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Rentabilität gefährdet Windturbinen klauen sich gegenseitig den Wind

Der Boom von Meereswindparks könnte ihre Rentabilität gefährden. Forscher warnen, dass sich die Turbinen den Wind stehlen. Über die Angst vor geringeren Erträgen und abspringenden Investoren.

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Die Windgeneratoren können sich bei der Stromerzeugung gegenseitig behindern.

Wenn Radrennfahrer beim Giro d’Italia, der Tour de France oder der Deutschland Tour über den Asphalt rasen, dann gilt: Je näher am Vordermann, desto besser. Der Windschatten schont Oberschenkel und Waden. 15 bis 30 Prozent weniger Kraft, ergaben Versuche, müssen Radler aufwenden, wenn sie in der Windschleppe der Vorderleute fahren.

Welche Offshore-Windparks den Netzanschluss bekommen oder warten müssen

Doch was beim Sportler den Energieverbrauch senkt, könnte für einen der großen Hoffnungsträger der Energiewende zum Problem werden. Schließlich vermindert Windschatten umgekehrt die Energieausbeute jener Windturbinen, die künftig, von Nordseebrisen angetrieben, grünen Windstrom in deutsche Stromnetze speisen sollen. Bis 2030 will die Bundesregierung Anlagen mit 20 bis 25 Gigawatt Leistung in Nord- und Ostsee installieren lassen.

Es sind wahre Giganten, die diese Energiemengen produzieren. Der Generator M5000 von Areva Wind etwa wiegt mit 345 Tonnen so viel wie 70 Elefanten, sein Rotor hat einen Durchmesser von 116 Metern. 80 dieser Riesen werden im Windpark Global Tech I in der Nordsee verankert und maximal 400 Megawatt Leistung liefern. Im Sommer soll der erste Strom fließen.

Lenkdrachen soll Energie gewinnen
Sie sehen aus wie übliche Lenkdrachen, doch sollen sie zukünftig der Gewinnung von Windenergie dienen. Die Technische Universität Delft in den Niederlanden, deren Drache hier zu sehen ist, forscht seit Jahren im Kite Power Projekt an dieser Technologie und hat schon mehrere Prototypen getestet. 2015 könnten laut der Brandenburger Firma Enerkite die fliegenden Kraftwerke auch in Deutschland für Energie sorgen. Die Drachen fliegen dafür in 300 bis 600 Metern Höhe und zapfen dort die konstanten Windströme für die Stromgewinnung ab. Über ein Seil ist der Drache mit einer mobilen Bodenstation gekoppelt. Die Flugsteuerung sowie der Generator laufen per Autopilot. Im Gegensatz zu großen Windanlagen sind die „Energiedrachen“ flexibel einsetzbar, leise und auch noch günstiger. Quelle: Twitter
Die USA setzt ebenfalls auf Fluggeräte zur Energiegewinnung, doch diese ähneln eher einem Flugzeug. Windturbinen aus Glasfasern und Karbon machen dabei die Stromgewinnung in der Luft möglich. Die Forschung des kalifornischen Unternehmens Makani Power an der Airborne Wind Turbine wird unter anderem von Google bezuschusst. Die Turbine, die bis zu 600 Meter hoch fliegt, wird von einem Hauptseil gehalten, während die Luftenergie über ein anderes Seil zum Boden gelangt. Dabei fliegt die Windturbine kreisförmig und quer zum Wind, wodurch sie sehr hohe Geschwindigkeiten erreicht. Der Prototyp kann sogar teilweise selbstständig den Flugmodus wechseln. Das Unternehmen plant die Windturbinen auch auf der See einzusetzen. Quelle: Twitter
Zumindest auf den Plänen der Konstrukteure bringen diese Windgeneratoren mehr Leistung als konventionelle Windmühlen. Der vertikale "Aerogenerator" wird auf hoher See installiert. Die Stromausbeute liegt bei 10 Megawatt, rund drei Megawatt mehr als die bisher größte Windanlage produziert. Die Spannweite kann nach Angaben des britischen Herstellers Windpower bis zu 230 Meter betragen. Dagegen sehen die bisher üblichen Windmühlen eher schlapp aus - die neuesten Anlagen der konventionellen Bauart sollen nämlich einen Rotorendurchmesser von "nur" 180 Meter haben. Texte: Miguel Zamorano Recherche: Andreas Menn Quelle: PR
Schaut wie eine Steinschleuder aus, ist aber ein Lenkdrache. Die Idee: der Kite-Segel der italienischen Firma Kite Gen ist an einem bewegbaren Arm an zwei Seilen befestig und wird dann auf eine Höhe von 800 bis 1000 Metern gebracht. Dort dreht der Winddrachen konstante Achten und treibt so die Turbine an. Der Vorteil: in mehr als 1000 Meter Höhe bläst der Wind konstanter als in Bodennähe. Bei einer Windgeschwindigkeit von 25 km/h läge die Energieausbeute laut Hersteller bei drei Megawatt. 300 Drachen brächten so die Leistung eines Atomkraftwerks - und da der Wind in der Höhe nahezu durchgehend bläst, gäbe es keine großen Ausfallzeiten. Der Haken: Flugzeuge müssten das Gebiet umfliegen. Das scheint bei der hohen Verkehrsdichte am europäischen Himmel und der Größe der Lenkdrachen-Parks nicht praktikabel. Das Modell ist derzeit noch in der Erprobungsphase. Quelle: PR
Bläst der Wind, dreht sich der Ballon um die eigene Sache und treibt den Rotor an Quelle: PR
Die Windhelix eignet sich für große Eigenheime Quelle: PR
Diese Modell soll sich unauffällig in die Landschaft fügen- Quelle: PR

Im Fall von Global Tech I dürften sich die Erwartungen vorerst erfüllen. Immerhin stehen die Rotoren noch ziemlich einsam in der deutschen Nordsee. Doch neue Studien wecken Zweifel, ob die Prognosen von Politik und Betreibern nicht zumindest auf lange Sicht überzogen sind. Denn spätestens mit der zweiten Ausbauwelle ab 2017 werden die verfügbaren Flächen vor Deutschlands Küsten knapper – und die Generatoren dichter zusammenrücken.

Im schmalen Sektor der Nordsee sollen die Anlagen in den nächsten Jahren zu einem riesigen Turbinenforst zusammenwachsen – von mehr als 100 Quadratkilometer Fläche. Bisher liegen Windparks in der Deutschen Bucht mit ihren Westwinden primär an östlichen Standorten. Künftig ändert sich das. Dann würden westlichere Windparks den östlicheren den Wind wegnehmen, sagt Dirk Briese, Geschäftsführer der Bremer Beratungsfirma trend:research: „Das wirkt sich auch auf den Gewinn aus.“

Wenn sich Turbinen im Weg stehen

Die größten Anlagenbauer
NordexNach zwei verlustreichen Jahren und vielen Einsparungen lief es 2013 für Nordex wieder besser. Der Windturbinenbauer kehrte in die Gewinnzone zurück. In der Vergangenheit trennte sich Nordex unter anderem verlustreichen Produktionsstätten in den USA und China und konzentrierte sich ganz auf den Bau von Onshore-Anlagen. Mit der Strategie konnte das Unternehmen in Deutschland Marktanteile gewinnen. 2012 kam Nordex auf 3,5 Prozent, 2013 waren es im On- und Offshore-Bereich zusammen bereits sieben Prozent. Auch die Aussichten sind gut: Für 2014 rechnet der Vorstand mit neue Aufträge im Umfang von 1,6 Milliarden Euro. Quelle: dpa
Siemens WindenergiesparteSiemens ist Weltmarktführer bei Offshore-Windrädern und dominiert auch in Deutschland diesen Bereich. Hierzulande kommt das Unternehmen in dem Segment auf 52,1 Prozent Marktanteil. Im On- und Offshore-Bereichen zusammen hatte Siemens Wind Power 2013 einen Anteil von 9,8 Prozent und liegt damit auf Platz vier. Nach dem Verkauf der gefloppten Solarsparte will sich Siemens künftig noch mehr auf die Energie aus Wind und Wasser zu konzentrieren. Das Geschäft lief zuletzt insbesondere im Ausland gut. Im Dezember 2013 erhielt das Unternehmen mehrere Großaufträge in den USA. In Deutschland gibt es aber auch Probleme: Bei der Anbindung von vier Offshore-Windparks in der Nordsee liegt Siemens dem Zeitplan um mehr als ein Jahr hinterher. Die Verzögerungen sollen Siemens bereits mehr als 600 Millionen Euro gekostet haben. Quelle: dpa
SenvionDas Hamburger Unternehmen Senvion ( ehemals Repower) ist eine Tochter des indischen Windkraftkonzerns Suzlon. Wie Nordex ist es auch dem Hamburger Unternehmen gelungen, Marktanteile zu gewinnen. 2013 installierte Senvion Anlagen mit rund 484 Megawatt und nun einen Markanteil von insgesamt 13,5 Prozent. Im Onshore-Bereich sind es sogar 16,2 Prozent. Das sind drei Prozent mehr als im Jahr zuvor. In Deutschland hat das Unternehmen nach eigenen Angaben nun eine Gesamtleistung von 2,8 Gigawatt installiert. Im März 2014 hat Senvion die Schwelle von 10 Gigawatt weltweit installierter Leistung überschritten. In der Vergangenheit hatte das Unternehmen allerdings auch mit deutlichen Umsatzrückgängen zu kämpfen. Quelle: dpa
VestasDer weltgrößte Windturbinenhersteller Vestas hatte in Deutschland 2013 einen Marktanteil von 16,7 Prozent (Onshore 20 Prozent). Damit hat der Anlagenbauer zwar rund sechs Prozent an die kleineren Mitbewerber verloren, liegt aber weiterhin klar auf Platz zwei. Allein 2013 stellte das dänische Unternehmen Anlagen mit einer Leistung von 598,9 Megawatt in Deutschland auf. Wirtschaftlich ist Vestas offenbar auf einem guten Weg: Nach massiven Sparmaßnahmen in den Vorjahren hat das Unternehmen im letzten Quartal 2013 erstmals seit Mitte 2011 wieder einen Gewinn erwirtschaftet. Der Jahresverlust lag bei 82 Millionen Euro, nach 963 Millionen Euro 2012. Quelle: ZB
EnerconDas vom Windpionier Aloys Wobben gegründete Unternehmen ist unangefochtener Marktführer in Deutschland bei Anlagen auf dem Festland (49,6 Prozent Marktanteil). Onshore-Anlagen mit einer Leistung von 1.484,6 Megawatt hat Enercon allein 2013 aufgestellt. Auf dem Gesamtmarkt musste der Windanlagenbauer allerdings Verluste hinnehmen. Lag der Markanteil 2012 bei 54,3 Prozent, betrug er zuletzt noch bei 41,4 Prozent. Weltweit hat das Unternehmen mittlerweile mehr als 20.000 Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von mehr als 28 Gigawatt installiert. Laut den Wirtschaftsforscher von Globaldata liegt Enercon im globalen Vergleich damit auf Platz. Geschlagen werden die Ostfriesen von der dänische Konkurrenz Vestas. Quelle: dpa

Und so kalkuliert etwa die Projektgesellschaft von Global Tech I, dass sich die jährliche Stromproduktion ab 2020 wegen zwei neuer Windparks in der Nähe um einen mittleren einstelligen Prozentbetrag reduziert. Ähnlich schätzt das auch Briese ein.

Der Grund: Bläst die Brise an der Frontseite eines Windparks noch normal, entstehen dahinter Windschatten und Turbulenzen. Forscher der Texas Tech University haben berechnet, wie sehr sich die Turbinen gegenseitig im Weg stehen. Danach weht der Wind auch noch 15 Rotordurchmesser hinter einer Turbine langsamer als vor ihr. Bis zu 20 Prozent weniger Wind kommen in der zweiten Reihe an, in der dritten noch weniger. Hinter einem großen Generatorenfeld braucht der Luftstrom gar bis zu 14 Kilometer, bis er sich zur vollen Stärke regeneriert hat, ermittelte das dänische Risø National Laboratory.

Heutige Windparks produzieren im Jahresmittel pro Quadratkilometer über drei Megawatt an Strom. Verschärft sich die Platznot, könnte dieser Wert womöglich nicht mehr zu halten sein. Nach Berechnungen von Amanda Adams von der University of North Carolina und David Keith von der Harvard University kann Windschatten den Ertrag großer oder eng benachbarter Windparks drastisch senken: Bei Flächen weit über 100 Quadratkilometern lasse sich maximal noch ein Megawatt Leistung je Quadratkilometer erzielen. Forscher um Axel Kleidon am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena meldeten jüngst Ähnliches.

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Andere Fachleute halten das für zu pessimistisch, und noch fehlen Praxiswerte. Aber die Windparks wachsen, der Windschatten wächst auch. Um die tatsächlichen Effekte besser abschätzen zu können, macht die britische Firma Carbon Trust nun die Probe aufs Exempel: Sechs Monate lang werden im dänischen Windpark Rødsand II Messungen durchgeführt und mit Simulationen verglichen.

Von den Ergebnissen hängt viel ab. Schon jetzt erschwert die Diskussion um Windschatten die Finanzierung neuer Anlagen, weil potenzielle Investoren um die Rentabilität der Projekte fürchten.

Und womöglich geht sogar den Ökostromplänen der Bundesregierung ausgerechnet im Windschatten die Puste aus.

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