148 - Kompetenzzentrum Naturschutz und Energiewende 148 - Kompetenzzentrum Naturschutz und Energiewende

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Veröffentlicht
16.05.2018
Schlagworte
  • Windenergie

Frage

Innerhalb welcher Zeiträume amortisieren sich Windenergieanlagen? Nach wieviel Jahren ist der Energieertrag einer Anlage gleich der Energie, die zur Anlagen-Herstellung aufgewendet werden musste?

 

 

!Antwort

Zur energetischen Amortisation und Ökobilanzen gibt es mittlerweile einige Studien. Durch die stetige Weiterentwicklung der Leistungs- und Größendimensionen von Windenergieanlagen (WEA) bilden die meisten jedoch nicht mehr den aktuellen Stand der Technik ab. Aktuelle WEA weisen eine größere Dimensionierung hinsichtlich Fundament, Turmhöhe, Rotordurchmesser, Antriebsstrang und Generator auf, als die in den Studien zugrunde liegenden. Dadurch ist bei modernen Windenergieanlagen zwar einerseits von einem höheren Energieaufwand für Herstellung, Aufbau, Rückbau und Recycling auszugehen, anderseits stehen diesem jedoch deutlich höhere Jahresenergieerträge gegenüber. Dennoch soll nachfolgend chronologisch auf die uns bekannten seit 2004 publizierten Studien und deren Ergebnisse eingegangen werden.

Vorweg geschickt sei noch, dass in keiner der Studien mit der in Ihrer Frage angesprochenen 100-prozentigen Anlagen-Auslastung gerechnet wird. Vielmehr werden entweder durchschnittliche jährliche Volllast-Stundenzahlen angenommen oder verschiedene Szenarien mit unterschiedlichen Auslastungen berechnet. Wenn nicht anders angegeben, liegt den Berechnungen eine angenommene Gesamtbetriebslaufzeit von zwanzig Jahren zugrunde.

Eine sehr umfangreiche Studie zu den verschiedenen Energiebedarfen für die Herstellung einer Windenergieanlage stammt bereits aus dem Jahr 2004. Darin wurden Lebenszyklusanalysen ausgewählter zukünftiger Stromerzeugungstechniken angestellt und daher mit einer Vielzahl von Annahmen gearbeitet. Für Offshore-Windenergieanlagen wurde unter Annahme von 4.400 jährlichen Volllaststunden eine Amortisationszeit von vier bis sechs Monaten ermittelt. (IER et al. 2004, S.182)

Die Agentur für Erneuerbare Energien (AEE) gab 2009 an, dass sich WEA je nach Standort, Volllaststunden und installierter Leistung in drei bis zwölf Monaten energetisch amortisieren (AEE 2009).

Guezuraga et al. (2012) untersuchten in einer Studie je ein Onshore-WEA-Modell mit Getriebe (Nennleistung: 2 Megawatt, Rotordurchmesser: 90 Meter, Nabenhöhe: 108 Meter) und ein getriebeloses Modell (Nennleistung: 1,8 Megawatt Rotordurchmesser: 70 Meter, Nabenhöhe: 65 Meter). Die ermittelte energetische Amortisationszeit lag bei jeweils knapp über sieben Monaten.

Haapala und Prempreeda (2014) untersuchten ebenfalls zwei unterschiedliche Onshore-WEA-Modelle mit 2 Megawatt Nennleistung (Rotordurchmesser: 80 Meter, Nabenhöhe: 78 Meter). Sie kamen auf eine energetische Amortisationszeit von 5,2 bis 6,4 Monaten.

Darüber hinaus gibt es wenige Angaben von WEA-Herstellern beziehungsweise Quellen, in denen Hersteller-Angaben diskutiert werden: So wurden beispielsweise für getriebelose Onshore-Anlagen vom Typ Enercon E-82 mit einer Nennleistung von 2,3 Megawatt und knapp 100 Meter Nabenhöhe und 82 Meter Rodordurchmesser wurden vom Hersteller je nach Standort 4,7 bis 6,8 Monate errechnet (vgl. VDI-Nachrichten 2011). Der Hersteller Siemens gibt die energetische Amortisationszeit für die getriebelose Windenergieanlage SWT-3.2-113 (entsprechend 3,2 Megawatt Nennleistung und 113 Meter Rotordurchmesser) mit 4,5 bis 5,5 Monaten an (Siemens 2015, vgl. IWR 2014).

Ergänzend könnte man sich der Frage auch über die CO2-Einsparungen durch die Windenergie nähern. Das heißt, in welchem Zeitraum eine WEA die Menge CO2-Emissionen „eingespart“ hat, die zu ihrer Herstellung und Errichtung emittiert wurde. Diesbezüglich hat die Agentur für Erneuerbare Energien (AEE) eine grobe Abschätzung mit den Durchschnittswerten einer 2-Megawatt-WEA im deutschen Binnenland mit 1.800 Volllaststunden und einer Jahresstromerzeugung von 3.600.000 Kilowattstunden und 25 Jahren Laufzeit gemacht. Auf Grundlage der jüngsten Treibhausgasbilanzen von 2016 im Auftrag des Umweltbundesamtes (Memmler et al. 2017), die Treibhausgasemissionen von 11 Gramm CO2-Äquivalenten pro Kilowattstunde und einen Brutto-Treibhausgasvermeidungsfaktor von 691 Gramm CO2-Äquivalenten pro Kilowattstunde angeben, wären die Treibhausgasemissionen, die bei der Herstellung und während der gesamten Laufzeit einer Windenergieanlage nach zirka 4,8 Monaten wieder ausgeglichen. Aber auch dieser Abschätzung liegt keine „moderne“ Anlage zugrunde.

Insgesamt stellen somit die vorliegenden Informationen und Veröffentlichungen zur energetischen Amortisation von WEA den aktuellen Stand der Technik nicht ausreichend dar bzw. sind nicht als unabhängig einzustufen. Grundsätzlich ist jedoch festzuhalten, dass die energetische Amortisationsdauer von Windenergieanlagen an Land im Bereich weniger Monate und deutlich unterhalb eines Jahres liegt.

Um diesbezüglich aktuelle und wissenschaftlich belastbare Aussagen zu erhalten, hat das Umweltbundesamt Ende 2017 ein Projekt zur Aktualisierung von Ökobilanzen von aktuellen Windenergie- und PV-Anlagen aufgesetzt. Hierin sollen auch Sensitivitäten berechnet werden, um beispielsweise den Einfluss unterschiedlich langer Laufzeiten oder technischer Komponenten aufzuzeigen. Die Studienergebnisse werden voraussichtlich im ersten Quartal 2019 vorliegen.

Literaturverzeichnis

AEE – Agentur für Erneuerbare Energien (2009): Der volle Durchblick in Sachen Erneuerbare Energien.

Guezuraga, B., Zauner, R., Pölz, W. (2012): Life cycle assessment of two different 2 MW class wind turbines. Renewable Energy 37 (1). S. 37–44.

Haapala, K.R., Prempreeda, P. (2014): Comparative life cycle assessment of 2.0 MW wind turbines. International Journal of Sustainable Manufacturing 3 (2). S. 170–185. Link zum Dokument (letzter Zugriff: 16.05.2018).

IER − Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung der Universität Stuttgart, DLR − Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, LEE − Lehrstuhl für Energiesysteme und Energiewirtschaft der Ruhr-Universität Bochum, FfE − Forschungsstelle für Energiewirtschaft (2004): Lebenszyklusanalysen ausgewählter zukünftiger Stromerzeugungstechniken. Stuttgart-Bochum-München. 341 S. Link zum Dokument (letzter Zugriff: 16.05.2018).

IWR − Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien (2014): Wie schnell sich Siemens-Windkraftanlagen energetisch amortisieren. Internetseite. Link zum Dokument (letzter Zugriff: 16.05.2018).

Memmler, M., Lauf, T., Wolf, K., Schneider, S. (2017): Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger. Bestimmung der vermiedenen Emissionen im Jahr 2016. Climate Change 23/2017. Dessau-Roßlau. 152 S. Link zum Dokument (letzter Zugriff: 16.05.2018).

Siemens (2015): A clean energy solution – from cradle to grave. Onshore wind power plant employing SWT-3.2-113. Environmental Product Declaration. Hamburg. 15 S. Link zum Dokument (letzter Zugriff: 16.05.2018).

VDI-Nachrichten (2011): Mehr Windkraft an Land rückt Ökologie ins Blickfeld. Internetseite. Link zum Dokument (letzter Zugriff: 16.05.2018).