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Über dieses Buch

Das seit über 25 Jahren bewährte Handbuch behandelt die Technologie moderner Windkraftanlagen systematisch und umfassend. Die 6. Auflage beinhaltet eine durchgehende Aktualisierung und Ergänzung entsprechend dem neuesten Stand von Wissenschaft und Technik.

Nach einem Abriss der historischen Entwicklung der Windenergietechnik werden die physikalisch-technischen Grundlagen der Windenergiewandlung, der konstruktive Aufbau, die Einsatzkonzeptionen und Betriebseigenschaften der Windkraftanlagen, ihre Umweltverträglichkeit sowie die Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung aus Windenergie analysiert und an konkreten Beispielen dargestellt. Der Autor vereint in dem Buch die Summe seiner Erfahrungen, ausgehend von seiner ingenieurwissenschaftlichen Tätigkeit in der Entwicklung von Windkraftanlagen bis zur Planung und Finanzierung von Projekten auf dem Gebiet der Windenergienutzung in den letzten Jahren. Das Buch wendet sich in erster Linie an Personen, die beruflich mit der Entwicklung und dem Bau von Windkraftanlagen oder der Planung von Windenergieprojekten befasst sind. Die vom Autor gewählte Darstellung der Inhalte ermöglicht es aber auch dem interessierten Laien und dem Studierenden sich in das Gebiet der Windenergietechnik an Hand des Buches einzuarbeiten.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Windmühlen und Windräder

Zusammenfassung
Die Nutzung der Windenergie ist keine neue Technologie, sie ist die Wiederentdeckung einer traditionsreichen Technik. Wie bedeutend die Windkrafttechnik in der Vergangenheit war, lassen die übriggebliebenen Reste der historischen „Windkraftanlagen” heute nicht mehr erkennen. So vollständig war der Siegeszug der billigen Energieträger Kohle und Öl und der bequemen Energieverteilung durch die Elektrizität, dass sich die Verlierer, die Windmühlen und Windräder, nur in unbedeutenden ökonomischen Nischen halten konnten. Der Blick zurück zeigt jedoch, dass die Windenergietechnik zu Beginn unseres Jahrhunderts den Anschluss an die Energieform „Elektrizität“, zu der es heute keine Alternative mehr gibt, keineswegs verpasst hatte oder dazu ungeeignet gewesen wäre. Eine Erinnerung an die historischen Wurzeln der Windkrafttechnik ist deshalb auch im Rahmen der Beschäftigung mit modernen Windkraftanlagen mehr als nur eine Feierabendlektüre. Die technischen Lösungen und die wirtschaftlichen Bedingungen, die in der Vergangenheit zu Erfolgen und Misserfolgen führten, geben durchaus noch Hinweise für die heutige und zukünftige Entwicklung. Dieses Buch beginnt deshalbmit einem Rückblick in die Vergangenheit.
Erich Hau

Chapter 2. Strom aus Wind – Die ersten Versuche

Zusammenfassung
Die großtechnische Nutzung der Elektrizität begann mit dem Bau der ersten Kraftwerke. Das erste Kraftwerk der Welt lief 1882 in New York mit einer Leistung von 500 kW. Die weitere Entwicklung der Kraftwerktechnik verlief stürmisch zu immer höheren Leistungen. Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts wurden fast alle großen Städte in den industrialisierten Ländern mit Strom versorgt. Erheblich langsamer erfolgte die Elektrifizierung der ländlichen Gebiete. In diese Zeit fallen die ersten Versuche, mit Hilfe der Windkraft elektrischen Strom zu erzeugen. Die Verbreitung der klassischen Windmühlen in Europa und der Windturbinen in Amerika war fast noch auf ihrem Höhepunkt. Vermutlich waren es findige Bastler in Amerika, die zum ersten Mal versuchten, elektrische „Dynamos“ mit ihren an sich zum Wasserpumpen bestimmten Windturbinen anzutreiben. Die erste systematische Entwicklung, die Windkraft zur Stromerzeugung zu nutzen, fand aber in Dänemark statt. In diesem Kapitel wir die historische Entwicklung der stromerzeugenden Windkraftanlagen vom Ende des neunzehnten Jahrhunderts bis in die Gegenwart nachgezeichnet.
Erich Hau

Chapter 3. Bauformen von Windkraftanlagen

Zusammenfassung
Vorrichtungen, welche die kinetische Energie der Luftströmung in mechanische Arbeit umsetzen, sind in großer Vielfalt denkbar und in den skurrilsten Formen vorgeschlagen worden. Die praktische Verwendbarkeit schränkt die Anzahl der wichtigen Bauarten drastisch ein. Windenergiekonverter lassen sich einmal hinsichtlich ihrer aerodynamischen Wirkungsweise unterscheiden und zum anderen nach ihrer konstruktiven Bauweise einordnen. Für die aerodynamische Wirkungsweise ist die Tatsache kennzeichnend, ob der Windenergiewandler seine Leistung ausschließlich aus dem Luftwiderstand seiner im Luftstrom bewegten Flächen bezieht, oder ob er in der Lage ist, den aerodynamischen Auftrieb, der bei der Umströmung geeignet profilierter Flächen entsteht, zu nutzen. Man unterscheidet dementsprechend reine Widerstandsläufer und auftriebsnutzende Windenergiekonverter. Gelegentlich wird auch die sogenannte aerodynamische Schnelläufigkeit als Merkmal zur Kennzeichnung herangezogen und von „Langsam- und Schnelläufern“ gesprochen. Eine Unterscheidung nach konstruktiven Gesichtspunkten ist aus verständlichen Gründen praktikabler und damit auch gebräuchlicher. Das augenscheinlichste Merkmal ist die Lage der Drehachse des Windrotors. Man unterscheidet deshalb Rotoren mit vertikaler und horizontaler Drehachse.
Erich Hau

Chapter 4. Physikalische Grundlagen der Windenergiewandlung

Zusammenfassung
Der Vorgang des Entzuges von mechanischer Arbeit aus einem Luftstrom mit Hilfe eines scheibenförmigen, rotierenden Windenergiewandlers folgt einer eigenen grundsätzlichen Gesetzmäßigkeit. Das Verdienst diese Erkenntnisse zum ersten Male auf den Windrotor angewendet zu haben gebührt dem deutschen Physiker Albert Betz. In seinen 1922–1925 erschienenen Schriften konnte er durch die Anwendung elementarer physikalischer Gesetze zeigen, dass die entnehmbare mechanische Leistung aus einem Luftstrom, der durch eine vorgegebene Querschnittsfläche strömt, auf einen ganz bestimmten Wert im Verhältnis zu der im Luftstrom enthaltenen Leistung begrenzt ist. Obwohl die Betzsche Theorie Vereinfachungen enthält, sind die Ergebnisse durchaus für praktische Überschlagsberechnungen brauchbar. Ihre wahre Bedeutung liegt jedoch darin, dass sie eine gemeinsame physikalische Grundlage für das Verständnis und die Wirkungsweise von Windenergiewandlern unterschiedlicher Bauart bildet. Aus diesem Grund wird im Folgenden eine kurz gefasste mathematische Herleitung der elementaren „Impulstheorie“ von Betz wiedergegeben.
Erich Hau

Chapter 5. Aerodynamik des Rotors

Zusammenfassung
Der Rotor steht am Anfang der Wirkungskette einer Windkraftanlage. Seine aerodynamischen und dynamischen Eigenschaften sind deshalb in mehrfacher Hinsicht prägend für das gesamte System. Die Fähigkeit des Rotors, einen möglichst hohen Anteil der die Rotorkreisfläche durchströmenden Windenergie in mechanische Arbeit umzusetzen, ist offensichtlich eine direkte Folge seiner aerodynamischen Eigenschaften. Ohne ein Mindestmaß an Kenntnissen des aerodynamischen Verhaltens des Rotors ist ein Gesamtverständnis der Funktion einer Windkraftanlage nicht möglich. H Aus diesem Grund räumt dieses Buch den aerodynamischen Eigenschaften des Rotors einen vergleichsweise breiten Raum ein. Die wichtigsten theoretischen Werkzeuge zur aerodynamischen Auslegung des Rotors werden skizziert. Die Absicht liegt dabei weniger in einer detaillierten Beschreibung der Berechnungsverfahren sondern vielmehr in der Darstellung der Zusammenhänge der wesentlichen Auslegungsparameter des Rotors und seiner Eigenschaften als Energiewandler.
Erich Hau

Chapter 6. Belastungen und Strukturbeanspruchungen

Zusammenfassung
Die Strukturdimensionierung einer Windkraftanlage ist unter drei verschiedenen Aspekten zu sehen: Zunächst muss sichergestellt werden, dass die Bruchfestigkeit der Bauteile den Extrembelastungen gewachsen ist. Die zweite Forderung verlangt, dass die Dauerfestigkeit, bzw. Ermüdungsfestigkeit, der Bauteile für die Auslegungslebensdauer, in der Regel 20 bis 30 Jahre, gewährleistet wird. Der dritte Aspekt betrifft die Steifigkeit der Bauteile, um das Schwingungsverhalten der Anlage zu kontrollieren. Ein wichtiger Problemkreis, der sich noch vor der Berechnung der Strukturbeanspruchungen stellt, ist die Frage nach den anzusetzenden Lasten und den Situationen, in denen die strukturdimensionierenden Belastungen auftreten. Hierzu ist ein lückenloser Überblick über die äußeren Bedingungen, insbesondere die Windverhältnisse, sämtliche Betriebszustände und eventuelle Störfälle der Anlage notwendig. Davon ausgehend können die sog. Lastfälle definiert werden. Sie können immer nur in angenäherter, idealisierter Form als Entwurfslasten bzw. Lastannahmen angesetzt werden. Hierfür existieren internationale Standards, insbesondere von der IEC.
Erich Hau

Chapter 7. Schwingungsverhalten

Zusammenfassung
Moderne Windkraftanlagen sind schlank und elastisch gebaut, sie stellen deshalb extrem schwingungsfähige Gebilde dar. Windkraftanlagen müssen deshalb bereits im Entwurfsstadium einer sorgfältigen Schwingungsanalyse unterzogen werden. Das Ziel dieser Schwingungsanalyse besteht darin, den Nachweis der schwingungsmechanischen Stabilität und Resonanzfreiheit im zugelassenen Betriebsbereich zu führen. Instabile Drehzahlbereiche, zum Beispiel in Bezug auf eine Biegeschwingung des Turms, müssen zumindest in den stationären Betriebszuständen vermieden werden. Die Schwingungsprobleme bei Windkraftanlagen konzentrieren sich im Wesentlichen auf vier Bereiche: Die schlanken Rotorblätter unterliegen aeroelastischen Einflüssen. Der mechanisch-elektrische Triebstrang neigt zu Torsionsschwingungen, die sowohl durch aerodynamische als auch durch elektrische Einflüsse angeregt werden können. Die Windrichtungsnachführung hat ihre eigene Dynamik, die ebenfalls zu unerwünschtem Schwingungsverhalten führen kann. Nicht zuletzt kann die gesamte Windkraftanlage ins Schwingen geraten. Die Ursache hierfür ist die Resonanz der vom Rotor ausgehenden periodischen Kräfte mit der Biegeeigenfrequenz des Turmes.
Erich Hau

Chapter 8. Rotorblätter

Zusammenfassung
Die Technologie der Rotorblätter ist weniger dem Maschinenbau als vielmehr dem Leichtbau der Luftfahrttechnik verhaftet. Das gilt vor allem für die Entwicklung, nicht unbedingt für die Fertigungstechnik. In der Vergangenheit stellte die Suche nach geeigneten Bauweisen für sehr große Rotorblätter ein besonderes Problem dar. In Ländern, in denen große Versuchsanlagen entwickelt wurden, gab es eigene Technologieprogramme zur Entwicklung geeigneter Bauweisen für große Rotorblätter. Die heutige Bauweise wird durch die Verwendung von Faserverbundmaterialen bestimmt. Die Rotorblätter werden als Schlüsselkomponente für die technische Weiterentwicklung der gesamten Windkraftanlage angesehen. Auch wenn die Rotorblätter der heutigen Windkraftanlagen fast ausschließlich aus Glasfaserverbundmaterial hergestellt werden und damit die Bauweise weitgehend festliegt, werden im Folgenden die grundsätzlichen Zusammenhänge und Erfahrungen aus der Realisierung anderer Bauweisen behandelt. Die schnell wachsende Größe der Windkraftanlagen, die heute bereits über Rotordurchmesser von 150 m und mehr verfügen, könnte ein Rückgriff auf Erfahrungen mit anderen Bauweisen wieder aktuell werden lassen.
Erich Hau

Chapter 9. Mechanischer Triebstrang und Maschinenhaus

Zusammenfassung
Unter dem Begriff „mechanischer Triebstrang“ werden alle drehenden Teile, angefangen von der Rotornabe bis zum elektrischen Generator, verstanden. Diese Komponenten bilden eine funktionelle Einheit und sollten deshalb im Zusammenhang betrachtet werden. Sie sind auch technologisch in die Kategorie „Maschinenbau“ einzuordnen. Der elektrische Generator gehört nur insoweit dazu, als sein Einbau ein mechanisches Problem darstellt. Der mechanische Triebstrang und das elektrische System sind im Allgemeinen in einem geschlossenen Maschinenhaus untergebracht. Dieses hat zudem noch die Windrichtungsnachführung und die Turmkopflagerung aufzunehmen. Seine statische Konzeption steht in engem Zusammenhang mit der konstruktiven Anordnung der Triebstrangkomponenten, insbesondere mit der Ausführung der Rotorlagerung. Die verschiedenen Konzeptionen der Rotorlagerung werden ausführlich behandelt, da die Bauart der Rotorlagerung einen bestimmenden Einfluss auf das Turmkopfgewicht, und damit auf die Herstellkosten der Windkraftanlage hat.
Erich Hau

Chapter 10. Elektrisches System

Zusammenfassung
Das elektrische System einer Windkraftanlage umfasst alle Komponenten zur Wandlung der mechanischen Energie in elektrischen Strom sowie die elektrischen Hilfsaggregate und die gesamte Leittechnik. Die Bauart des Generators und seine charakteristischen Eigenschaften sind für eine Windkraftanlage umso wichtiger, da der Antrieb durch den Windrotor mit seinem unsteten Antriebsmoment vielerlei Probleme aufwirft. Grundsätzlich kann eine Windkraftanlage zur Stromerzeugung mit einem Generator beliebiger Bauart ausgerüstet werden. Die Forderung nach netzverträglichem elektrischen Stromkann kann mit Hilfe nachgeschalteter Frequenzumrichter erfüllt werden. Nicht zuletzt wird mit der Wahl und Ausführung des elektrischen Systems die Art und Qualität der Energieübergabe an das öffentliche Versorgungsnetz festgelegt. Die Anforderungen die vom Netz gestellt werden hinsichtlich der zulässigen Leistungs- und Spannungsschwankungen oder die Unterdrückung von Oberwellen sind wichtige Kriterien für die Wahl des elektrischen Systems beziehungsweise das Einsatzprofil der Windkraftanlage.
Erich Hau

Chapter 11. Regelung und Betriebsführung

Zusammenfassung
Die Regelung und Betriebsführung einer Windkraftanlage muss in erster Linie den vollautomatischen Betrieb der Anlage sicherstellen. Darüber hinaus wird von der Regelung verlangt, dass, dass in jedem Betriebszustand ein möglichst hoher Wirkungsgrad erzielt wird und die mechanischen Belastungen für die Windkraftanlage so gering wie möglich gehalten werden. Die Begriffe „Regelung“ und „Betriebsführung“ sind zwar im konkreten Fall nicht exakt voneinander zu trennen, sie charakterisieren jedoch unterschiedliche Aufgabenstellungen. Grundsätzlich haben die Regelungs- und Betriebsführungssysteme einer Windkraftanlage folgende Aufgaben zu erfüllen: die Windrichtungsnachführung des Rotors, die Leistungs und Drehzahlregelung und die Steuerung des Betriebsablaufs. Für die Leistungs- und Drehzahlregelung stehen zwei Eingriffe zur Verfügung: die Verstellung des Rotorblatteinstellwinkels und die Regelung des Generatormomentes bei drehzahlvariablen Systemen. Das Zusammenspiel der Drehzahl- und Leistungsregelung, die Regelungsstruktur, hängt von der Art des Generatorsystems und der gewünschten Betriebsführung ab. Das „Sicherheitssystem“ hat die Aufgabe die Windkraftanlage im Falle einer sicherheitsrelevanten Störung automatisch abzuschalten, das heißt vor allem den Rotor zum Stillstand zu bringen.
Erich Hau

Chapter 12. Turm und Fundament

Zusammenfassung
Der Turm ist ein wesentlicher Bestandteil einer Horizontalachsen-Windkraftanlage. Nachteilig sind natürlich die Kosten, die einen beträchtlichen Teil der Gesamtkosten einer Windkraftanlage ausmachen können. Auf der anderen Seite steigt die spezifische Energielieferung des Rotors mit zunehmender Turmhöhe an. Die Bandbreite der Ausführungen reicht von Gitterkonstruktionen über Stahlrohrtürme mit und ohne Seilabspannung bis zu massiven Betonbauten. Die vom Gesamtsystem gestellten technischen Anforderungen sind mit fast jeder Variante erfüllbar, das wirtschaftliche Optimum wird jedoch nur mit einer sinnvollen Zuordnung der gewählten Turmbauweise zu den gestellten Anforderungen erreicht Die Standsicherheit der Windkraftanlage wird selbstverständlich auch durch die Gründung des Turmes im Boden bestimmt. Die Bauart des Fundamentes wird mehr noch als der Turm von den örtlichen Bedingungen bestimmt. Dennoch haben sich einige Standardbauweisen herauskristallisiert, die für die meisten Standorte anwendbar sind.
Erich Hau

Chapter 13. Windverhältnisse

Zusammenfassung
Die Ermittlung der Windverhältnisse am vorgesehenen Aufstellort der Windkraftanlagen ist eine wichtige Aufgabe, die nicht mit den zur Verfügung stehenden großräumigen Windkarten alleine gelöst werden kann. Die Beschaffung zuverlässiger Winddaten muß deshalb am Anfang jeder Einsatzplanung stehen. Da nicht in jedem Fall neue, langfristige Messungen durchgeführt werden können, ist die kritische Überprüfung der vorliegenden Daten die erste Aufgabe. Danach wird man mit Hilfe der zur Verfügung stehenden halbempirischen Methoden ein sog. Windgutachten erstellen lassen. Darüber hinaus sollte auch nicht der Wert mündlicher Informationen der am Standort beheimateten Bewohner und natürlicher Indikatoren unterschätzt werden. Deutlich schief wachsende Bäume sind zum Beispiel ein zuverlässiges Kriterium für hohe Windgeschwindigkeiten. Neben der Ermittlung der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit, ist die Kenntnis bestimmter Eigenschaften des Windes, insbesondere die Zunahme der Windgeschwindigkeit mit der Höhe und die Turbulenz, für die erfolgreiche Planung von Windenergieprojekten unverzichtbar.
Erich Hau

Chapter 14. Leistung und Energielieferung

Zusammenfassung
Nach den Windverhältnissen bestimmen die aerodynamischen Auslegung des Rotors, das Regelungsverfahren, die Betriebsführung, die installierte Generatorleistung sowie der Wirkungsgrad der mechanisch-elektrischen Energiewandlungskette die Leistungsabgabe und die Energielieferung einer Windkraftanlage. Die Leistungscharakteristik ist aber nicht nur das Ergebnis der technischen Eigenschaften der Anlage, sondern bis zu einem gewissen Grad auch der Winddaten, die dem Anlagenentwurf zugrunde gelegt werden. Die Windverhältnisse erfordern eine bestimmte optimale Rotordrehzahl und in gewissen Grenzen auch die Wahl der günstigsten Generatornennleistung. Die Windkraftanlage erweist sich auch unter diesem Aspekt als ein umweltbezogenes Energieerzeugungssystem, dessen technische Auslegung an seine Umweltbedingungen angepasst werden muss. Das Ergebnis dieses Prozesses ist die Abhängigkeit der elektrischen Leistungsabgabe von der Windgeschwindigkeit, die Leistungskennlinie. Sie stellt das wichtigste Leistungszeugnis der Windkraftanlage aus der Sicht des Betreibers dar. Auf der Grundlage der Leistungskennlinie ergibt sich bei vorgegebenen Windverhältnissen die zu erwartende Energielieferung.
Erich Hau

Chapter 15. Umweltverhalten

Zusammenfassung
Ohne Auswirkungen auf die Umwelt ist auch der Betrieb von Windkraftanlagen nicht möglich. Die Umweltauswirkungen beschränken sich auf die unmittelbare Umgebung. Die Begrenzung der Umweltprobleme auf die nähere Umgebung bedeutet, dass sie standortspezifisch gesehen werden müssen und deshalb mit einer vernünftigen Standortwahl weitgehend vermieden werden können. Die wichtigsten Einwirkungen, die von Windkraftanlagen sind die Geräuschentwicklung, der Schattenwurf oder eventuelle Störungen von Funk und Fernsehen. Kontrovers diskutiert werden die Auswirkungen auf die Tier- und Pflanzenwelt, insbesondere in Bezug auf das Verhalten von Vögeln. Ein Umweltaspekt, der Anlass für kontroverse Diskussionen ist und auch teilweise heftigen Widerstand auslöst, ist die optische Wirkung von Windkraftanlagen in der Landschaft. Die Bewertung dieses Aspektes wird immer subjektiv geprägt sein. Die globalen Auswirkungen der Windkraftnutzung sind für den Einzelnen nicht unmittelbar erfahrbar, aber sie sind dennoch von erheblicher Bedeutung. Jede Kilowattstunde an elektrischer Energie, die mit Windkraft erzeugt wird, vermeidet in den meisten Ländern die entsprechende Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen und die damit verbundenen Emissionen in die Atmosphäre.
Erich Hau

Chapter 16. Anwendungskonzeptionen und Einsatzbereiche

Zusammenfassung
Der Einsatz von Windkraftanlagen wird sich aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet. Die Verwendung der erzeugten Energie, die organisatorische Einbindung in die Struktur der Energieversorgung sowie die betrieblichen Anwendungskonzeptionen charakterisieren das Spektrum der Einsatzmöglichkeiten. Abgesehen von wenigen Sonderfällen werden Windkraftanlagen zur Stromerzeugung eingesetzt. Der Weg über die Elektrizität bedeutet eine universelle Nutzbarkeit der aus dem Wind gewonnenen Energie. Die Bandbreite reicht von der Möglichkeit, im Inselbetrieb eine spezielle Arbeitsmaschine, zum Beispiel eine Wasserpumpe, mit Energie zu versorgen, über die vielfach gehegte Wunschvorstellung, mit einer eigenen Windkraftanlage von der öffentlichen Stromversorgung weitgehend unabhängig zu werden, bis hin zu den Bemühungen der Energieversorgungsunternehmen, große Windkraftanlagen in ihrem Kraftwerkverbund einzusetzen. Der Einsatz von Windkraftanlagen in größeren Windparks schafft andere organisatorische und wirtschaftliche Verhältnisse als der dezentrale Betrieb einzelner Anlagen. Auch der zukünftige „Offshore-Einsatz“ von großen Windkraftanlagen im Küstenvorfeld der See gehört mit zu diesen Überlegungen und wird wegen seiner zukünftigen Bedeutung in einem eigenen Kapitel behandelt.
Erich Hau

Chapter 17. Windenergienutzung im Küstenvorfeld der Meere

Zusammenfassung
Die Nutzung der Windenergie „Offshore“, das heißt die Seeaufstellung von Windkraftanlagen im Küstenvorfeld der Meere, ist in den letzten Jahren zur Realität geworden und wird zumindest in Deutschland als ein entscheidendes Zukunftspotential der erneuerbaren Energien angesehen. Neben dem begrenzten Platzbedarf an Land sind die höheren Windgeschwindigkeiten über dem offenen Meer ein Argument für die Offshore Aufstellung. Die höhere spezifische Energielieferung im Offshore-Bereich wird nach heutigem Erkenntnisstand jedoch durch die höheren Bau- und Betriebskosten kompensiert, so dass die wirtschaftlichen Perspektiven nicht zwangsläufig besser sein müssen. Die technischen Voraussetzungen und Verfahren sind in den letzten Jahren geschaffen worden. Wenn das Potential der Windenergienutzung im Offshore-Bereich konsequent ausgeschöpft wird — an technischen Problemen wird dies mit Sicherheit nicht scheitern — werden die zukünftigen Offshore- Windparks eine Alternative zu einem Teil der heutigen konventionellen Großkraftwerke darstellen.
Erich Hau

Chapter 18. Planung, Errichtung und Betrieb

Zusammenfassung
Die Realisierung von schlüsselfertigen Projekten zur Windenergienutzung beinhaltet weit mehr als die Herstellung oder den Kauf einer Windkraftanlage. Die Energieerzeugung aus Windenergie ist ein Eingriff in die bestehende energietechnische Infrastruktur und mehr noch in die Umwelt der unmittelbaren Umgebung. Größere Windparkprojekte werden, wie andere Kraftwerke auch, im Rahmen des Bundesimmissionsschutzgesetzes (BImSchG) genehmigt und erfordern in der Regel Planungszeiträume von mehreren Jahren. Bei Großanlagen wird das Montageverfahren zu einem Problem für sich. Die unterschiedlichsten Lösungen sind hierfür in den letzten Jahren entwickelt und erprobt worden. Der Betrieb einer Windkraftanlage wird von der unabdingbaren Forderung diktiert, ohne ständiges Bedienpersonal auszukommen. Die seit einigen Jahren weitverbreiteten Fernüberwachungssysteme mit Hilfe eines einfachen Personal-Computers und der Datenübertragung über das Telefonnetz erleichtern diese Aufgabe.
Erich Hau

Chapter 19. Kosten von Windkraftanlagen und Anwendungsprojekten

Zusammenfassung
Der Ausgangspunkt für alle Kosten-und Wirtschaftlichkeitsüberlegungen sind die Herstellkosten der Anlagen. Zur Zeit sind Windkraftanlagen bis zu einer Leistung von etwa 5000 kW aus serienmäßiger Produktion verfügbar. Während der letzten fünfzehn Jahre konnte bei Windkraftanlagen ein enormer Fortschritt im Hinblick auf die Senkung der Herstellkosten erreicht werden. Bis Ende der neunziger Jahre waren die spezifischen Verkaufspreise von serienmäßig hergestellten Windkraftanlagen auf unter 1000 €/kW gefallen. Mit Blick auf die Zukunft ist das weiterhin erschließbare Kostensenkungspotential von Windkraftanlagen von Interesse. Die Windkraftanlagen selbst bilden zwar den Hauptbestandteil der Investitionskosten für schlüsselfertige Anwendungsprojekte zur Windenergienutzung. Die übrigen Kostenbestandteile dürfen aber nicht unterschätzt werden. Ein Sonderfall ist die Offshore-Aufstellung von Windkraftanlagen. Die Investitions- und Betriebskosten sind höher als an Land und außerdem ist die Bandbreite, abhängig von den Aufstellbedingungen, noch erheblich größer. Auf der anderen Seite wird durch die höheren Windgeschwindigkeiten auf dem Meer auch ein Teil der höheren Kosten wirtschaftlich wieder ausgeglichen.
Erich Hau

Chapter 20. Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung aus Windenergie

Zusammenfassung
Die Nutzung der erneuerbaren Energiequellen „um jeden Preis“ ist unter den heutigen Bedingungen keine realistische Option. Exorbitante Energiepreise sind weder betriebs- noch volkswirtschaftlich zu vertreten. Die wirtschaftliche Situation der Windenergienutzung zeigt heute zwei Gesichter. Auf der einen Seite steht ihre Anwendung auf der Seite der Stromverbraucher. Gemessen an den Verbraucherpreisen für elektrische Energie und an der gesetzlich festgeschriebenen Stromvergütung ist die Stromerzeugung aus Windenergie wirtschaftlich, sofern es sich um einen Standort mit entsprechenden Windverhältnissen handelt. Demgegenüber steht die Stromerzeugung der Energieversorgungsunternehmen. Hier setzen die Stromerzeugungskosten der Großkraftwerke den wirtschaftlichen Maßstab. An Hand von typischen Beispielen werden die Stromerzeugungskosten berechnet und in den Zusammenhang der Energiewirtschaft gestellt. Auch die verschiedenen Methoden, bis hin zu dynamische Wirtschaftlichkeitsanalysen, werden behandelt. Da eine konkrete Wirtschaftlichkeitsberechnung eines Investitionsvorhabens nicht ohne die Einbeziehung der Finanzierungsbedingungen möglich ist, werden auch diese Einflüsse diskutiert.
Erich Hau

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