Kleine Windanlagen haben Vorteile und werden verstärkt eingesetzt 1

Klassisch Onshore oder Offshore: Die Welt der Windkraftanlagen (WKA) ist im Megawatt-Leistungsbereich zuhause. Doch ganz allmählich werden auch so genannte Kleinwindanlagen (kWKA) hoffähig. Es gehört mancherorts fast schon zum guten Ton eine eigenen Windkraftanlage hinter dem Haus zu haben und seinen eigen Strom zu produzieren.

Autor: Hans-Ulrich Tschätsch, freier Journalist für getGesinnung zeigen ist in diesem Zusammenhang das Motto. Doch ganz so einfach ist es nicht. Das zeigte jedenfalls eine zweitägige Fachveranstaltung des Bundesverbands Windenergie (BWE), die Anfang Dezember in Hannover stattfand. Es waren nicht nur die Vorträge, die intensiv diskutiert wurden.

Mindestens ebenso nachhaltig waren die Gespräche, die am Rande der Veranstaltung zwischen Referenten und Teilnehmern geführt wurden. Um ein erstes Ergebnis der Veranstaltung auf einen Nenner zu bringen kann festgestellt werden: Der Markt für kleine WKA ist in Bewegung.

Weltweit wurden 2008 19 000 Anlagen bis 100 Kilowatt neu installiert, was einer Gesamtleistung von 38,7 Megawatt und einem Zuwachs von rund 53 Prozent entspricht. Neben dem Bundesverband Windenergie mit Sitz in Berlin hat sich inzwischen ein anderer Verband im Schleswig-Holsteinischen Ihlow etabliert.

Ende Januar 2009 bildete sich aus einer Gruppe Hersteller und Betreiber kleiner WKA der Bundesverband Kleinwindanlagen, um sozusagen als weitere Kraft für kleine Wind-energieanlagen zu kämpfen. Ziel dieses Verbandes ist die Voraussetzungen für die Verbreitung der kleinerer WKA zu verbessern und einheitliche politische Bedingungen zu schaffen.

Das jedoch wird nach dem heutigen Stand nicht einfach sein. Denn um überhaupt die Akzeptanz der kleinen WKA zu erhalten, müssen bestehende Rechtsunsicherheiten abgebaut und die Genehmigungsverfahren wesentlich erleichtert werden.

Steiniger Weg

Was in Nordamerika, Australien oder auch in Großbritannien schon längst zum Alltag gehört ist bei uns in Deutschland noch die Ausnahme. Der Weg zum breiten Einsatz von kleinen Windkraftanlagen ist bei uns noch sehr steinig.

Obwohl immer mehr private und gewerbliche Verbraucher kleine Windkraftanlagen zur anteiligen Deckung ihres Energiebedarfes nutzen wollen, wird es nicht ganz einfach sein, zum Prosumenten zu werden.

Zur Erklärung: Prosumenten sind Marktteilnehmer die gleichzeitig Produzenten und Konsumenten sind. Immer die richtige Anwendung zu finden ist für denjenigen, der sich noch nicht sonderlich tief in die Materie eingearbeitet hat nicht immer ganz leicht.

Technische Möglichkeiten zur Nutzung von Kleinwindanlagen sind jedoch vorhanden: Da ist jegliche Hilfestellung sinnvoll und willkommen, um das beste aus der Idee zu machen die Windkraft auch im kleineren Maßstab zu nutzen.

In Deutschland ist es in der Regel sinnvoll, das Windrad direkt an den vorhandenen Hausanschluss zu koppeln, ohne den Strom in einer Batterie zwischenzuspeichern. Überschüssige Energie wird dann in das Netz eingespeist und über das EEG vergütet.

Die Einspeisetarife wurden allerdings an die Gegebenheiten der größeren Windkraftanlagen angepasst, sodass es unter diesen Umständen finanziell reizvoller ist, den Strom direkt zu verbrauchen.

Denn die Kosten von großen WEA betragen pro Kilowatt installierter Leistung derzeit durchschnittlich nur ein Viertel bis ein Fünftel der  Kosten von kWEA, und erbringen so durch ihre Dimension, Aufstellungsort und Höhe deutlich höhere Erträge.

Deshalb sind dort Stromgestehungskosten von unter zehn Cent pro Kilowattstunde ohne weiteres möglich. Daher ist es für den Einsatz von kWEA notwendig, dass diese nicht in Konkurrenz zu großen WEA treten müssen.

Von den Verbänden wird deshalb die Forderung erhoben, eine verstärkte und zugleich gezielte Förderung zu beschließen, um die gesammelten Erfahrungen der kleinen Windkraft zu bündeln und somit die Technologie mit hohen Qualitätsstandards zur Marktreife zu entwickeln.

Windheizung als Eigenverbrauch

Über einen Lastwiderstand kann der Windstrom auch zur elektrischen Warmwasserbereitung verwendet werden. Ökologisch, aber auch finanziell steht diese Option jedoch nicht ganz so gut da wie der eigene Verbrauch oder die Einspeisung. Zudem ist die  technische Realisierung nicht ganz einfach, besonders dann wenn Einspeisung und Windheizung gleichzeitig realisiert werden sollen.

Im Hinblick auf zukünftig mögliche Überlastungen im Niederspannungs- und Verteilnetzbereich wird diese Option für den Lastausgleich jedoch interessant. Zu dieser Thematik gibt es bereits ein fertiges Produkt am Markt. Es ist die Antaris-Windheizng der Firma Braun-Windturbinen aus Nauroth im Westerwald.

Diese Windheizung wird bereits im Leistungsbereich von 3,5 Kilowatt (maximal 6,5 Kilowatt), alternativ 5,5 Kilowatt (maximal 11,5 Kilowatt) angeboten. Kern der notwendigen Steuerung  ist eine Regel-elektronik mit Wind-Kennlinienführung.

Dies ermöglicht der Antaris 3,5 beziehungsweise 5,5 Kilowatt einen lastfreien Anlauf mit einem fließenden Übergang, hin zum optimalen Drehzahlbereich, um die größtmögliche Heizleistung zu erzielen.

Für einen einwandfreien Betrieb der Steuerung ist eine Heizpatrone mit der doppelten Nennleistung des Generators (3,5 Kilowatt) vorzusehen, da sonst die Spannung nicht gehalten werden kann.

Die 6-Kilowatt-Heizpatrone wird in einen Wasser-Pufferspeicher eingeschraubt, wobei die erhöhte Heizleistung als zusätzliche Sturmsicherung neben der Helikoptersicherung dient.

Im Gegensatz zu einer thermischen Solaranlage erntet die Antaris-Anlage gerade in der kalten und windigen Jahreszeit die meiste Energie. Genau dann wenn sie auch benötigt wird! Aber auch eine Kombination als Hybridanlage beider Systeme ist durchaus sinnvoll.

Inselnetzversorgung

Kleine WKA können in netzfernen Regionen in einem so genannten Inselnetz einen Teil der Stromversorgung übernehmen. Um in Schwachwindzeiten ausreichend Energie zur Verfügung zu haben, werden die Windräder in Verbindung mit anderen Energiequellen, wie Photovoltaik, Wasserkraft oder Dieselaggregat, zu sogenannten Hybridsystemen zusammengefasst und mit einer Batterie als Speicher kombiniert.

Je nach Auslegung können diese Inselnetze mit Gleich- oder Wechselstrom betrieben werden. In Deutschland und Mitteleuropa sind solche Systeme beispielsweise in Gartenlauben ohne Stromanschluss interessant. In Ländern mit schlecht ausgebauten Stromnetzen aber sind Insellösungen vor allem bei der Elektrifizierung netzferner, entlegener Gebiete stark nachgefragt.

Hier kann es nur so zum Aufbau einer zukunftssicheren und flexiblen Stromversorgung kommen. Wie Rüdiger Braun aus Nauroth in diesem Zusammenhang erklärte können die von ihm angebotene Inselwechselrichter und Systemmanager zu einer autarken Energieversorgung ausgebaut werden.

Fehlende Genehmigungspraxis

Wer hierzulande Kleinwindanlagen plant, bekommt es als erstes mit einer uneinheitlichen Genehmigungspraxis zu tun. Die Bundesländer haben keine gemeinsame Regelung gefunden und in den örtlichen Baubehörden betreten Antragsteller häufig Neuland.

Erschwert wird die amtliche Prüfung durch fehlende Qualitätsstandards der Anlagen. Es war deshalb von unzulänglichen Genehmigungsverfahren die Rede, die aber dringend erforderlich sind, wenn kleine Windkraftanlagen eine Marktchance bekommen sollen.

In diesem Zusammenhang wird sehr stark der Entwurf eines pragmatischen Leitfadens diskutiert. Dieser wird zum Beispiel von kommunalen Entscheidungsträgern immer wieder gefordert. Darin müssten dann Hinweise und Kriterien zur Zulässigkeit von kleinen WKA stehen.

Die Anlagenhersteller fordern ohnehin eine Freistellung von Baugenehmigungen von Anlagen bis zu einer Höhe von 10 oder 15 Meter. Die Genehmigung sollte durch eine Bauanzeige und nicht durch eine Baugenehmigung erteilt werden können.

Außerdem werden klare Regelungen gefordert, bis zu welcher Leistung KWEA ohne weiteres ans Hausnetz angeschlossen werden können, ohne dass eine Genehmigung vom EVU eingeholt werden muss. In diesem Zusammenhang wurde von einem großen Energieversorger berichtet, dessen Mitarbeiter eigenmächtig kleine Windkraftanlagen abgeschaltet und vom Netz genommen haben sollen.

Deshalb die Forderung, dass die Eigennutzung vom selbst hergestellten Strom wie bei der Photovoltaik bevorzugt wird, wie es in der EEG-Novelle vorgesehen ist. Um jedoch ein Mindestmaß an Qualität und Betriebssicherheit zu gewährleisten, müssen die Anlagen auch allgemein anerkannte Richtlinien erfüllen.

Großbritannien hat hier ein im Prinzip beispielhaftes vereinfachtes Zertifizierungsverfahren vorgelegt. Dieses fordert zum Beispiel einen Performance-Test, eine definierte Schallmessung, einen Sicherheitstest und ganz wichtig auch einen der die Dauerhaftigkeit der Anlagen überprüft und belegt.

Der Bundesverband  Kleinwindanlagen setzt sich zudem für eine einheitliche Vermessung der Leistungskurve ein. In dieser soll zwischen den Windgeschwindigkeiten vier Meter pro Sekunde und sieben Meter pro Sekunde die Leistung alle 0,1 Meter pro Sekunde angegeben. Damit können Erträge bei vorhandenen Windmessdaten an einem Standort gut vorhergesagt werden.

Großstädte als Standort für kleine WKA?

Ob sich innerstädtische Bereiche als Standort für den Einsatz kleiner Windkraftanlagen eignen ist eine Frage die nicht aus der hohlen Hand beantwortet werden kann. An der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (HTW) wurde deshalb ein Forschungsprojekt initiiert, um die Möglichkeiten der innerstädtischen Winkkraftnutzung zu erkunden.

Es soll getestet werden, was Kleinwindkraftanlagen überhaupt bringen können. Vorrangiges Ziel soll dabei nicht sein, Strom ins Netz einzuspeisen, sondern den Eigenbedarf eines Hauses zu decken. Projektleiter ist Professor Joachim Twele von der HTW.

Twele beschäftigt sich schon seit 1981 mit der Windenergie. Von 2000 bis 2004 leitete er das Berliner Büro des Bundesverbandes Windenergie. Seit fünf Jahren forscht und lehrt er an der HTW im Studiengang Umwelttechnik/Regenerative Energien.

Eines wissen die Wissenschaftler schon jetzt: „Das Windangebot im Stadtgebiet ist lange nicht so gut wie auf dem Land“, so Professor Twele. „Auf dem freien Land ist die Strömung direkt am Boden fast Null. Aber bekanntlich steigt die Windgeschwindigkeit mit zunehmender Höhe.

In 100 Metern liegt die Strömung bereits bei 75 Prozent, in 250 Meter Höhe bei 100 Prozent, also bei der vollen Windkraft.“ In der Stadt dagegen erreicht man diese Werte allerdings erst in größeren Höhen. „Bei 275 Metern kommt man auf 75 Prozent der Windströmung und erst in etwa 500 Metern Höhe werden 100 Prozent erreicht“, erläutert Twele. Etwas günstiger sieht es am Stadtrand aus.

Dort werden die 75 Prozent bei etwa 200 Metern erreicht und die volle Windkraft bei 400 Metern. Fraglich ist nur, welche Windgeschwindigkeiten überhaupt in Berlin erreicht werden. „Dafür fehlen uns die Daten. Bislang können wir lediglich auf Zahlen aus meteorologischer Sicht zurückgreifen“, sagt Twele.

Demnach beträgt die Windgeschwindigkeit zum Beispiel an der meteorologischen Messstation in Tempelhof im Durchschnitt 3,6 Meter pro Sekunde, an der in Schöneberg 2,8 Meter pro Sekunde, an der in Potsdam 4,2 Meter pro Sekunde. Eine Aussage für eine generelle Annahme der Windgeschwindigkeiten in Berlin lässt sich damit jedoch nicht treffen. „Wir haben starke Turbulenzen in der Stadt.

Der Grund sind die vielen Hindernisse, die der Wind auf seinem Weg hat“, sagt Twele. Deshalb kann es von einem Messpunkt zum anderen sehr unterschiedliche Windgeschwindigkeiten geben. Genaue Daten braucht Twele allerdings. Zum einen, um zu sagen, welches Potenzial die Kleinwindkraftanlagen in Berlin haben und zum anderen sind die Windgeschwindigkeiten auch maßgeblich für die Berechnung der Lasten, die auf die Dächer wirken.

Um die Windverhältnisse zu studieren haben Twele und seine Mitarbeiter deshalb an fünf Standpunkten in der Stadt Kleinwindkrafträder installiert. Die Höhe der Anlagen reicht dabei von 14 bis zu 68 Metern. Entscheidend in der Stadt ist allerdings nicht die Höhe, sondern die Gebäude-Umströmung, denn die Turbulenz spielt für die Leistung eine enorme Rolle. Anders ist in der Stadt oft auch die Form der Kleinwindkrafträder.

So ist eine Anlage etwa zwei Meter hoch, ebenso breit und besteht aus drei senkrecht stehenden an Metallarmen befestigten Rotorblättern, die sich um eine senkrecht stehende Achse drehen. „Diese vertikalen Windräder sind besser für den turbulenten Wind in der Stadt geeignet, denn sie drehen sich immer, egal woher der Wind weht. Außerdem laufen sie ruhiger und geräuscharmer“, erklärt Twele.

Speicherung der Windenergie

Was aber, wenn kein Wind weht oder mehr als man verbrauchen kann? „Wenn mehr Wind weht, soll die Energie in Batterien gespeichert werden für Zeiten, in denen weniger Wind weht.

Eine relativ neue Vision für die Speicherung nennt Dr. Gerd Stadermann, der Geschäftsführer des Forschungsverbundes Erneuerbare Energien: „Aus Strom und Wasser kann man durch Elektrolyse Wasserstoff erzeugen.

Aber nicht der Wasserstoff soll nach dem neuen Konzept gespeichert werden, sondern es gibt eine neue Überlegung, aus Wasserstoff Methan zu machen“, sagt Stadermann. „Dafür verbindet man den Wasserstoff mit Kohlenstoffatomen aus dem CO2, das ohnehin zu viel in der Luft ist.

Daraus entsteht CH4, also Methan, was nichts anderes ist als Erdgas. Für die Speicherung könnte man deshalb das schon vorhandene Erdgasnetz nutzen“, erklärt Stadermann. Das Methan lässt sich dann wiederum vielfach einsetzen: zum Heizen oder um Fahrzeuge damit zu betreiben.

Und durch einen weiteren Schritt lässt sich das Methan wieder in Strom zurückverwandeln. Der Wirkungsgrad für die Stromproduktion liegt bei 30 bis 35 Prozent. Das klingt erst mal schlecht. Ist aber besser, als 100 Prozent der überschüssigen Energie zu verlieren.

Zwei Kleinwindanlagen mitten in Essen

Der Stromanbieter RWE hat in Essen schon vor einiger Zeit zwei Kleinwindanlagen in Betrieb genommen. Dies seien die ersten Windanlagen dieser Art in Deutschland, so RWE Innogy. Mit dem Projekt wolle der Konzern zeigen, dass Windenergie auch in Ballungsräumen nutzbar ist.

Die Anlagen des Londoner Unternehmens Quiet Revolution stehen auf dem Dach des Essener Technologie- und Entwicklungs-Centrums (ETEC). RWE Innogy hält eine Minderheitsbeteiligung an Quiet Revolution. Ziel ist es, die Turbinen in die Serienproduktion zu überführen und kommerziell nutzbar zu machen.

„Mit dieser Pilotanlage können wir zeigen, dass die Technologie auch in Ballungsräumen funktioniert“, sagte der Vorsitzende der Geschäftsführung von RWE Innogy, Fritz Vahrenholt. Um das Marktpotenzial in Deutschland voll zu erschließen, sollten die Kleinstwindanlagen in die Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) aufgenommen werden, so der Experte.

Mit einer Förderung von rund 20 Cent je erzeugter Kilowattstunde könnten die Anlagen dann wirtschaftlich betrieben werden, betonte Vahrenholt. Mit dieser Aussage kommt er der Forderung der beteiligten Verbände schon sehr nahe. Und beide Seiten stehen nicht immer in dem Ruf sich einig zu sein. An diesem Punkt aber sind sie es. Vielleicht bringt das ja frischen Wind.