Basiswissen Windenergie

Windenergieanlagen sind in den lettzen Jahren kontrovers diskutiert worden. Auf grund einer gesetzlich garantierten Vergütung für den ins Netz eingespeisten Strom (durch das Erneuerbaren-Energien-Gesetz) sind sie eine interessante Finanzanlage. Auf der anderen Seite werden sie oft als Störung des Landschaftsbildes abgelehnt. Lärmbelästigung und Schattenwurf werden als Argumente angeführt. Die Ausweisung von Windvorranggebieten mit einer Höhenbegrenzung von 100 Meter waren in vielen Kommunen die Folge. Durch die Atomkatastrophe in Fukushima im März 2011 und den Winderlass der Landesregierung im Juli 2011 hat die Diskussion um das Für und wider eine neue Qualität bekommen.

Anlagenerrichtung
Errichtung einer Anlage

1. Technische Grundlagen

Bestandteile einer Windkraftanlage

Rotor, Turm und Getriebe sind die Schlüsselbausteine, die die Leistungsfähigkeit einer Windkraftanlage bestimmen. Das Kernstück der Windkraftanlage ist der Rotor, mit dem die mechanische Energie des Windes in Rotationsenergie umgewandelt wird. Dadurch wird der Generator zur Erzeugung elektrischer Energie angtrieben. Er ist in der Gondel oben am Mast über ein Getriebe unmittelbar mit dem Rotor verbunden.

Die heutigen kompakten Generatoren zur Stromerzeugung erfordenr hohe Drehzahlen. Dies wird durch schnell laufende Rotoren mit möglichst wenig Flügeln erreicht, die aerodynamisch optimiert werden - wie Flugzeugtragflächen. Am Markt durchgesetzt haben sich Windenergieanlagen mit drei Flügeln.

Die Energie, die dem Wind entnommen werden kann, hängt auch von der Größe der Fläche ab, die er anweht. Deshalb müssen Rotorbläter möglichst lang sein. Dadruch werden hohe Masten für die Windkraftanlagen erforderlich. Mit zunehmender Höhe nehmen außerdem die Windgeschwindigkeiten zu. Allerdings kann die Rotorlänge nicht beliebig geroß werden, weil an den Rotorenden enorme Zentrifugalkräfte wirken. Moderne, große Windkraftanlagen haben Rotordurchmesser von bis zu 100 Meter und mehr. Die Rotorblätter drehen ab einer Windgeschwindigkeit von 3 m/s an und ab etwa 12 bis 15 m/s erreichen die Generatoren die Nennleistung, die sie dann auch bei höheren Windgeschwindigkeiten kosntstant beibehalten.
Nach derzeitigem Stand der Technik werden vorwiegend anlagen mit mehr als 100 Meter nabenhöhe und über 140 Meter Gesamthöhe erreichtet, soweit es keine planungsrechtlichen Einschränkungen gibt. Die Nennleistung beträgt häufig mehrere Megawatt.

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Leistungskenndaten und -regelung

Bei der Nennleistung handelt es sich um die maximale Leistung (KW), die in Abhängkigkeit von der Windgeschwindigkeit (Meter pro Sekunde) und der Luftdichte (Kilogramm pro Kubikmeter) erreicht und ins Stromnetz eingespeist wird. Ein wirtschaftlich entscheidnender Wert sind die Jahresvolllaststunden, d. h. die berechnete Zeit im Jahr, in der ein Generator die volle Nennleistung erbringt. Dabei ereichen Anlagen an Land etwa 2000, direkt an der Küste 3000 und auf See (offshore) werden 4000 Volllaststunden erwartet. Zur Leistungsregelungund zum Schutz vor Überlastungen gibt es zwei verschiedene Konzepte:  

  • Stall-Regelung (aerodynamischer Abriss): Steigt die Windgeschwindigkeit über ein bestimmtes Maß hinaus, reißt durch die spezielle Flügelform die Luftströnmung an der Blattkante des Rotorblattes ab und begrenzt so die Drehzahl. eine Modiikation stellt die so genannte Aktiv-Stall-Regelung dar, bei der eine Verstellung der rotorblätter möglich ist.
  • Pitsch-Regelung (Blattwinkelverstellung): Über die Elektronik und Hydraulik kann jeder einzelne Flügel stufenlos verstellt werden. Auf diese Weise wird der Auftrieb verringert, so dass auch bei hohen Windgeschwindigkeiten die Leisutngsabgabe des Rotoers ab der Nennleistung konstant bleibt.

2. EEG, Repowering und Winderlass NRW

Repowering
Bild: Haus der Technik

Das Erneuerbaren-Energien-Gesetz sichert Betreibern von Windenergieanlagen für die Einspeisung von Strom ins Netz 20 Jahre lang eine feste Vergütung zu. Das schafft Planungssicherheit für potenzielle Investoren (siehe Link unten auf der Seite): Die zu zum 1. September 2009 in Kraft getretene Novelle des Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) enthält eine Bonusregelung für das Repowering von Windenergieanlagen(WEA). Das Repowering beinhaltet den Ersatz älterer kleinerer WEA mit geringer Leistung durch moderne leistungsstärkere Anlagen. Die Bonusregleung erfasst mehr als 10 Jahre alte WEA, die im selben oder in einem angrenzenden Landkreis durch neue WEA ersetzt werden, deren Leistung das zwei- bis fünffache der Leistung der alten Anlagen beträgt. Durch eine erfolgreiche Umsetzung des Repowerings ergeben sich verschiedene Vorteile für alle Beteiligten, wobei

  • die Steigerung der Energieeffizienz durch die Erhöhung des Energieertrages bei mittelfristig sinkender Anlagenzahl,
  • die damit verbundene dauerhafte Erhöhung der kommunalen Einnahmen, u.a. durch die Gewerbesteuer und die Schaffung regionaler Arbeitsplätze,
  • die Entlastung des Landschaftsbildes durch die Beseitigung von Streuanlagen,
  • die Reduzierung der negativen Umwelteinwirkungen auf Mensch und Natur (z.B. durch verbesserte Anlageneigenschaften und Standortwahl) und
  • die deutliche Verbesserung der Netzintegration durch verbesserte Anlageneigenschaften entscheidend ist

 

Windpark
Windpark

Mit dem Winderlass vom 11. Juli 2011 will die Landesregierung den Anteil der Windenergienutzung an der Stromerzeugung bis zum Jahre 2020 von derzeit gut 3 auf 15 Prozent anheben. Der neue Erlass soll durch Nutzung von Ermessensspielräumen Hürden für die Planung abbauen. Der Erlass setzt bestehende Gesetze nicht außer Kraft. Zentraler Bestandteil der Windenergiepolitik in NRW ist das Repowering. Es soll unter anderem dadurch forciert werden, dass Kommunen ihre bisherigen  Höhenbeschränkungen von (meist) 100 m überprüfen. Ein wirtschaftlicher Betrieb erfordert unter heutigen Bedingungen im Normalfall Anlagen von 150 Metern Höhe (Winderlass 4.3.3).

Weiterehin soll eine Informations- und Beratungsplattform für erneuerbare Energien (EnergieDialog.NRW) Bürgerinnen und Bürger sowie Investoren beim Ausbau der erneuerbaren Energien unterstützen.

Weitere Informationen zu den Inhalten: siehe Links unten auf der Seite

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3. Planungsaspekte und Genehmigungsrecht

Bauplanerische Aspekte
Seit Änderung des Baugesetzbuches 1997 gehören Windenergieanlagen zu den im Außenbereich privilegierten Vorhaben. Viele Kommunen haben daraufhin im Flächennutzungsplan gezielte Flächenausweisungen für Einzelanlagen oder Windparks vorgenommen, um die Standortauswahl zu beschränken und eine Landschaftszerstückelung zu vermeiden. Ausgenommen sind allerdings Eigenverbrauchsanlagen, die einen im Außenbereich privilegierten forst- oder landwirtschaftlichen Betrieb mit Strom versorgen. Für diese sog. "mitgezogene Privilegierung" ist es erforderlich, dass der versorgte Betrieb im Jahresmittel mindestens 50 % des von WEA erzeugten Stroms selbst verbraucht. Diese WEA müssen in räumlicher Nähe zum versorgten Betrieb aufgestellt werden. Innerhalb des geschlossen bebauten Siedlungsbereichs sind Groß-WEA nur in Industrie- und Gewerbegebieten denkbar, allerdings in der Praxis auch hier schwer realisierbar. In diesen richtet sich die Zulässigkeit der Anlagen nach den Vorgaben des für den konkret geplanten Standort gültigen Bebauungsplans.

Genehmigungsverfahrens
Der Umfang des Genehmigungsverfahren richtet sich nach der Anzahl der Windenergieanlagen (Einzelanlagen bzw. Windparks).

1. Genehmigung von Einzelanlagen ( 1 bis 2 Windenergieanlagen)
Anlagen mit über 50 Meter Gesamthöhe werden nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) genehmigt (Vereinfachtes Genehmigungsverfahren ohne UVP und ohne Öffentlichkeitsbeteilung). Für Kleinwindkraftanlagen (kleiner/gleich 50 m Gesamthöhe) reicht eine Baugenehmigung.

2. Genehmigung von Windparks (mehr als 2 Windenergieanlagen)
Die Genehmigung erfolgt nach dem BImSchG.

Anlagengröße

Prüfung

Ergebnis

 

3 bis 5 Anlagen

Prüfung der UVP-Pflicht im Rahmen der standortbezogenen UVP-Vorprüfung des Einzelfalls

a) Keine UVP-Pflicht
Vereinfachtes Verfahren ohne Öffentlichkeitsbeteiligung
(nach § 19 BImSchG);

Beteiligung von Trägern öffentlicher Belange und weiteren Behörden

b) UVP-Pflicht
Förmliches Verfahren mit Öffentlichkeitsbeteiligung
(nach § 10 BImSchG)

6 bis 19 Anlagen

 

Prüfung der UVP-Pflicht im Rahmen der allgemeinen UVP-Vorprüfung des Einzelfalls

 

a) Keine UVP-Pflicht
Vereinfachtes Verfahren ohne Öffentlichkeitsbeteiligung
(nach § 19 BImSchG);

Beteiligung von Trägern öffentlicher Belange und weiteren Behörden

b) UVP-Pflicht
Förmliches Verfahren mit Öffentlichkeitsbeteiligung
(nach § 10 BImSchG)

Ab 20 und mehr Anlagen

Generelle UVP-Pflicht

Förmliches Verfahren mit Öffentlichkeitsbeteiligung
(nach §10 BImSchG);

Beteiligung von Trägern öffentlicher Belange und weiteren Behörden

 
Inhaltlich sind bei der Genehmigung von Windenergieanlagen eine Vielzahl von technischen und rechtlichen Aspekten, die sich aus verschiedenen Fachgebieten ergeben, zu berücksichtigen. Planungsrechtliche Kriterien, statische Prüfungen, Landschaftsschutz, Flugsicherheit, optische Beeinträchtigungen, Rücksichtnahmegebot, Konkurrenzsituationen, Arbeitsschutz bei Arbeiten in großen Höhen, Sicherheitsabstand von Strom- und Gasleitungen, Zugang zum Stromnetz und Beeitnrächtigung von Mobilfunkrichtstrecken gehören zu den regelmäßig zu betrachtenden Aspekten.

Einen wesentlichen Kernpunkt bei der Prüfung stellen die Anforderungen des Immissionsschutzes hinsichtlich Schallimmission und Schattenwurf dar.

Änderungen an bereits genehmigten WEA (zum Beispiel Standortverschiebung, Typwechsel, Änderung der Betriebsweise usw.) sind dann ebenfalls nach dem jeweiligen Genehmigungsrecht durchzuführen. Im Bereich des BImSchG ist je nach Umfang der Umweltauswirkungen der geplanten Änderung ein Anzeige nach § 15 BImSchG oder ein Änderungsgehmigungsverfahren nach § 16 BImSchG durchzuführen. Eine Neuerrichtung liegt vor, wenn die Änderungen derart prägend sind, dass die gesamte Anlage als eine neue Anlage qualifiziert werden muss, z. B. durch den Austausch des wesentlichen Kerns der bestehenden Anlage.

Weitere Informationen zum Genehmigungsrecht sind dem Winderlass NRW zu entnehmen (Link unten auf der Seite). Auskunft erteilt zudem das Bauamt des Kreises oder Ihrer Stadt.

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