6 neuen Anlagen befindet sich 2022 im Bau und soll zusätzlich 22 GWh Strom jährlich liefern. Im Bewilligungsverfahren sowie in der Planung befinden sich 2022 53 Projekte mit insgesamt 309 Windturbinen. Mehr Infos zu den Projekten bei Suisse Eole
Wie viele Windräder braucht die Schweiz
Eine aktuelle Potenzialstudie des Bundes kommt zum Ergebnis, dass 3’000 Windkraftanlagen die Stromlücke im Winter sowie den Wegfall der Atomkraft kompensieren könnten. Bereits 1’000 Windräder würden die Winterstromlücke entschärfen. Zur Mitteilung des Bundes oder auch zum Bericht aus Sicht Suisse Eole.
In Anbetracht der Dauer von Bewilligungsverfahren und der Tatsache, dass Strom ein wertvolles Gut ist, ist zu bemerken, dass eine Senkung des Stromverbrauchs und damit Energiesparen nützliche Massnahmen sind, die jede*r von uns im täglichen Leben unterstützen kann.
Wie viel Strom kann ein Windrad erzeugen?
Wie viel Strom ein Windrad erzeugt, hängt von der Grösse, dem Standort und den tatsächlichen Windverhältnissen ab. Laut der österreichischen IG Windkraft erzeugt ein grosses, modernes Windrad mit rund 5 Megawatt Leistung knapp 13 GWh Strom pro Jahr. Das entspricht dem Verbrauch von 3’700 Haushalten. Heutige Anlagen in der Schweiz haben jedoch eine geringere Leistung von rund 2 bis 3 MW.
Wie viele Windräder braucht es, um ein Atomkraftwerk zu ersetzen?
Wenn man bedenkt, dass das leistungsstärkste AKW Leibstadt 1’285 MW Nennleistung bringt und rund 2 Millionen Haushalte mit Strom versorgt, bräuchte es rund 750 Windräder mit einer durchschnittlichen Nennleistung von 5 MW, um das AKW zu ersetzen. Die installierte Leistung der Windräder wäre zwar mit 3’750 MW bedeutend höher als die Leistung des AKWs, aber sie hätten dafür eine niedrigere Anzahl an Volllaststunden.
Denn ein AKW produziert abgesehen von Abschaltungen bei Wartungsarbeiten permanent Strom und kommt auf rund 8’000 Volllaststunden. Ein Windrad kommt in der Schweiz auf rund 2’000 Volllaststunden. Je nach Standort müsste man also zusätzliche Windräder bauen. Je grösser die Windräder und ihre Nennleistung, desto weniger Windräder benötigt ein AKW-Ersatz. Bei niedrigerem Windaufkommen oder kleineren Windrädern ist die benötigte Anzahl entsprechend höher.
WICHTIG: Dies ist ein theoretisches Gedankenspiel – in der Realität bzw. im Rahmen der Energiewende wird nicht eine Technologie 1:1 durch eine andere ersetzt, sondern durch den Mix der sich gut ergänzenden erneuerbaren Energien.
Wo steht das grösste Windrad der Welt
Im Jahr 2022 steht das grösste Windrad der Welt auf dem Windkraftanlagen-Testfeld Østerild an der Nordküste Dänemarks. Die Spitzenleistung beträgt 15 MW und soll rund 18’000 Haushalte mit Strom versorgen. Der Rotordurchmesser beträgt 222 Meter. Die SG 14-222 DD, wie dieser Windradtyp heisst, soll ab 2024 als Offshore-Anlage in Serie gebaut werden.
Allerdings erhält diese Windkraftanlage bereits Konkurrenz aus China. Der Hersteller MingYang will 2023 den Prototyp seiner neuen Anlage mit einer Leistung von 16 MW installieren. Der Rotordurchmesser beträgt 242 Meter. Die Rotorblätter sind 108 Meter lang.
Welches Land hat am meisten Windenergie?
Das Land mit der höchsten installierten Leistung ist China mit 338’309 MW Leistung (Stand 2021). Danach folgen die USA mit 134’396 MW und Deutschland mit 64’542 MW. Nimmt man die Windstromproduktion gemessen an der gesamten Primärenergieerzeugung eines Landes, so liegt Dänemark mit 22,5 Prozent auf Platz eins (Stand 2021), gefolgt von Irland mit 14,6 Prozent und Portugal mit 13 Prozent auf Platz drei.
