Nachhaltigkeit , Wissen

10.03.22

Der Wind, der Wind, das himmlische Kind

Die Windkraftnutzung ist eine Schlüsseltechnologie in der Energiewende. Um sie herum ist eine riesige Industrie entstanden. Doch die Schweiz fremdelt mit der Technologie und ist auch im Geschäft mit den Anlagen kaum präsent.
Alamy / Gettyimage
Der Windpark von Gries im Obergoms ist eine der wenigen Windenergieanlagen in der Schweiz – obwohl es viele gute Standorte gäbe.

Männer mit weissen Helmen, Maschinen gross wie Häuser, umlaufende Balkone über mehrere Etagen für Unterhalt und Bedienung – das kennt man doch. Es ist das Bild der grossen Diesel­motoren aus Winterthur. Doch hier geht es nicht um Schiffs­diesel­motoren. So sehen heute die Maschinen­häuser grosser Windkraft­anlagen aus – jene kleinen Kisten, die zuoberst auf einem Mast sitzen und an denen das Windrad befestigt ist. Nur sind die kleinen Kisten mittlerweile gross wie Mehr­familien­häuser. Die Masten, auf denen sie stehen, ragen je nach Standort mehr als 200 Meter in den Himmel. Das ist die neuste Generation der Offshore-­Wind­turbinen von Siemens Gamesa. Die Maschinen haben eine Leistung von 14 Megawatt, die Rotoren einen Durchmesser von 222 Metern, ein einziges Blatt ist 108 Meter lang, mehr als doppelt so lang wie selbst die Flügel der grössten Flugzeuge.

 

2026 wird Wind die wichtigste Stromquelle in der EU sein Beim Windstrom rührt Europa mit immer grösserer Kelle an – auch wenn in Deutschland in den letzten Jahren der CDU-Regierung heftig gebremst wurde. Mit der neuen deutschen Regierung dürfte nun aber wieder Schwung in die Windbranche kommen. Und alle anderen europäischen Länder machen vorwärts, einschliesslich der Briten.Vor allem in den Benelux­ländern und in Skandinavien hat Windenergie höchste Priorität. Schon 2026 dürfte Windkraft in der EU die wichtigste Quelle für Elek­trizität sein. Wind- und Sonnen­energie ergänzen sich ideal, weil Wind­anlagen den grösseren Teil des Stroms im Win­ter sowie sehr viel nachts liefern. Die langen Küsten­linien im Norden und im Nordwesten Europas haben zuverlässi­ge thermische Winde mit auflandigem Wind tagsüber und ablandigem nachts. Damit lässt sich bei Standard­wetter­lagen die Strom­produktion sehr genau planen. Diese Planung erstreckt sich mittlerweile über den ganzen Kontinent. Die dänische Softwarefirma Scada Inter­national schliesst die Steuerungs­systeme von Windparks auch über grössere Regionen und von unter­schiedlichen Be­treibern elektronisch zusammen. Damit kann je nach Wetterlage und Stromnetz­­auslastung die Windstrom­produktion so koordiniert werden, dass möglichst wenig thermische Kraftwerke am Netz sind und die Erträge optimiert werden können. Damit kann Windenergie einen grossen Teil des Bandstroms produzie­ren, der bisher vor allem aus thermischen Kraftwerken mit Kohle und Kern­spal­tung kam.

 

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Windenergie gilt als sogenannt «enkeltauglich»: Sie hinterlässt den Enkeln eine bessere Welt als Kohle oder Nuklearenergie.

 

Die Schweiz hinkt hinterher
Davon, dass die Windanlagen an der Küste und im Meer vom Grossen ins Gigantische gewachsen sind, spürt man in der Schweiz wenig. Die installierte Leistung der Windenergieanlagen lag hierzulande Ende 2020 bei 87 Megawatt, was schon von einem einzigen der vie­len Fluss­kraftwerke am Rhein erreicht wird. In Österreich betrug die installierte Leistung zum gleichen Zeitpunkt 3159 Megawatt. Offensichtlich gibt es auch in alpinen Gegenden gute Standorte für Wind­energie. Österreich hat – mit ähnli­cher Topografie, aber viel ambitionierte­rem Windkurs – am 13. Mai 2021 rund 51 Prozent seines Strom­bedarfs mit Wind­energie gedeckt und an einem einzigen Tag so viel Windstrom erzeugt wie die Schweiz in einem ganzen Jahr. Die idealen Standorte liegen nicht zwin­gend in den Hochalpen. Es sind die windi­gen Kreten der Jurahöhen, die sich in der Schweiz für die Windstrom­erzeugung anbieten. Dies hat zudem den Vorteil, dass sie sehr nahe an grossen Agglomeratio­nen liegen. Aber auch die weiten Ebenen des Berner Seelands sind geeignet. Viele der heute für diese Region typischen, sich kilometerlang durchs Land ziehenden hohen Baumreihen wurden im Rahmen der Juragewässer­korrektion gepflanzt. Sie sollten das Land vor Wind­erosion schützen. Entlang dieser Baumreihen könnten auch Windräder stehen.

 

Hochalpen eher ungeeignet
Dagegen wachsen in den Hochalpen die technischen Schwierigkeiten in den Himmel. An den Alpenkämmen sind die Böen oft so stark und die Temperaturen so tief, dass sich viele Hersteller gar nicht erst die Mühe machen, ihre Maschinen für solche Bedingungen auszulegen. Für den 2020 in Betrieb gegangenen Windpark am Gotthard erfüllten nur die Maschinen eines einzigen Herstellers die Anforderungen an die Widerstands­fähigkeit gegenüber Extremwetter. Eine weitere Einschränkung ist, dass es in den Alpen nur wenige mögliche Standorte gibt. Benötigt wird eine schwerlast­taugliche Zufahrt. Selbst gut ausgebaute Passstrassen haben da ihre Limiten. Von den fünf Turbinen auf dem Gotthard hat jede eine Leistung von 2,35 Megawatt. So kleine Maschinchen werden an der Küste bereits wieder abgerissen und durch grössere ersetzt. Die Gotthard-Planer hatten sich 3-Megawatt-Maschinen gewünscht. Doch eine Lawinengalerie auf der Zufahrt war für die grösseren Maschinen­häuser zehn Zentimeter zu niedrig. Die einzige Stelle in den Hochalpen, wo ein Bau möglich sein könnte, ist die Passhöhe des Lukmaniers. Doch dort dürfte ein Windpark aufgrund der weiträumigen Schutzgebiete nicht infrage kommen. Deshalb produzieren Windparks, die Schweizer Strom­versorgern gehören, in ganz Europa ein Vielfaches des Windstroms, der in der Schweiz selbst erzeugt wird. Doch das ist nur weiterhin sinnvoll und kommerziell interessant, wenn die Schweiz mit der EU ein Strom­abkommen zustande bringt.

 

Die Windbranche ist längst aus der «Wildwestzeit» herausgewachsen, als Kletterer am Seil hängend die Rotorblätter von Auge nach Schäden absuchten.

 

Der digitale Zwilling des Windrads
Und so hinkt die Schweiz nicht nur beim Bau von Windparks hinterher, sondern auch bei vielen mit Windenergie zusammen­hängenden Technologien. Denn die Windbranche ist längst aus der «Wildwestzeit» herausgewachsen, als Kletterer am Seil hängend die Rotorblätter von Auge nach Schäden absuchten. Heute tastet ein Rahmen mit Ultraschall­sensoren das Blatt ab und erstellt gleichzeitig einen digitalen Zwilling, auf dem jede Beschädigung vermerkt ist und mit dem auch die Progression allfälliger Schwach­stellen verfolgt werden kann. Für den Unterhalt von Offshore-Anlagen werden neue Schiffstypen entwickelt, die auf zwei computer­gesteuerten, hydraulisch beweglichen Rümpfen schwimmen. Damit gleichen sie Wellen­bewegungen aus, können stabil an Offshore-Windrädern anlegen und sparen sehr viele Helikopterflüge. Selbst für netzunabhängige Strom­versorgungen gibt es neue Systeme. Die Windgeneratoren der Firma SkySails Power sollen grosse, transportable Diesel­generatoren ersetzen. Der Clou des Systems ist ein Drachen so gross wie ein Gleitschirm, der an einem Seil genau definierte Bewegungen fliegt und damit einen Generator antreibt. Die Anlage kann auf Baustellen oder Orten ohne Netzanschluss sehr schnell sehr viel Strom erzeugen und ist in kürzester Zeit auf- und wieder abgebaut.

 

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Menschen und Baumaschinen wirken verschwindend klein neben den gigantischen Windenergieanlagen in den Niederlanden.

 

Die Firmen lassen prüfen
Der dänische Hersteller für Prüfstände R&D hat für das Testzentrum Lorc einen riesigen Prüfstand gebaut. Dort können verschiedene Hersteller ihre neuen Maschinen auf Schwachstellen abklopfen, bevor sie in der tosenden Nordsee installiert werden. Auch die über hundert Meter langen Turbinenblätter werden bei den Prüfunternehmen auf Biegen oder Brechen getestet. Damit weiss man schon vor der Installation eines neuen Blatts, ab wie vielen Betriebs­stunden mit Schäden zu rechnen ist – eine Praxis, die sehr eng an die Flugzeug­industrie angelehnt ist. Solche Tests sind besonders wichtig, wenn die gegenwärtig verwendeten, extrem widerstandsfähigen, aber schwierig zu rezyklierenden Kunststoffe gegen solche ausgetauscht werden, die nach dem Abbruch der Anlage mit einem neuen Verfahren des deutschen Chemiekonzerns BASF wieder zu hochwerti­gem Rohstoff für neue Windanlagen werden, wie das im Moment bei den neuen 14-Megawatt-Maschinen von Siemens Gamesa geschieht.

Von den rund 65 Tonnen, die eines von drei Blättern der grössten Windanlagen wiegt, sind 43 Tonnen Fasern und 22 Tonnen Harz – flüssiger Kunststoff, der in beheizte, mit Glasfaser­matten ausgelegte Formen gespritzt wird und zum fertigen Rotorblatt aushärtet. Abgefüllt in Fässern und Zisternenwagen der Bahn – ein Bahnwagen reicht für zwei Rotorblätter –, kommt dieser Kunststoff für viele Anlagen aus den Chemiefabriken im Unterwallis; einer der wenigen Schweizer Beiträge. Doch nicht nur der Kapazitäts­aufbau bei der Windenergie findet oft ohne die Schweiz statt, sondern auch ein Grossteil des technologischen Fortschritts. Maschinenhäuser so gross wie Mehrfamilien­häuser kann sich bei uns niemand vorstellen – erst recht nicht, dass man sie auch hier bauen und entwickeln könnte, weitab vom Meer, wie die Schiffsdiesel­motoren für die grössten Containerschiffe der Welt.

 

Wind macht Bandenergie
Die ganzjährig gut planbare Verfügbarkeit von Windstrom macht Windenergie zu einem idealen Bandstrom­produzenten – ein Bereich, der bisher vor allem Kohle- und Kernkraft­werken vorbehalten war. Die Effizienz von Wind als Bandenergie lässt sich mit einem einfachen Trick massiv steigern: mit einer Änderung der Tarifstruktur der Strompreise. Der heutige teure Tag- und billige Nacht- und Wochenend­strom ist veraltet. In einer modernen Stromwelt müsste der Strom über Mittag billig und morgens und abends deutlich teurer sein. Dann würden Boiler und Wärme­pumpen vor allem tagsüber laufen, wenn mehr Solar­strom zur Verfügung steht. Zudem benötigen Luft-Wasser-­Wärmepumpen und Wärmepumpen­boiler bei höheren Luftt­emperaturen – also mittags – weniger Strom. Deshalb ist es nicht sinnvoll, diese Geräte nachts laufen zu lassen, nur weil dann der Strom billiger ist.

 


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