Windparks – Vorteile und Aufbau (?)
Allgemein
Allgemein kann gesagt werden, dass ein Windpark eine Ansammlung mehrerer Windenergieanlagen ist. Werden in windintensiven Regionen mehrere dieser Anlagen innerhalb der Grenzen eines bestimmten Gebietes aufgestellt, dann erfolgt die Errichtung eines Windparks. Windparks können in verschiedene Arten unterteilt werden. Die erste Art der Windparks stellen die ‚gewachsenen‘ Windparks dar. Die Anlagen wurden nach einander in räumlicher Nähe zueinander errichtet. Geplante Windparks sind hingegen einerseits Ansammlungen von Anlagen eines Planers, Herstellers oder Betreibers, die im Zuge eines Bauvorhabens errichtet bzw. geplant wurden. Spätere Erweiterungen werden in diesem Zusammenhang eingeschlossen. Geplante Windparks können andererseits auch behördlich ausgewiesene Flächen sein, die für Windenergieanlagen bereit stehen, um sie ausschließlich in bestimmten Regionen zu konzentrieren. Dadurch wird eine weitreichende und überregionale Zerstörung des ursprünglichen Landschaftsbildes verhindert. Allerdings sind diese Parks einer zunehmenden Kritik ausgesetzt, da sie zwar auf einer begrenzten Fläche, dafür aber massiv in das Landschaftsbild eingreifen.
Windparks können allerdings nicht einfach angelegt werden. Sie bedürfen eines besonderen Genehmigungsverfahrens. Diesbezüglich hat das Bundesverwaltungsgericht im Juni 2004 entschieden, dass eine genehmigungsrechtliche Ansammlung von mindestens drei Windkraftwerken als ein Windpark klassifiziert wird, wenn sie zu einander so räumlich angeordnet sind, dass sich ihre Einwirkungsbereiche überschneiden oder wenigstens berühren. Diese Regelung gilt jedoch ausschließlich für Deutschland. Bei einzelnen Anlagen besteht lediglich eine Baugenehmigungspflicht. Für die Errichtung eines Windparks ist hingegen eine Genehmigung nach dem aufwändigen Bundes-Immissionsschutzgesetz erforderlich. Unbedeutend ist in diesem Zusammenhang, ob der Windpark von einem oder mehreren Betreibern geführt wird. Anlagen, die die Gesamthöhe von 50 Metern überschreiten müssen ebenfalls nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz genehmigt werden. Dies gilt sowohl für Einzelanlagen als auch für Ansammlungen von jeweils zwei Windenergieanlagen.
Des Weiteren beschloss im Jahr 2005 die nordrhein-westfälische Landesregierung, den Mindestabstand für Windkraftwerken, die neu gebaut werden, von bislang gültigen 500 Metern auf einen Abstand von mindestens 1.500 Metern zu erweitern. Je höher eine Windenergieanlage ist, desto größer kann der Rotortdurchmesser sein, um möglichst viel Wind aufzufangen. Das heißt, mit der Höhe einer Windkraftanlage wächst auch der jeweilige Rotordurchmesser. Um trotzdem die Sicherheit der Anlagen zu gewährleisten, wurde in Nordrhein-Westfalen der Mindestabstand zwischen den Anlagen erhöht.
Da bei Windparks mehrere Windkraftanlagen miteinander kombiniert werden, bedarf die Errichtung eines Windparks einer besonderen Planung. Diese erfolgt in der Regel aus einer Hand. Das bedeutet, dass nicht für jede einzelne Windenergieanlage, welche in einem Windpark gebaut werden soll, ein separates Genehmigungsverfahren erforderlich ist. Hingegen sind im Gegensatz zu der Planung einfacher Windkraftwerke aufwändigere Verfahren und Gutachten notwendig.
Ein Punkt, der besonders beachtet werden muss, ist der Abstand zwischen den einzelnen Anlagen. Stehen die Anlagen zu dicht aneinander, entsteht der sogenannte Windparkeffekt. Darunter wird im Allgemeinen die gegenseitige Beeinflussung von Windenergieanlagen innerhalb eines Windparks verstanden. Um diesen zu minimieren bzw. ganz zu verhindern muss neben der Geländerauigkeit und den Hindernissen auch die gegenseitige Verschattung der Anlagen beachtet werden.
Unter dem Begriff ‚Windparkeffekt‘ werden verschiedene Effekte zusammengefasst, die auftreten können. Stehen beispielsweise zwei gleiche Windenergieanlagen hintereinander in der gleichen Windrichtung, dann kann die hintere Anlage nicht die Leistung der ersten erreichen. Denn die Luftströmung hinter der ersten Anlage wird abgebremst. Zudem kommt es durch den Nachlaufeffekt zu Verwirbelungen der Luftströmung. Das hat zur Folge, dass die Luftströmung nicht gleichförmig auf die von dem Rotor überstrichene Fläche trifft. Demzufolge funktioniert die Aerodynamik der hinteren Anlage nicht mehr optimal, wodurch die maximale Energiegewinnung nicht gewährleistet werden kann. Der Windparkeffekt hat verschiedene Auswirkungen. Zum einen ist die Windgeschwindigkeit hinter der ersten Anlage geringer. Zum anderen kommt es hinter der vorderen Anlage vermehrt zu Turbulenzen. Als erste Turbulenzquelle eines Windparks gilt der Nachlaufeffekt. Generell sind die Turbulenzen hinter einer Windenergieanlage viel stärker als davor. Besonders davon betroffen sind die Rotorränder. In der Regel weist die hintere Windkraftanlage schneller Ermüdungserscheinungen der mechanischen Teile auf.
Zudem müssen manche Komponenten der hinteren Anlage schneller ausgetauscht werden als bei der vorderen. Wie kann nun aber der Windparkeffekt vermindert werden? Als erfolgreich hat sich bisher, wie bereits angedeutet, die Vergrößerung des Abstands zwischen zwei Windkraftwerken erwiesen. Zwischen der Abnahme der Turbulenzintensität und der Zunahme des Abstandes ist ein deutlicher Zusammenhang zu erkennen. Beträgt der Abstand der vorderen Windenergieanlage zur hinteren Anlage lediglich das Fünffache des Rotordurchmessers, dann sinkt die Turbulenzintensität auf 60 Prozent des Wertes unmittelbar hinter dem Rotor. Wird der Abstand jedoch auf das Zehnfache des Rotordurchmessers erweitert, verringert sich die Turbulenzintensität um rund 80 Prozent. Berechnungen haben ergeben, dass eine nahezu ungestörte Turbulenzintensität erst bei einem Abstand erreicht werden können, der dem 24fachen des Rotordurchmessers entspricht.
Das heißt, der Windparkeffekt lässt sich ausschließlich dadurch reduzieren, den Abstand zwischen den einzelnen Windenergieanlagen zu vergrößern. Ein Mindestabstand muss eingehalten werden. Denn durch die Minimierung des Effekts kann neben dem Energieertrag auch die Lebensdauer einer Windkraftanlage erhöht werden. Für die Hauptwindrichtung wird ein Mindestabstand zwischen dem Fünf- und dem Neunfachen des jeweiligen Rotordurchmessers empfohlen. Für die Nebenrichtung gilt der Grundsatz, dass ein Abstand, der zwischen dem Drei- und dem Fünffachen des Rotordurchmessers angesiedelt ist, ausreichend ist.
Weniger beachtet und doch nicht unerheblich ist die Tatsache, dass bei großen Windparks das Turbulenzverhalten der Rotoren in einer sogenannten multifraktalen Weise von der jeweiligen Position abhängt. Dies bewirkt signifikante Abweichungen von der Kolmogoroff’schen Turbulenztheorie einzelner Rotoren.
Bei der Planung von Windparkprojekten bleibt der Windparkeffekt immer wieder unberücksichtigt. Die Parkleistung wird ausschließlich durch die Addition der Einzelleistungen der Windenergieanlagen errechnet. Der sich aus dieser Addition ergebende Wert ist allerdings faktisch zu hoch. Dies kann zu rechtlichen Konsequenzen für die Verantwortlichen führen, vor allem dann, wenn die Werte in Prospekten angegeben werden.
Für die Errichtung eines Windparks kann die gesamte Infrastruktur konzentriert werden. In der Regel verfügen die Windparks über einen Anschluss an das öffentliche Stromnetz. Da innerhalb eines räumlich begrenzten Geländes mehrere Anlagen errichtet werden, können die benötigten technischen Hilfsmittel, wie beispielsweise Kräne, bestimmte Anlagen oder auch Zuwege für mehrere Windenergieanlagen zugleich genutzt werden. Neben der Zeitersparnis ist durch die zentrierte Nutzung der Infrastruktur ebenfalls eine Kosteneinsparung möglich. Ein weiterer, nicht zu verachtender Vorteil, ist, dass die zeitlichen Verzögerungen beim Bau eingeschränkt werden können. Denn kommt es bei dem Bau eines Windkraftwerkes zu Verzögerungen, kann zwischenzeitlich an einer anderen Anlage weiter gebaut werden.
Für den Betreiber eines Stromnetzes rechnen sich alle in einem Windpark befindlichen Windenergieanlagen wie ein einziges Kraftwerk. Die Folge daraus ist, dass sich die Einspeiseabrechnung für den Windparkbetreiber nicht nur vereinfacht sondern auch verbilligt. Zwar erfolgt die Regelung eines Windparks zentral für den ganzen Park, allerdings verfügen auch alle einzelnen Windkraftwerke über eigene Steuerungen.
Umweltauswirkungen
Nicht immer wird die Errichtung von Windparks positiv gesehen. Vor allem Umweltschützer weisen immer wieder auf die Umweltauswirkungen hin, die Windparks hervorrufen können. Denn vor allem für Vögel und Fledermäuse können die Einschnitte in ihren jeweiligen Lebensraum gravierend sein. Des Weiteren beeinflussen sie das Landschaftsbild und nehmen eine verhältnismäßig große Fläche ein, da zwischen den einzelnen Windenergieanlagen ein Mindestabstand bestehen muss, um die maximale Leistung der Anlagen zu erreichen.
Offshore-Windpark
Auf dem Meer weht der Wind stetiger und stärker. Aus diesem Grund könnte ein Teil der Energieversorgung zukünftig mit Hilfe von Offshore-Windparks bewerkstelligt werden. Denn die Energieausbeute der Offshore-Windenergieanlagen liegt um bis zu 40 Prozent höher als bei den Windkraftwerken auf dem Festland. Bezüglich der Offshore-Windenergie ist Deutschland als Nachzügler anzusehen. Im Vergleich mit anderen Ländern, wie beispielsweise die skandinavischen Staaten, läuft Deutschland den Entwicklungen im Offshore-Bereich bislang hinterher. Dies liegt zum einen an der mangelnden Erfahrung im Offshore-Bereich. In der Vergangenheit wurden vor der deutschen Küste kaum Anlagen bis zu 100 Kilometer von der Küste entfernt gebaut. Zudem besteht wenig Erfahrung im Umgang mit den großen Wassertiefen, welche bei diesen Entfernungen zu finden sind. Die Wassertiefen für Offshore-Windenergieanlagen liegen in Deutschland zwischen 20 und 40 Metern. Die Errichtung von Offshore-Windanlagen ist in der Bundesrepublik aufgrund des angestrebten Natur- und Umweltschutzes an strenge Bedingungen gebunden, von welchen die Entfernung und die notwendige Wassertiefe lediglich zwei darstellen. Innerhalb des europäischen Vergleichs zählen die Richtlinien in Deutschland zu den härtesten. Daraus ergeben sich von Anfang an höhere Kosten für Service und Wartung sowie für die Errichtung, die Verankerung und die Anbindung der Windenergieanlagen in Deutschland.
Seit dem ersten Januar 2009 trägt zudem die neu geregelte Vergütungsrichtlinie, festgeschrieben im Erneuerbare-Energien-Gesetz, den geschilderten Punkten Rechnung. Die Politik hat stabile Rahmenbedingungen erschaffen. Des Weiteren wurde eine weitere politische Vorgabe angestrebt, die in der Folge jedoch zu Verzögerungen führte. Seit dem Jahr 2007 sind die Netzbetreiber verpflichtet, die gesamten Kosten für den Netzanschluss unmittelbar bis zum Windpark zu übernehmen. Das heißt, die Kosten werden zwar für die Projektbetreiber reduziert, der Prozess der Netzanbindung dauert hingegen deutlich länger als bisher. Denn mit dem Bau des Anschlusses wird erst begonnen, wenn sich auch das Projekt in einem ausreichend fortgeschrittenen Stadium befindet. Weitere Wartezeiten kommen dadurch zustande, dass die Projekte möglichst nicht mehr einzeln, sondern in Clustern bzw. in Gruppen angebunden werden. Derzeit sieht die Regelung vor, dass die Bundesnetzagentur bei der Kostengenehmigung auf dem billigsten und nicht auf dem effizientesten und schnellsten Netzanschluss beharrt. All diese Entwicklungen haben zur Folge, dass sich die Problem, die bereits bei anderen europäischen Offshore-Märkten, wie beispielsweise dem englischen, auch innerhalb Deutschlands wiederholen. Eine zusätzliche Neuregelung ist außerdem bei der Planung erfolgt. Die ‚Verordnung über die Raumordnung in der Außenwirtschaftszone (AWZ)‘ auf See wurde 2009 eingeführt. Bei der Vorbereitung der Verordnung gab es größere Probleme bzw. Vorbehalte aus der Sicht der Windbranche. Durch die Planungen wurden die Offshore-Ziele der Bundesregierung nicht ausreichend detailliert dargestellt. Zudem waren Vorranggebiete in begrenzter Anzahl und begrenztem Umfang mit Ausschlusswirkung für die Windenergie vorgesehen, durch welche davor bestehende Planungen und der weitere Ausbau gefährdet worden wären.
Offshore in der Nordsee
Einer der ersten deutschen Offshore-Windparks ist der Alpha Ventus Windpark, der im April 2010 in Betrieb gegangen ist. Alpha Ventus liegt gut 45 Kilometer vor Borkum. In das Projekt wurden rund 250 Millionen Euro investiert. In dem Windpark befinden sich insgesamt 12 Windenergieanlagen mit einer Leistung von je 5 Megawatt. Alpha Ventus ist ein wichtiges, wenn nicht das wichtigste deutsche Pilotprojekt. Mit Hilfe der Daten, die während der Bauzeit und dem bisherigen Betrieb gesammelt wurden, können Rückschlüsse und bessere Konzepte für weitere Windparks entwickelt werden. Mit Alpha Ventus wurden zum ersten Mal derartige Anlagen in Deutschland küstenfern in einer Wassertiefe von rund 30 Metern gebaut und betrieben.
In der Nord- und Ostsee sollen insgesamt 40 Windparks entstehen. Nach Angaben des deutschen Verkehrsministeriums sollen in der Nordsee 30 neue Windparks und in der Ostsee 10 neue Windparks entstehen. Im Spätsommer des Jahres 2009 beschloss die Bundesregierung einen Raumordnungsplan. Nach diesem sollen bis 2030 rund 25.000 Megawatt Leistung allein über die Offshore-Energie erzeugt werden. Bislang hatten sich der Bau sowie die Inbetriebnahme verschiedener, schon lange geplanter Windparks immer wieder aufgrund von technischen und finanziellen Problemen verzögert.
