Basics

Transport von Rotorblättern im Wald

von
Blatttransport Hohe Straße

Als Grund gegen neue Windenergieanlagen im Wald hören wir oft das Argument, dass man extrem viele Bäume für den Transport von Rotorblättern im Wald abholzen müsse, da diese sehr lang und unhandlich seien. Ein anderer beliebter Einwand ist, dass man die Fahrwege zusätzlich übermäßig verbreitern müsse. Es ist klar, dass ein Transport der Rotorblätter im Wald komplexer ist als auf freier Fläche. Die Ingenieure waren aber nicht untätig und haben sich inzwischen viele Gedanken gemacht, wie man diese Probleme geschickt vermeiden oder zumindest minimieren kann. Wir wollen in diesem Beitrag beleuchten, wie das in der Praxis aussieht.

Wichtiges Hilfsmittel der Profis: Bladelifter

Ein Bladelifter ist ein fernsteuerbarer Spezial-Schwerlasttransporter, der ein komplettes Rotorblatt aufnimmt und dieses bis zum Einsatzort in selbst schwierigstem Gelände transportieren kann. Der Clou bei diesem Spezialgerät ist, dass das Rotorblatt bis 60° aufgestellt transportiert werden kann. Das reduziert den Platzbedarf im Wald dramatisch, wenn es um Kurven geht.

Rotorblatt eines Windparks beim Transport durch den Wald
Rotorblatt eines Windparks beim Transport mit einem Bladelifter, Bildnachweis: Tanja Brücher / photocase.de

Der lange Weg der Rotorblätter

In diesem Artikel zum unteren Videobeitrag beschreiben die Tagesthemen, wie Rotorblätter über steile, unbefestigte und kurvige Waldwege auf eine Bergkuppe transportiert werden können. Selbst unerwartete Probleme aufgrund aufgeweichtem Weg konnten gelöst werden wie im Artikel beschrieben.


Quelle: https://www.tagesschau.de/multimedia/sendung/tagesthemen/video-1278384.html

Windrad-Bau: Unterwegs mit Schwertransport

Der folgende ZDF Beitrag zeigt wie die Herausforderungen einer Windradbaustelle im Schwarzwald gemeistert wurden.

Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=ynahzdpC-fA

Bladelifter im Einsatz

Im folgenden Videobeitrag wird ein Bladelifter in Aktion gezeigt. „Bladelifter werden angeschafft, um auch die Rotorblätter der neuesten Anlagengenerationen sicher durch schwieriges Gelände mit engen Kurvenradien und geringen Lichtraumprofilen zu den Windkraftbaustellen transportieren zu können.“

Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=uwq_Dx4JbA8

Die folgenden 2 Bilder sollen exemplarisch an einem 70 m Rotorblatt veranschaulichen, wie sehr man mit einem Anstellwinkel von 60° die effektive Länge des Transports reduzieren kann, sodass auch sehr kleine Kurvenradien befahren werden können. Das bedeutet, dass Waldwege, die für den Holztransport geeignet sind, in der Regel auch ohne große Veränderungen für den Rotorblatttransport genutzt werden können.

Aufgestelltes 70 m Rotorblatt – Übersicht
Aufgestelltes 70 m Rotorblatt – Übersicht, Bildnachweis: windkraftbb
Aufgestelltes 70 m Rotorblatt – Detail
Aufgestelltes 70 m Rotorblatt – Detail, Bildnachweis: windkraftbb

Reale Waldweg-Beispiele

Linkes Bild: Typischer Waldweg im BB-14 Gebiet
Rechtes Bild: Für den Windradtransport genutzter Waldweg im Windpark Geisberg (auf dem Foto hinten in Verlängerung des Weges und rechts oben hinter den Bäumen zwei Windräder erkennbar)

Waldweg im BB-14 Gebiet
Waldweg im BB-14 Gebiet, Bildnachweis: windkraftbb
Waldweg, der zum Rotorblatt Transport genutzt wurde
Waldweg, der zum Rotorblatt Transport genutzt wurde. Windräder sind rechts und in Verlängerung des Weges erkennbar. Bildnachweis: windkraftbb

Anmerkung: Beim Bau des Windparks Geisberg wurde kein Bladelifter genutzt, da die Waldwege mit gewöhnlichen Schwertransportern befahren werden konnten (siehe https://www.windpark-geisberg.de/userfiles/gallery/01/galerie01_15.jpg )

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Fledermaus-Schutz

von
Fledermäuse

Intensive Landnutzung, Überdüngung und Pestizide führen schon seit Jahrzehnten zu einem bedrohlichen Insektensterben.1 Damit wird den Fledermäusen grundsätzlich die Nahrungsgrundlage entzogen (Insekten, Käfer). Ebenso bedrohen andere Umweltgifte und der Verlust von Quartieren und Flugrouten Fledermauspopulationen.2 Feldermaus-Schutz ist ein Thema, das schon lange aktuell ist.

Auch der Klimawandel stellt eine große Gefährdung der Fledermauspopulationen dar: Extreme Wetterlagen wie längere Hitzewellen und Dauerregen führen zum Verdursten bzw. ganz akutem Insekten- und damit Nahrungsmangel.

Zu der sehr langen Liste an Gefährdungen3 kommen nun auch noch die Windenergieanlagen dazu. Fledermäuse werden sowohl zu Schlagopfern als auch zu Opfern des Barotraumas. Hochrechnungen gehen davon aus, dass bis zu 200.000 Tiere jährlich an deutschen Windenergieanlagen verunglücken. Das entspricht im Schnitt 14 (und in Einzelfällen bis zu 100) Tieren pro Jahr bei Anlagen ohne Betriebssteuerungen zum Fledermausschutz.4 In Deutschland werden noch ca. 58%5 der Anlagen ohne diese Betriebssteuerungen betrieben.

Alternativen zur Windkraft suchen?

Das Potential von Wasserkraft in Deutschland wird laut Umweltbundesamt (UBA) mit „etwa 25 Terawattstunden (TWh) Strom pro Jahr beziffert. In den vergangenen zehn Jahren wurden bereits bis zu 23 TWh Strom pro Jahr aus Wasserkraft gewonnen.“6 Der Bruttostromverbrauch in Deutschland betrug 2023 rund 517 Terawattstunden.7 Der Ausbau der Wasserkraft alleine ist also keine Alternative.
Alternative Atomkraftreaktorkonzepte („4. Generation“) kommen viel zu spät, sind unwirtschaftlich und bergen weiterhin große Sicherheitsgefahren durch hochradioaktive Abfälle (selbst, wenn es weniger wären). Ihr Ausbau „entbehrt technischer und ökonomischer Grundlagen“ laut DIW.8

Das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) hat dazu eine Studie beauftragt. „In Summe geht die Studie davon aus, dass die untersuchten Konzepte bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts nicht im relevanten Umfang zum Einsatz kommen werden.“9 Viel zu spät für alle Pariser Klimaziele.10

Fledermaus-Schutz und Klimaschutz verbinden

In Deutschland gibt es 25 Fledermausarten. Davon sind 3 besonders von Windrädern bedroht: Die Zwergfledermaus (Roter Liste: ungefährdet)11, die Rauhautfledermaus (Rote Liste: ungefährdet)12 und der Große Abendsegler (Rote Liste: Vorwarnliste / Daten ungenügend)13. Um Fledermäuse vor Windrädern zu schützen, gibt es technischen Lösungen: „Kein so großes Problem!“ nennt das Dr. Voigt vom Leibniz Institut für Zoo- und Wildtierforschung.14


Quelle: https://www.ardmediathek.de/video/quarks-im-ersten/infraschall-machen-windraeder-krank/das-erste/Y3JpZDovL2Rhc2Vyc3RlLmRlL3F1YXJrcy1jYXNwZXJzLzIwMjMtMTItMTZfMTEtMzAtTUVa?startTime=1180.00&endTime=1697.00

Mittels Betriebssteuerungen (z.B. ProBat15 und Fleximaus16) können Windräder dann ausgeschaltet werden, wenn bestimmte Umweltbedingungen herrschen: niedrige Windgeschwindigkeiten / hohe Nachttemperaturen zu bestimmten Jahreszeiten / Zugzeiten. Dann nämlich werden Fledermäuse besonders aktiv und sind gefährdet. Durch diese Abschaltautomatiken gehen die Schlagopferzahlen um bis zu 80%17 zurück. Die gute Nachricht: genau ab Windgeschwindigkeiten von 4 -10 m/s, wenn WKAs beginnen, effektiv Strom zu produzieren, wird es den Fledermäusen zu windig. Ihre Aktivitäten nehmen dann ab. Dadurch liegt der Verlust durch Abschaltungen zum Schutz der Fledermäuse für WKA-Betreiber laut Dr. Voigt nur bei 1 – 4% des Jahresenergieumsatzes.18

Fledermäuse verlieren durch Windräder im Wald aber auch einfach Nist- und Lebensräume, selbst wenn sie nicht zum Schlagopfer werden. Artenschutzrechtliche Gutachten schreiben daher ggfs. vorgezogene Ausgleichsmaßnahmen (CEF) vor: z.B. Ersatzquartiere in Form von Fledermaus-Nistkästen an geeigneter Stelle oder das Aufwerten von Ersatzhabitaten durch die dauerhafte Herausnahme passender Waldflächen aus forstlicher Nutzung.19

Was zu wünschen bleibt

  • Abschaltsysteme sollten zur Pflichtausstattung neuer WKAs werden und bestehende Anlagen sollten nachgerüstet werden.
  • Artenschutzrechtliche Prüfungen sollten auch dann, wenn es nicht mehr gesetzlich vorgeschrieben ist, bei der Vergabe verlangt werden (so, wie die Vergabegruppe für BB-14 das sehr vorbildlich versprochen hat).20
  • Was jede/r beitragen kann: der NABU gibt Tipps, wie man auch privat zum Fledermausschutz beitragen kann.21
  • Zu bekannten Wochenstuben gefährdeter Arten müssen Mindestabstände eingehalten werden.

Quellen / Referenzen

  1. https://www.quarks.de/umwelt/tierwelt/darum-ist-das-insektensterben-ein-echtes-problem ↩︎
  2. https://schleswig-holstein.nabu.de/tiere-und-pflanzen/saeugetiere/fledermaeuse/fledermausschutz/02971.html ↩︎
  3. https://schleswig-holstein.nabu.de/tiere-und-pflanzen/saeugetiere/fledermaeuse/fledermausschutz/02971.html ↩︎
  4. https://www.izw-berlin.de/de/pressemitteilung/windenergie-und-fledermausschutz-forschende-fordern-globale-anwendung-von-massnahmen-zur-senkung-der-schlagopferzahlen.html ↩︎
  5. 18000 von 31000 Anlagen ↩︎
  6. https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/nutzung-der-wasserkraft ↩︎
  7. https://de.statista.com/statistik/daten/studie/256942/umfrage/bruttostromverbrauch-in-deutschland ↩︎
  8. https://www.diw.de/de/diw_01.c.867887.de/publikationen/wochenberichte/2023_10_1/ausbau_von_kernkraftwerken_entbehrt_technischer_und_oekonomischer_grundlagen.html ↩︎
  9. https://www.base.bund.de/DE/themen/kt/kta-deutschland/neuartige-reaktorkonzepte/alternative-reaktorkonzepte-gutachten.html;jsessionid=A7BF76C728FBDA7493DE0C3A6F58642E.internet941 ↩︎
  10. https://www.rnd.de/wissen/neuartige-atomreaktoren-technologie-auf-jahrzehnte-nicht-marktreif-nutzbar-HB7ZIF3VNNIWTCGBJ4MISYIDGE.html ↩︎
  11. https://www.rote-liste-zentrum.de/ ↩︎
  12. https://www.rote-liste-zentrum.de/ ↩︎
  13. https://www.rote-liste-zentrum.de/ ↩︎
  14. Quarks, ARD: Dr. C. Christian Voigt, Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research, in https://www.ardmediathek.de/video/quarks-im-ersten/infraschall-machen-windraeder-krank/das-erste/Y3JpZDovL2Rhc2Vyc3RlLmRlL3F1YXJrcy1jYXNwZXJzLzIwMjMtMTItMTZfMTEtMzAtTUVa ↩︎
  15. https://www.probat.org/ueber-probat ↩︎
  16. https://www.fleximaus.de/loesungen/fledermausschutz/ ↩︎
  17. https://www.izw-berlin.de/de/pressemitteilung/windenergie-und-fledermausschutz-forschende-fordern-globale-anwendung-von-massnahmen-zur-senkung-der-schlagopferzahlen.html ↩︎
  18. Quarks, ARD: Dr. C. Christian Voigt, Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research, in https://www.ardmediathek.de/video/quarks-im-ersten/infraschall-machen-windraeder-krank/das-erste/Y3JpZDovL2Rhc2Vyc3RlLmRlL3F1YXJrcy1jYXNwZXJzLzIwMjMtMTItMTZfMTEtMzAtTUVa ↩︎
  19. https://www.dialogforum-energie-natur.de/wp-content/uploads/2019/01/praxisbeispiele-windenergie-artenschutz.pdf ↩︎
  20. https://www.holzgerlingen.de/de/aktuelles/meldungen/Windpark-BB-14-Ausschreibung-startet.php ↩︎
  21. https://www.nabu.de/tiere-und-pflanzen/saeugetiere/fledermaeuse/aktiv-fuer-fledermaeuse/index.html ↩︎

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Recycling von Rotorblättern

von
Rotorblatt

„Mehr als 90 Prozent der Masse einer Windenergieanlage hat eine hohe Recyclingfähigkeit, sowohl materiell als auch verfahrensabhängig betrachtet“1. Die restlichen 10%, die Rotorblätter, stellen eine besondere Herausforderung dar. Diese benutzt man nämlich ungefähr 20-30 Jahre bis man sie abmontieren muss. Es stellt sich die Frage, wie das Recycling von Rotorblättern auf Dauer funktionieren kann.

Rotorblätter bestehen aus mehreren Verbundmaterialien2. Auf Grund der teilweise extremen Belastungen durch Windlast oder Umgebungsbedingungen müssen diese außerordentlichen Qualitätsansprüchen genügen. Das bedingt eine Bauweise, die es momentan erschwert, die Rotorblätter nach ihrer Nutzungsdauer – also wenn die Windenergieanlage zerlegt wird – vollständig zu recyceln. Das Hauptproblem ist, dass man die verwendeten Materialien nur schwer, d.h. mit hohem Energieaufwand, voneinander trennen kann.

Status Quo

Die wichtigsten Möglichkeiten zum Umgang mit ausgedienten Rotorblättern sind momentan:

  • Umfunktionieren
    Die Rotorblätter schneidet man geeignet zu und verwendet sie für andere Zwecke. Das sind z.B. Spielplätze3, Sitzbänke4, Brücken5, Fahrradständer6, …
    Das ist nett, aber sicher keine Lösung die auf Dauer skaliert.
  • Zerkleinern
    Die zerkleinerten7 Rotorblätter können in anderen Materialien weiter verwendet werden, oder werden in Zementwerken verbrannt8, wo sie nebenbei helfen können, die C0₂ Emissionen der Zementproduktion und deren Bedarf an Rohmaterial zu senken9.
  • Pyrolyse10
    Ein energieintensiver Prozess, der heutzutage leider noch C0₂ emittiert. Man heizt dabei das Material auf 400-700 °C auf, damit sich das Harz in einfachere Substanzen zerlegt. Damit kann man auch Kohlenstofffasern retten, die man anschließend für andere Zwecke wiederverwenden kann.
  • Entsorgen
    Die vermutlich günstigste und einfachste Methode ist es, die Rotorblätter auf einer Deponie zu entsorgen oder zu lagern. Das sieht zum einen nicht schön aus und zum anderen ist das auf Dauer kein nachhaltiges Konzept. Die „Waste Framework“ Verordung11 der EU definiert „Entsorgung“ („Disposal“) als die am wenigsten präferierte Möglichkeit zum Umgang mit Müll.

Rotorblatt Recycling

Die Energiemenge, die man braucht, um ein Rotorblatt mit fortgeschrittenen Methoden zu recyceln, ist ca. 100 mal größer, als wenn man es auf einer Deponie lagern bzw. entsorgen würde12. Das ist sicher mit ein Grund, warum momentan nicht viele Rotorblätter recycelt werden. Erstaunlich: Ein Windrad im Betrieb produziert die Energiemenge, die selbst für die energieintensivste Recyclingmethode benötigt wird, schon innerhalb weniger (3,5) Tage13 .

Ein Windrad in Baden-Württemberg produziert damit pro Jahr die Energiemenge, die man braucht, um die Rotorblätter von mehr als 20 Windrädern14 mit den energieintensivsten Prozessen zu recyceln.

Falls also jemand behaupten würde, dass ein Windrad für das Recycling mehr Energie benötigt, als es während seiner Betriebszeit produziert, dann liegt diese Person um mehr als Faktor 40015 daneben.

Ausblick

Die Industrie arbeitet inzwischen an Rotorblättern, die wesentlich einfacher recycelbar sind und kommerziell eingesetzt werden können. Dies ist besonders für Offshore-Anlagen interessant, welche in einer raueren Umgebung operieren müssen. Erste Offshore-Windräder betreibt man bereits mit diesen Rotorblättern.16

Videos zum Thema

Einen umfassenden Überblick findet man in diesem aktuellen Video (Englisch) einer Ingenieurin (Ph.D. in Rotorblatt Design), die die Thematik aus unterschiedlichen Blickpunkten recht verständlich erklärt:

Das recyclingfähige Siemens Gamesa Rotorblatt:

Quellen / Referenzen

  1. https://www.umweltbundesamt.de/themen/abfall-ressourcen/produktverantwortung-in-der-abfallwirtschaft/windenergieanlagen/rotorblattaufbereitung-recycling-von ↩︎
  2. https://www.iekrw.de/wp-content/uploads/2021/11/recyclewind-Albers-et.al_.-2016.pdf ↩︎
  3. https://www.fastcompany.com/90805170/yesterdays-wind-turbine-blades-are-tomorrows-playgrounds ↩︎
  4. https://energynews.us/2023/12/21/spirit-of-giving-is-central-to-cleveland-area-companys-blades-to-benches-business/ ↩︎
  5. https://www.theverge.com/2022/2/11/22929059/recycled-wind-turbine-blade-bridges-world-first ↩︎
  6. https://www.designboom.com/design/denmark-repurposing-wind-turbine-blades-bike-garages-09-27-2021/ ↩︎
  7. https://www.businessinsider.com/recycle-wind-turbine-blades-veolia-north-america-waste-landfills-2023-2 ↩︎
  8. https://www.ingenieur.de/fachmedien/vdi-energie-umwelt/umwelt/energie/rotorblaetter-in-zementwerken/ ↩︎
  9. https://windeurope.org/newsroom/news/windeurope-ceo-visits-german-cement-plant-thats-running-on-blade-waste/ ↩︎
  10. https://de.wikipedia.org/wiki/Pyrolyse ↩︎
  11. https://environment.ec.europa.eu/topics/waste-and-recycling/waste-framework-directive_en ↩︎
  12. https://api.repository.cam.ac.uk/server/api/core/bitstreams/5d6c2c41-5166-47f2-8961-49d2afc23eff/content ↩︎
  13. https://youtu.be/fFxxh6uJB8o?si=WJ4TgP0eSAXXjkrn&t=897 ↩︎
  14. Annahmen: (1) 2000 Volllaststunden für BW; (2) 85,1 Volllaststunden/Windrad, für die Produktion der benötigten Recyclingenergie, ist sichere obere Grenze für moderne Windräder, da die Referenz-Rechnung im verlinkten Video auf einem 1,5 MW Windrad beruht und die Leistung der Windräder stärker mit der Rotorblattlänge wächst, als die Masse des Rotorblatts. Das bedeutet wiederum, dass die errechnete Zahl eine untere Grenze (Mindestwert) darstellt; Rechnung: 2000 (Volllaststunden/Jahr) / 85.1 (Volllaststunden/Windrad) = 23,5 Windräder/Jahr ↩︎
  15. Annahme: 20 Jahre Betriebszeit eines Rotorblatts ↩︎
  16. https://www.siemensgamesa.com/en-int/newsroom/2022/07/080122-siemens-gamesa-press-release-recycle-wind-blade-offshore-kaskasi-germany ↩︎

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Mikroplastik und Windräder

von

Rotorspitzen von Windrädern bewegen sich je nach Windverhältnissen mit bis zu 300 km/h durch die Luft. Solche Geschwindigkeiten sind für jedes Material eine enorme Belastung, welche zur Abnutzung desselben führt. Im Abnutzungsprozess lösen sich dabei kleine Partikel von der Oberfläche, was die Frage aufwirft, wie das Thema Mikroplastik und Windräder generell einzuordnen ist. Der Abrieb beeinträchtig auf Dauer unter anderem die Leistungsfähigkeit der Anlage und erfordert daher regelmäßige Wartungs- und Reparaturarbeiten. Nicht zuletzt deshalb versuchen die Betreiber die verwendeten Materialien zu optimieren, um den Abrieb und damit auch die Mikroplastikmenge zu minimieren.

Mikroplastik-Quellen

Das Mikroplastik, das von Rotorblättern im Betrieb stammt, wird an der Oberfläche derselben produziert. Die betroffenen Stoffe sind Beschichtungsmaterialien, welche als Lacke und Folien die Oberfläche schützen und glatt machen. Eine Worst-Case-Abschätzung1 (d.h. der reale Wert wird mit hoher Wahrscheinlichkeit wesentlich geringer sein) kommt auf einen maximalen Materialabtrag im Betrieb von 1.395 Tonnen pro Jahr für alle rund 31.000 Windkraftanlagen in Deutschland zusammen. Um ein besseres Verständnis dieser Zahl zu bekommen, kann es helfen, diese Zahl mit anderen Mikoplastik-Quellen zu vergleichen.

Woher kommt das Mikroplastik?

Eine Studie2 vom Fraunhofer-Institut listet 30 Mikroplastik-Quellen und deren jährliche Mengen für Deutschland auf. Der unangefochtene und unrühmliche Spitzenreiter ist der Straßenverkehrssektor, der alleine mit dem Abrieb von Reifen und Asphalt für mehr als 50% des jährlich produzierten Mikroplastiks in Deutschland verantwortlich ist.

Mikroplastik Quellen – Anteile in % nach Kategorie, eigene Grafik, Datenquellen: https://www.umsicht.fraunhofer.de/content/dam/umsicht/de/dokumente/publikationen/2018/kunststoffe-id-umwelt-konsortialstudie-mikroplastik.pdf, https://www.bundestag.de/resource/blob/817020/27cf214cfbeaac330d3b731cbbd8610b/WD-8-077-20-pdf-data.pdf, Auswertung: https://wkbb.de/n
Alleine 20 Prozent weniger Kunststoffverpackungen könnten bereits die Menge Mikroplastik ausgleichen, die bei der klimafreundlichen Stromerzeugung mit Windrädern entsteht.

Die Menge Mikroplastik, welche von den Rotorblättern von Windrädern stammt, ist also im direkten Vergleich mit anderen Quellen eher unbedeutend.

Mikroplastik Quellen - Anteile in Tonnen pro Jahr
Mikroplastik Quellen3 – Anteile in Tonnen pro Jahr, eigene Grafik, Datenquellen: https://www.umsicht.fraunhofer.de/content/dam/umsicht/de/dokumente/publikationen/2018/kunststoffe-id-umwelt-konsortialstudie-mikroplastik.pdf, https://www.bundestag.de/resource/blob/817020/27cf214cfbeaac330d3b731cbbd8610b/WD-8-077-20-pdf-data.pdf

Straßenverkehr

Wenn man Mikroplastik mengenmäßig reduzieren möchte, macht es Sinn, bei den größten Verursachern anzufangen. Der Straßenverkehrsbereich, der für mehr als 50% des Mikroplastiks verantwortlich ist, bietet viel Potential, diese Menge deutlich zu reduzieren. Einige einfach umsetzbare Maßnahmen reduzieren nicht nur die erzeugte Mikroplastikmenge, sondern sparen effektiv C0₂ ein und senken nebenbei die Kraftstoff- bzw. Ladestromkosten:

  • Weniger Autofahren: Viele Autofahrten kann man vermeiden, wenn man zu Fuß geht oder das Fahrrad/Pedelec benutzt. Damit reduziert man die Belastung mit Mikroplastik in Wohngebieten direkt. Für größere Entfernungen bietet der Schienenverkehr, der weder Reifen noch Asphalt benötigt, generell große Vorteile.
  • Gemächlicher Autofahren: Der Luftwiderstand4 bei Autos steigt schon ab geringen Geschwindigkeiten quadratisch5 mit der Geschwindigkeit des Autos an. Damit steigt auch die Leistung, die notwendig ist, um das Auto vorwärts zu treiben, überproportional zur Fahrgeschwindigkeit an6. Bei einer schnellen Fahrweise erhöht sich der Reifenabrieb also zusätzlich7 und damit auch die Menge an Mikroplastik.
A8 Sindelfinger Wald
A8 Sindelfinger Wald, Foto: Jürgen Böhringer
A8 im Wald bei Sindelfingen
A8 im Wald bei Sindelfingen, Foto: Jürgen Böhringer

Der Straßenverkehr produziert das meiste Mikroplastik in Deutschland – natürlich auch im Wald

Mikroplastik allgemein

Die Forschung zu Mikroplastik befindet sich in einer entscheidenden Phase, da immer mehr Studien die weite Verbreitung dieser winzigen Kunststoffpartikel in Umwelt, Tierwelt und sogar in menschlichen Geweben aufzeigen. Moderne Analysemethoden ermöglichen es Wissenschaftlern, die Quellen, die Verbreitung und die potenziellen Auswirkungen von Mikroplastik besser zu verstehen. Trotz dieser Fortschritte steht die Mikroplastikforschung noch ganz am Anfang. Es gibt bedeutende Herausforderungen in Bezug auf die Standardisierung8 von Sammelmethoden9 und die Bewertung der ökologischen und gesundheitlichen Folgen10, was auf einen dringenden Bedarf an weiterer Forschung und internationaler Zusammenarbeit hinweist.

Quellen / Referenzen

  1. https://www.bundestag.de/resource/blob/817020/27cf214cfbeaac330d3b731cbbd8610b/WD-8-077-20-pdf-data.pdf ↩︎
  2. https://www.umsicht.fraunhofer.de/content/dam/umsicht/de/dokumente/publikationen/2018/kunststoffe-id-umwelt-konsortialstudie-mikroplastik.pdf ↩︎
  3. Anmerkung: In der Fraunhofer Studie wird erwähnt, dass die kategorisierten Mikroplastikmengen nur 75% der tatsächlichen Menge ausmachen. Wir haben diese fehlenden/unbekannten 25% außen vorgelassen und bleiben damit mit unserer Auswertung auf der konservativen Seite. ↩︎
  4. https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/luftwiderstand-1169 ↩︎
  5. https://www.energie-lexikon.info/luftwiderstand.html ↩︎
  6. https://de.wikipedia.org/wiki/Fahrwiderstand#Erforderliche_Antriebsleistung ↩︎
  7. https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/ausstattung-technik-zubehoer/reifen/reifenkauf/reifenabrieb-mikroplastik/#welche-faktoren-beeinflussen-den-reifenabrieb ↩︎
  8. https://www.din.de/de/din-und-seine-partner/presse/mitteilungen/textiles-mikroplastik-901066 ↩︎
  9. https://link.springer.com/article/10.1007/s00506-020-00697-2 ↩︎
  10. https://www.bfr.bund.de/de/mikroplastik__fakten__forschung_und_offene_fragen-192185.html ↩︎

Der Text dieses Beitrags ist lizensiert unter CC BY-NC 4.0
Die Lizenz bezieht sich ausschließlich auf den Text des Beitrags. Für Bilder und sonstige Medien muss das entsprechende Copyright und/oder die jeweilige Lizenzbedingung berücksichtigt werden.

Was geht, wenn sich was dreht

von
Windrad bei Hausach

Für Menschen ist es nicht einfach, die Leistung eines Windrades – und damit auch das Potential der Windenergie – auch nur annähernd einzuschätzen. Die beteiligen Kräfte und Energien übersteigen das, was der menschliche Körper selbst leisten oder bewirken kann um 5 Größenordungen oder anders ausgedrückt um den Faktor 10000. Mit diesem Beitrag wollen wir versuchen, diesen Aspekt etwas greifbarer zu machen und anschließend, anhand von uns bekannten Dingen, zu veranschaulichen.

Volllastbetrieb

Für die folgenden Berechungen und Vergleiche nehmen wir eine aktuelle Windkraftanlage unter Volllast als Vorlage: Die Vestas V162-6.2 EnVentus1 ist eine moderne Windenergieanlage, die mit ca. 6,2 MW Leistung Elektrizität ins Stromnetz einspeisen kann. Der Rotordurchmesser2 beträgt 162 m und die Nabenhöhe liegt zwischen 119 m und 169 m.

Vestas V162-6.2 EnVentus, Quelle: https://www.youtube.com/shorts/084rYCP2zqw

Nutzbare Energie einer Rotorumdrehung

Die Energie, die ein Windrad erzeugt, hängt von der Drehzahl der Rotorblätter und auch von der Leistung der Turbine ab. Die Leistung (P) wird in Watt (W) oder hier spezifisch in Megawatt (MW) angegeben und bezieht sich auf die Energiemenge, die pro Zeiteinheit erzeugt wird. Die Energie (E), die bei einer Umdrehung erzeugt wird, ist das Produkt aus der Leistung und der Zeit (t), die für diese Umdrehung benötigt wird.

Die Formel für Energie ist also: E = P * t

Um zu berechnen, wie viel Energie ein 6,2-MW-Windrad, wie das Vestas V162-6.2 EnVentus, mit einer Umdrehung unter Volllast zur Verfügung stellt, benötigen wir die Zeitspanne, die eine Umdrehung des Windrades unter Volllast dauert. Auf öffentlich zugänglichen Videos3 kann man die Zeit für eine Umdrehung bei starkem Wind unter Volllast selbst stoppen: 6,5 s. Anders ausgedrückt, entspricht das 9,2 Umdrehungen pro Minute und einer Geschwindigkeit der Rotorspitzen bei diesem Windrad von 282 km/h4.

Die nutzbare Energiemenge einer Umdrehung dieses Windrades:  

6,2 MW * 6,5 s = 6200 kW * 6,5 s / (3600 s/h) = 11 kWh

Was geht mit einer Volllastumdrehung?

11 kWh ist eine recht abstrakte Zahl, mit der seltsamen Einheit kWh (Kilo-Watt-Stunde). Um dies besser einordnen zu können sind Bespiele hilfreich:

Mobilität

Mit normalen Pedelecs, welche üblicherweise weniger als 10 Wh/km benötigen5, bringt einen eine Umdrehung des Rotors mindestens 1100 km weit. Bei einem durchschnittlichen Arbeitsweg von 17,26 km kann man damit also einen ganzen Monat lang zur Arbeit radeln.

Rechnung: 11000 Wh / (10 Wh/km) = 1100 km ; 110 km / (17,2 * 2 km/Tag) = 32 Tage

Ein typisches Mittelklasse E-Auto, das 150 Wh/km benötigt7, kann damit mehr als 70 km weit fahren. Bei einem durchschnittlichen Arbeitsweg von 17,26 km kann man somit 2 Tage lang zur Arbeit pendeln.

Mit einem Dieselauto, das 5 Liter/100km benötigt, würde man mit 11 kWh übrigens nur 22 km weit kommen9.

Rechnung: 11000 Wh / (150 Wh/km) = 73 km ; 73 km / (17,2 * 2 km/Tag) = 2,1 Tage

Ein Windrad auf Volllast kann einen Hochgeschwindigkeitszug wie den ICE 410 bei seiner maximalen Geschwindigkeit mit genügend Energie versorgen. Eine Umdrehung genügt, um 500 m bei höchster Leistung (230 km/h) zu fahren.

Rechnung: 11 kWh / 4950 kW = 0,0022h = 8 s ; Stecke: 8 * 230 / 3,6 m = 511 m

Zuhause

Eine Wohnung (~100 qm) kann mit einer Wärmepumpe und dieser Energiemenge durchschnittlich11 mehr als 1 Tage in der Heizperiode geheizt werden.

Rechnung: 11 kWh / (26,6 KWh/Tag) * 3 = 1,24 Tage

Ein Wasserkocher kann mit 11 kWh elektrischer Energie 189 Liter Wasser von 10 °C auf 60 °C (∆T = 50 K) erwärmen.

Rechnung: 11 kWh * 3600000 J/kWh / (4,186 J/gK * 50 K ) = 188571 g = 189 kg ≈ 189 Liter12

Am heimischen Rechner oder Arbeitsplatz reicht die zur Verfügung gestellte Energie einer Rotorblattumdrehung aus, um bei einer 40-Stunden-Woche ca. 4 Wochen am Computer arbeiten zu können.

Rechnung: 11000 Wh / 70 W = 157 h

Diverses

Ein Kran kann mit dieser Energiemenge ein 25 Tonnen schweres Rotorblatt einer Windkraftanlage um 161 m anheben13. Das ist – interessanterweise – in etwa die Nabenhöhe moderner Windenergieanlagen.

Rechnung: (11000 Wh * 3600 Nm/Wh) / (25000 kg * 9,81 N/kg) = 161 m

Windkraft Leistung vs Jahresertrag

Die Beispiele zeigen, was moderne Windräder leisten, wenn sie unter Volllast laufen. Doch wie wir alle wissen, ist das natürlich nicht immer der Fall. Neu errichtete Windenergieanlagen in Baden-Württemberg hatten bereits 2017 großartige 22,8%14 Volllaststunden auf das ganze Jahr gesehen. Seitdem wurde die Leistung und Energieausbeute der Anlagen weiter verbessert und optimiert. Modernen Windkraftanlagen übertrefen diesen Durchschnittswert inzwischen sicherlich deutlich. Auf dieses wichtige Thema geht speziell unser Beitrag Faktencheck zum Ertrag und der Vergütung von Windkraftanlagen ein.

Quellen / Referenzen / Anmerkungen

  1. https://www.wind-turbine-models.com/turbines/2343-vestas-v162-6.2-enventus ↩︎
  2. https://youtu.be/o0AVODgx6uo?si=6NVestas V162-6.2 EnVentus ↩︎
  3. https://youtube.com/shorts/084rYCP2zqw?si=K8XgeEe2n43qXnxu ↩︎
  4. 162 m * 3.14 / 6.5 s * 3.6 (km/h)/(m/s) = 281,7 km/h ↩︎
  5. https://de.wikipedia.org/wiki/E-Bike#Reichweite ↩︎
  6. https://www.deutschlandatlas.bund.de/DE/Karten/Wie-wir-uns-bewegen/100-Pendlerdistanzen-Pendlerverflechtungen.html ↩︎
  7. https://de.wikipedia.org/wiki/VW_ID.3#Antriebsbatterie_und_Reichweite ↩︎
  8. https://www.deutschlandatlas.bund.de/DE/Karten/Wie-wir-uns-bewegen/100-Pendlerdistanzen-Pendlerverflechtungen.html ↩︎
  9. Der Energieinhalt von 1 Liter Diesel ist ca. 10 kWh ↩︎
  10. https://de.wikipedia.org/wiki/ICE_4 ↩︎
  11. Annahmen: Baujahr haus 2011, Energieausweis 66 kWh/qm. Benötigte Heizleistung Gas 4000 kWh/Jahr, 5 Monate Heizperiode => Durchschnittl. 27 kWh/Tag, Wärmemepumpe mit JAZ 3. Natürlich stimmt dieser Durchschnittswert nicht für den Einzelfall: Im November muss man weniger heizen, Im Januar dafür mehr. ↩︎
  12. Berechnung der benötigten Energie für 189 Liter Wasser in Joule:
    Masse des Wassers: 189 Liter ≈ 189.000 g.
    Temperaturänderung (∆T): von 10 °C auf 60 °C, also eine Änderung um 50 K.
    Spezifische Wärmekapazität von Wasser (c): 4,186 J/gK.
    Die benötigte Energie (Q) in Joule berechnet sich dann wie folgt:
    Q = m⋅c⋅ΔTQ = m⋅c⋅ΔTQ = 189.000 g * 4,186 J/gK * 50 K = 39.557.700 J
    Umrechnung in kWh:
    3.9557.700 ​J / (3.600.000 J/kWh) = 11 kWh ↩︎
  13. Wir betrachten hier lediglich die notwendige potentielle Energie im Graviatationsfeld der Erde. Wir ignorieren bewusst sämtliche mechanischen oder elektrischen Verluste, die tatsächlich anfallen würden, um ein Rotorblatt so hoch zu heben. ↩︎
  14. https://www.baden-wuerttemberg.de/fileadmin/redaktion/dateien/PDF/191001_Broschuere_Erneuerbare_Energien_2018.pdf ↩︎

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Faktencheck zum Ertrag und der Vergütung von Windkraftanlagen

von
Windpotentialgebiete um Böblingen

Windkraftgegner versuchen immer wieder den Eindruck zu erwecken, Windkraft wäre hier, oder allgemein im Süden Deutschlands nicht sinnvoll. Das schauen wir uns im folgenden Faktencheck zum Ertrag und Vergütung von Windkraftanlagen genauer an.

Vergleich mit Schleswig-Holstein

„In unserem Gebiet ist in der meisten Zeit im Jahr die Windgeschwindigkeit so gering, dass sich die Windräder gar nicht oder nur wenig (Teillastbetrieb) drehen. Deshalb liegt die Auslastung von Windkraftanlagen (WKA) gerade einmal bei 17%“

Behauptung von BB-Lebenswert zum Gebiet BB-14 auf einem Flyer

BB-Lebenswert liefert keine Belege, wie sie auf eine Auslastung von 17% kommen.

Führt man sich die Anzahl der Volllaststunden von modernen, neu errichteten Windrädern in Baden Württemberg vor Augen, so liegen diese bereits seit 2015 bei über 2000 Vollaststunden pro Jahr1 – Tendenz steigend mit der Größe der Windkraftanlagen:

Baden-Württemberg
2000 Volllaststunden => Auslastung von 2000h / (365d * 24h/d) = 22,8%

Schleswig-Holstein
2500 Volllaststunden2 => Auslastung von 2500h / (365d * 24h/d) = 28,5%

Somit weisen Windenergieanlagen in Schleswig-Holstein, gemessen am Jahr, lediglich 5,7 Prozentpunkte mehr3 nutzbare Vollaststunden als Windenergieanlagen in Baden-Württemberg auf.

Es ist daher uneingeschränkt positiv zu bewerten, dass die Windkraft hier ein vergleichbares Potential wie in Schleswig-Holstein hat. Wir sollten darum auch hier die Windkraft aktiv für uns nutzen!

Windkraft in den Wintermonaten

„Rund 50 neue Gaskraftwerke sollen bis 2030 in Deutschland gebaut werden, um die wetterabhängige Windkraft- und Solarstrom-Produktion auszugleichen.“

BB-Lebenswert Flyer

Es wird auch beim starken Ausbau von Windkraft und Photovoltaik in Deutschland wenige Wochen im Jahr geben, in denen Wind und Sonne nicht ausreichen, um die Stromversorgung zu decken. Ob es jedoch sinnvoll und unbedingt notwendig ist, dafür neue Gaskraftwerke zu bauen, wird von Experten bezweifelt4.

BB-Lebenswert verkennt, dass Windkraft an Land nahezu perfekt geeignet ist, um niedrige Photovoltaik Erträge in den sonnenschwachen Wintermonaten auszugleichen. Man kann das sehr schön von Abbildung 1 ablesen, welche die monatlichen Erzeugungsmengen von 2023 von Wind und Solar zeigt.

Darstellung Stromprouktion aus Wind- und Solaranlagen in 2023 - Quelle Strommarktdaten der Bundesnetzagentur auf smard.de (4)
Abbildung 1: Stromproduktion aus Wind- und Solaranlagen in 2023, Quelle: Strommarktdaten der Bundesnetzagentur auf smard.de5

Da der Strombedarf in den kommenden Jahren ansteigen wird, wird viel erneuerbarer Strom benötigt. Ohne einen starken Ausbau der Windkraft gibt es einen erheblichen Strommangel in den Wintermonaten, den fossile Kraftwerke ausgleichen müssten. Die Kosten für fossile Energieträger oder noch teureren Wasserstoff wären erheblich.

Professor Volker Quaschning zum Thema Grundlast

Vergütung von Windkraftanlagen

„Wenn aber gerade mal Wind weht und gleichzeitig wenig Strom benötigt wird, müssen die WKA abgeschaltet werden. Die Betreiber bekommen den nicht produzierten Strom aus Steuergeldern vergütet“

BB-Lebenswert Flyer

Windkraftanlagen, die nach dem EEG vergütet werden, bekommen eine feste Vergütung für erzeugten Strom. Während der Gaskrise, ausgelößt durch den russischen Angriffskrieg in der Ukraine, waren die Strompreise oft erheblich über den EEG Vergütungssätzen. D.h. Windkraftbetreiber haben in diesen Zeiten weniger Geld bekommen, als sie bei einem Verkauf ihres Stroms auf dem Strommarkt bekommen hätten. Damit haben sie auf das EEG Konto eingezahlt.

Wenn der Strompreis unterhalb des EEG Vergütungssatzes ist, bekommen die Betreiber wiederum Geld aus dem EEG Konto. Das gilt auch für den Extremfall, dass Windkraftanlagen abgeschaltet werden müssen. Es gibt jedoch verschiedene naheliegende Möglichkeiten, um die Abschaltungen zu minimieren:

  • Netzentgelte reformieren, so dass es starke Anreize bei den Stromverbrauchern gibt lokal verfügbaren Windstrom auch zu verbrauchen6.
  • Windräder im noch unterversorgten Süddeutschland aufstellen, um Abschaltungen aufgrund von Netzengpässen zu verhindern. Damit vermeidet man zugleich, dass fossile Kraftwerke hochgefahren werden.
  • Ab 2025 muss jeder Stromanbieter einen variablen Stromtarif anbieten.
    Jeweils ein Tag im Voraus gibt die europäische Strombörse bekannt, in welcher Stunde der Strom wie viel kosten wird. Es macht Sinn, große steuerbare Stromverbraucher (z.B. E-Auto aufladen) im Haushalt bevorzugt in Zeiten zu nutzten, in denen der Strom günstig, oder sogar negativ, ist. Dadurch spart man nicht nur bares Geld, sondern nutzt zudem viel erneuerbaren Strom aus Windkraft.

Die zeitweise Abschaltung von Windkraftanlagen wird wohl ein vorübergehendes Phänomen sein. Zurückführen kann man die aktuelle Situation sicherlich auf den verschleppten Auf-/Ausbau von Infrastruktur und Digitalisierung. Beides ist für die Verteilung von günstigen Erneuerbare Energien enorm wichtig.

Alles in allem hat Windkraft an Land zusammen mit Photovoltaik heute schon die günstigsten7 Stromgestehungskosten in Deutschland. Der Abstand zu fossilen Kraftwerken wird sich, auch aufgrund von CO2 Abgaben, sogar noch deutlich vergrößern. 2030 wird es sogar kostengünstiger8 sein, neue Wind- und Solarparks zu bauen, als bestehende konventionelle Anlagen weiterzubetreiben.

Quellen:

  1. https://www.baden-wuerttemberg.de/fileadmin/redaktion/dateien/PDF/191001_Broschuere_Erneuerbare_Energien_2018.pdf (Seite 15) ↩︎
  2. https://www.windguard.de/veroeffentlichungen.html?file=files/cto_layout/img/unternehmen/veroeffentlichungen/2020/Volllaststunden%20von%20Windenergieanlagen%20an%20Land%202020.pdf (Seite 30) ↩︎
  3. auf das jährliche Potential normiert ↩︎
  4. https://www.mdr.de/nachrichten/deutschland/wirtschaft/kraftwerksstrategie-kemfert-strom-teurer-neue-gaskraftwerke-100.html ↩︎
  5. https://www.smard.de/page/home/marktdaten/78?marketDataAttributes=%7B%22resolution%22:%22month%22,%22from%22:1672233535040,%22to%22:1703769535039,%22moduleIds%22:%5B5000410,1004068,1004067%5D,%22selectedCategory%22:null,%22activeChart%22:true,%22style%22:%22color%22,%22categoriesModuleOrder%22:%7B%221%22:%5B1004068,1004067,1001225,1004066,1001226,1001228,1001224,1001223,1004069,1004071,1004070,1001227%5D%7D,%22region%22:%22DE%22%7D ↩︎
  6. https://www.agora-energiewende.de/aktuelles/windstrom-nutzen-statt-abregeln-1 ↩︎
  7. https://www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/presseinformationen/2021/studie-zu-stromgestehungskosten-erneuerbare-energien-aufgrund-steigender-co2-kosten-den-konventionellen-kraftwerken-deutlich-ueberlegen.html ↩︎
  8. https://www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/presseinformationen/2021/studie-zu-stromgestehungskosten-erneuerbare-energien-aufgrund-steigender-co2-kosten-den-konventionellen-kraftwerken-deutlich-ueberlegen.html ↩︎

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Windkraft und Naturschutz

von
Windrad auf dem Brandenkopf im Schwarzwald

Der wahrscheinlich beliebteste Einwand gegen die Errichtung von Windkraftanlagen heißt Naturschutz. Es werden Stimmen laut, die den Bau der Windkraftanlagen aus Naturschutzgründen ablehnen. Nun ist es so, dass es in Europa, Deutschland und Baden-Württemberg eine große Menge an Gesetzen und anderen Instrumenten gibt, die den Schutz der Natur, der Biodiversität, der Arten und der natürlichen Lebensgrundlagen gewährleisten. Ein Gesetz davon ist das Bundesnaturschutzgesetz. Gerade das Artenschutzrecht (§§ 37-55f) ist ein sehr scharfes Schwert, an dem schon viele Infrastrukturvorhaben gescheitert sind. Alles, was den darin garantierten Schutz unterwandert, ist verboten oder mit strengen Ausgleichs-, Ersatz- oder Genehmigungsauflagen verbunden. 

Das bedeutet: Der Bau von Windkraftanlagen, die die Natur zerstören, ist nicht erlaubt.

Selbstverständlich wendet sich auch die Initiative WindkraftBB gegen die Zerstörung von Natur. Wir befürworten keinen Bau von Windkraftanlagen, wenn wissenschaftliche Gutachten des amtlichen Naturschutzes und von professionellen Ökolog*innen ergeben, dass der Bau der Windräder Natur zerstört.

Zum Rotmilan gibt es seit Anfang 2024 neue, ermutigende Forschungsresultate

Genehmigungsverfahren sorgen für Sicherheit

Um festzustellen, ob eine Windkraftanlage genehmigt werden darf, wird ein umfangreiches Genehmigungsverfahren in Gang gesetzt, in dessen Zuge professionelle ökologische Gutachten erstellt werden. Wo möglich, legt man Maßnahmen zu Verhinderung oder Verminderung der Eingriffe in die Natur fest. Nur wenn das Eintreten von naturschutzfachlichen Verbotstatbeständen mit großer Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden kann, ist eine Windkraftanlage genehmigungsfähig.

Planungen von Windkraftanlagen präventiv aus „naturschutzfachlichen“ Gründen abzulehnen, ist deshalb unlogisch. Früher oder später wird im Zuge des Genehmigungsverfahrens festgestellt, ob die Windkraftanlage dem strengen Naturschutzrecht entspricht. Eine Windkraftanlage, die dies nicht tut, darf nicht gebaut werden.

Wer sich von vonherein gegen die Windkraftanlagen stellt und den Naturschutz als Grund dafür anführt, verhindert, dass Experten professionelle Gutachten erstellen. Damit verkennt man auch, dass es gute Gründe gibt, die Planungen zum Bau von Windkraftanlagen im Wald voranzutreiben und zu unterstützen.

Für die Erhaltung der Natur

Klimaschutz ist eine sehr effiziente Form von Naturschutz. Eine große Bedrohung für Natur und Biodiversität ist und bleibt der menschengemachte Klimawandel. Windkraft ersetzt fossile Energieträger und reduziert damit erheblich Kohlenstoffdioxid-Emissionen. Insofern leistet der Bau von Windkraftanlagen über seinen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz auch einen Beitrag zum Schutz der Natur.

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