Windenergie: 4 Probleme, die es zu lösen gilt

Alle paar Jahre treffen sich Expertinnen und Experten aus aller Welt, um die größten Herausforderungen für die Windenergie zu diskutieren. Abhängig davon, ob Lösungen darauf gefunden werden, blüht der Windkraft eine mehr oder weniger rosige Zukunft. Die wichtigsten Problembereiche werden die "Grand Challenges" genannt. Wie man sie bewältigen könnte, darüber wurde zuletzt auch beim Austrian Wind Energy Symposium in Wien gesprochen.

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1: Windströmungen besser verstehen

Die Atmosphäre ist der wohl wichtigste Bereich. Das Verhalten des Windes wird trotz intensiver Forschung, fortschrittlicher Sensorik und Satellitendaten immer noch nicht vollständig verstanden. "Windkraftanlagen werden immer größer und kommen in Höhen, wo sich die Atmosphäre anders verhält", sagt Stefan Barth vom deutschen Windenergieforschungszentrum ForWind. "Die Windrichtungen können mit zunehmender Höhe um bis zu 90 Grad voneinander abweichen."

Windkraftanlagen stehen außerdem selten allein. In Windparks beeinflussen sie sich gegenseitig. Je nach Windrichtung könnten Windräder in der ersten Reihe etwa viel Wind abbekommen und mit maximaler Leistung Strom produzieren, während es dahinter sogenannte Abschattungsverluste gibt. Wind wird dabei so verwirbelt, dass Anlagen weniger effizient arbeiten. Laut Martin Kühn von ForWind sei es notwendig, Windparks künftig als ein System zu betrachten. Windräder an der "Front" könnten etwa leicht zur Seite gedreht werden, um den nachfolgenden Reihen eine bessere Windströmung zu verschaffen.

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Windprognosen mit Lidar

Um die Strömung des Windes besser zu verstehen, sei weitere Forschung notwendig, aber auch die Anwendung neuer Sensoren. Lidar-Geräte, die Infrarotlicht in den Himmel schicken, das von winzigen Wasser- und Staubpartikeln reflektiert wird, könnten laut Kühn bis zu 15 Kilometer weit in den Wind blicken und eine vorausschauende Steuerung ermöglichen.

2: Produktzyklen wieder länger machen

Der Betrieb der Windturbinen ist eine weitere große Herausforderung. Früher wurden Windräder darauf ausgelegt, möglichst viel Leistung bei hohen Windgeschwindigkeiten zu erbringen. Das hat dazu geführt, dass bei viel Wind viel Windstrom erzeugt wurde, der dann am Markt massenhaft verfügbar und dementsprechend günstig war. Momentan steigt die Rotorgröße im Verhältnis zur Generatorleistung. Dadurch kann auch bei schwächerem Wind gleichmäßig Strom erzeugt werden. Künstliche Intelligenz kann in immer stärkerem Ausmaß den Betrieb an individuellen Standorten für jedes Windrad optimieren.

Heute findet in der Windkraft eine wahre Rekordjagd statt. Chinesische Hersteller sind die Zugpferde bei der Vorstellung immer höherer und leistungsstärkerer Windturbinen. Produktzyklen werden immer kürzer, was für alle Hersteller enormen Druck erzeuge. Laut den ForWind-Forschern könne es zu Problemen kommen, wenn Komponenten immer stärkeren Belastungen ausgesetzt sind. Sie plädieren dafür, innezuhalten und bei gleichbleibender Größe an der Optimierung von Bauteilen zu arbeiten. Dafür notwendig sei aber eine Allianz von Herstellern, etwa innerhalb Europas.

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3: Speichermöglichkeiten schaffen

Eine dritte "Grand Challenge" ist das Zusammenspiel von Windenergie und dem gesamten Energienetz. In Zukunft müsse laut Kühn eine bessere Abstimmung von unterschiedlichen Stromerzeugern und Verbrauchern stattfinden, um verfügbare Kapazitäten zu nutzen. Eine wichtige Rolle dabei spielen Speicher, allen voran Wasserstoff. In Gas umgewandelt, könne Strom langfristig gespeichert werden, man könne es aber auch direkt stofflich nutzen. Wasserstoff könnte etwa Erdgas und Erdöl in der Industrie oder in bestimmten Mobilitätsbereichen (Schwertransport, Schifffahrt) ersetzen. Für die kurzfristige Speicherung erhielten aber auch Batterien eine größere Bedeutung.

4: Einsatzdauer und Wiederverwertbarkeit steigern

Für die Zukunft der Windkraft gebe es eine Reihe neuartiger Konzepte, etwa Windräder mit vertikaler Achse, wie Flugdrachen fliegende Windkraftwerke oder vibrierende Anlagen ganz ohne Rotor. In bestimmten Nischen, etwa bei der Versorgung von Siedlungen weit weg von Stromnetzen, hätten solche Technologien durchaus eine Zukunft. Bei der Stromerzeugung in großem Stil seien Windräder mit 3 Rotorblättern und horizontaler Achse aber unübertroffen effizient und langlebig.

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"Ein Auto ist auf mehrere Tausend Betriebsstunden ausgelegt, eine Windkraftanlage macht das in einem halben Jahr, muss aber über 20 Jahre lang Strom erzeugen", sagt Kühn. Auch wenn Anlagen bereits auf eine lange Einsatzdauer ausgelegt sind, gibt es ständige Verbesserungen, etwa neue Generatordesigns,  neue Formen von Kugellagern oder noch besser recycelbare Materialien.