Die Ressource Wind könnte schneller und effektiver zum Meistern der Energiewende beitragen, wenn die Windenergieanlagen nicht nur die unteren Bereiche der Prandtl- und Ekman-Schicht zur Energiewandlung nutzen. Stattdessen sollten wir die unteren troposphärischen Schichten – also die Höhen ab 200 Metern – bei der Windernte berücksichtigen. Der Meteorologe Stefan Emeis vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung in Garmisch-Partenkirchen hatte bereits in Ausgabe 11/2013 von ERNEUERBARE ENERGIEN die deutschen Ingenieure aufgefordert, den Wind in größeren Höhen zu nutzen.
Viele Volllaststunden
Die im Wind enthaltene Energie hängt wesentlich von seiner Geschwindigkeit ab und geht in der dritten Potenz ein. Das heißt, 6 Meter pro Sekunde in 100 Meter Höhe ergeben 6 mal 6 mal 6 gleich 216. 9 Meter pro Sekunde in 200 Meter Höhe ergeben 9 mal 9 mal 9 gleich 729; das ist das 3,2-Fache. Zusätzlich steigt mit größerer Nabenhöhe die Volllast-Betriebsstundenzahl pro Jahr zum Beispiel von 2.000 Stunden in 100 Meter Höhe auf rund 4.500 Stunden in 200 Meter Höhe auf das 2,25-Fache. Durch die Nabenhöhe in 200 Meter kann der Energieertrag gegenüber der Nabenhöhe von 100 Meter in diesem Beispiel auf das 7,2-Fache steigen. Dahinter steht die Rechnung 2,25 mal 3,2 gleich 7,2.
Die richtigen Ansätze zur Berechnung und Auslegung der Maschinen, Blätter, Türme und anderer Bauteile für den Höhenwindeinsatz müssen noch ergründet werden. Nachgedacht werden muss auch über Sicherheits-, Arbeitsschutz- und Servicefragen in 250 bis 300 Meter Höhe. Fest steht: Die gegenwärtig verfügbaren Antriebe von fünf bis acht Megawatt Leistung empfehlen sich durchaus für Nabenhöhen von 250 bis 300 Meter, wobei die untere Blattspitze stets oberhalb von 200 Meter ist. Bezüglich der Rotorblätter wird bereits über das 100-Meter-Blatt nachgedacht. Für die Windenergie im Binnenland werden Transportfragen zu Konsequenzen führen: Geteilte Blätter oder die Anwendung des Halbflüglers nach Horst Crome, Professor an der Hochschule Bremen, würden eventuell Landtransporte ermöglichen.
Die doppelte Nabenhöhe im Vergleich zum heutigen Standard ist für den Turmbau eine besondere Herausforderung. Das gelingt nicht mit vertretbaren Kosten und Materialeinsatz, wenn nur die bekannten Modelle vergrößert werden. Stattdessen wird eine neue Turmstruktur benötigt, die wegführt von den immensen Biegebeanspruchungen. Außer der Herstellung geeigneter Türme stehen auch Fragen der Montage und Ausstattung dieser Türme in ihrer Nabenhöhe unter vertretbarem finanziellen und zeitlichen Aufwand an. Ein Lösungskonzept zur Eigenmontage des Turms mit der Möglichkeit, dass das Eigenhebezeug zuletzt obenauf montiert wird und von dort aus allseitig die Servicefragen löst, könnte ein verheißungsvoller Weg werden. Es wird damit deutlich, dass kreative, innovative Arbeit der Techniker gefragt ist.
Frage der Akzeptanz
Die Erschließung des Höhenwindes bis 400 Meter mit Nabenhöhen von 250 bis 300 Meter für Rotorantriebsleistungen von fünf bis zehn Megawatt würde zu wirtschaftlich interessanten Erträgen führen. Viele aktuelle Fragen zur Akzeptanz in der Bevölkerung, zur oft kritisierten „Verspargelung“ der Landschaft, zu Schäden für Tier und Umwelt würden in ein völlig neues Licht gesetzt, insbesondere weil damit die Anzahl der Standorte dezimiert werden könnte. Eine neue Standortpolitik würde dazu führen, dass wir Windstrom dort erzeugen, wo er gebraucht wird. Ein Beispiel dafür ist das BMW-Werk Leipzig. 2013 wurden vier Nordex-Windenergieanlagen mit zehn Megawatt auf dem Werksgelände in Betrieb genommen.
Ein erster Schritt zur Realisierung der Höhenwind-Vision müsste die Ausarbeitung notwendiger Voraussetzungen für die Genehmigung eines Pilotprojekts mit doppelter Bauhöhe sein. Breiter Konsens zwischen den Prüfexperten bei allen sicherheitsrelevanten Fragen, Radar, Funk, Lasertechnik und andere wäre dabei wichtig. So könnte mit politischer Unterstützung und durch den gemeinsamen Willen der beteiligten Partner aus Industrie, zahlungskräftigen Investoren und Betreibern diese höhere Stufe der Windenergie im Binnenland eine Chance bekommen.
Dieser Artikel von Professor Horst Bendix ist in der Printausgabe von ERNEUERBARE ENERGIEN von Februar 2015 erschienen. Gefällt er Ihnen? Holen Sie sich jetzt ein kostenloses Probeabo unseres Magazins.
