Viel Wind - weniger Energie?

Der Wind scheint unerschöpflich zu wehen, daher schossen in den vergangenen zwei Jahrzehnten immer mehr und größere spargelähnliche Türme mit riesigen Rotorblättern aus Erd- und Meeresböden. Weltweit wurden 2014 drei Prozent Strom durch Windkraft an Land und Offshore erzeugt. Deutschland nutzt gut neun Prozent Windkraft zur Stromgewinnung. So geht es zumindest aus dem Windenergie-Report des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) hervor.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena haben nun allerdings gemeinsam mit Experten aus den USA und Frankreich errechnet, dass dem Windenergiepotenzial Grenzen gesetzt sind. Mit anderen Worten: Die Nutzung von Wind als Energiequelle für die Stromproduktion ist weniger effektiv als angenommen. Während Studien bisher davon ausgingen, bis zu sieben Watt pro Quadratmeter produzieren zu können, kamen die Forscher aus Jena bei ihren Untersuchungen auf lediglich gut ein Watt pro Quadratmeter. Die ursprünglichen Daten basieren allein auf Windgeschwindigkeiten.Über ihre Ergebnisse berichten sie in den "Proceedings" der US-nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS).

Berechnung komplexer als angenommen

"Je mehr Windräder ich installiere, umso weniger Strom produziert eine einzelne Turbine", erläuterte Forschungsgruppenleiter Axel Kleidon der Deutschen Presse-Agentur. Seinen Angaben zufolge tritt eine Sättigung bei gut einem Watt pro Quadratmeter ein. "Je größer ein Windpark, desto wichtiger ist es, auch andere Effekte zu berücksichtigen", so Kleidon. Beispielsweise werde der Wind durch Windräder ausgebremst. Ferner müsse berücksichtigt werden, ob die Atmosphäre Nachschub an Windenergie bereitstelle.

Für ihre Messungen haben die Wissenschaftler die Verhältnisse der 100.000 Quadratkilometer großen und windreichen Region im US-Staat Kansas simuliert. Sie fanden heraus, dass maximal 26 Prozent der natürlichen Windenergie zur Stromgewinnung genutzt werden können, wobei der Wind durch die Anlage um 40 Prozent seines natürlichen Wertes verringert wird. Die Angaben seien, so Kleidon, auch auf andere Regionen übertragbar.

Ähnliche Effekte haben sich bei Untersuchungen von Windparks auf hoher See ergeben, an der die Wissenschaftler gerade arbeiten.

Die Grenzen der Windenergie

Auch nicht jede Fläche kann als Windenergiequelle genutzt werden. Das Umweltbundesamt hat die Gebiete, die in Deutschland zur Windenergie-Produktion genutzt werden können, auf 14 Prozent beziffert. Das entspricht 49.400 Quadratkilometern. Andere Regionen sind besiedelt oder als Schutzgebiete ausgezeichnet.

Übertragen auf die Fläche Deutschlands ließe sich nach den neuesten Erkenntnissen ein Maximalwert von gut 357 Gigawatt Strom durch Windanlagen gewinnen. Zuletzt lag die eingespeiste Leistung laut Kleidon bei etwa sechs Prozent davon.

Weitere Herausforderungen sind die fluktuierenden Einspeisungen und die Konzentration der Windenergie im Norden Deutschlands, die einer strukturellen Anpassung des gesamten Energieversorgungssystems bedarf - inklusive Netzausbau, Schaffung von Speicherkapazitäten und komplementären Kraftwerken.

kj/wa (dpa)