2-Prozent-Flächenziel: Maximal 17.000 neue Windräder
Das Kompetenzzentrum Naturschutz und Energiewende und das Netzwerk „Energy Watch Group“ haben unabhängig voneinander analysiert, mit welchem Windkraftausbau in Deutschland zu rechnen ist.
Die neue Bundesregierung hat sich vorgenommen, 2 % der Fläche Deutschlands für die Windenergienutzung planerisch zu „reservieren“ und dies gesetzlich zu verankern. Ausgewiesen sind bisher 0,8 %. Mit den avisierten 2 % soll erreicht werden, den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung von jetzt 40 auf 80 % im Jahr 2030 zu verdoppeln. So steht es auch im Koalitionsvertrag und in der Eröffnungsbilanz Klimaschutz von Wirtschaftsminister Robert Habeck. Dazu müssen Windenergieanlagen mit einer Leistung von insgesamt mehr als 100 Gigawatt in Betrieb sein, folglich in den kommenden neun Jahren also Anlagen mit rund 70 Gigawatt Gesamtleistung an Land neu errichtet werden. Das Kompetenzzentrum Naturschutz und Energiewende (KNE) hat analysiert, wie viele Anlagen mit welcher Leistung realisierbar sind.
Ca. 715.000 ha zur Verfügung
2 % der Landesfläche Deutschlands entsprechen einem Flächenumfang von rund 715.000 ha. Im Vergleich mit den deutschen Siedlungs- und Verkehrsflächen, die nach der offiziellen amtlichen Flächenstatistik für das Jahr 2020 14 % bzw. über 5 Mio. ha ausmachen, ist dies deutlich weniger. Die 2 % umfassen zunächst auch nur die Flächenkulisse, in der die Windenergieanlagen (WEA) stehen sollen, nicht die durch die WEA tatsächlich in Anspruch genommene Fläche.
Wie viele WEA mit welcher Gesamtleistung auf gut 700.000 ha realisiert werden können, hängt grundsätzlich davon ab, wie „dicht“ die Anlagen gestellt werden können. Einerseits müssen sie einen gewissen Abstand zueinander einhalten, um Turbulenzen zu minimieren, welche eine erhöhte Materialbeanspruchung und einen höheren Verschleiß von „im Lee“ stehenden Anlagen mit sich bringen würden. Auch hersteller- und anlagentypspezifische Vorgaben zur Standsicherheit sind zu berücksichtigen. Andererseits sind die Abstände auch so zu wählen, dass Verschattungseffekte und gegenseitiger „Windklau“ minimiert werden, die zu geringeren Wirkungsgraden und damit zu Ertragseinbußen führen.
16,5 ha pro Anlage
In der Praxis gilt die Faustformel vom Fünffachen des Rotordurchmessers zwischen den Türmen in Hauptwindrichtung und dem Dreifachen des Rotordurchmessers in Nebenwindrichtung. Bezogen auf eine durchschnittliche 2021 in Betrieb genommene WEA mit 133 Metern Rotordurchmesser und vier Megawatt Leistung (gemäß Statusbericht Windenergie 2021 der Deutschen Windguard) ließen sich – auf einer Fläche von gut 83 ha – bei einer idealisierten Modellanordnung von einer WEA im Zentrum und weiteren vier WEA im rechten Winkel mit den entsprechenden Faustformelabständen zueinander etwa 20 MW Nennleistung realisieren – pro Anlage wäre dies ein Raumbedarf von rund 16,5 ha.
Bezogen auf die noch etwa 1,2 % der Landesfläche, also rund 430.000 ha, die noch ausgewiesen werden sollen, ließen sich demnach darauf theoretisch zirka 100 Gigawatt Leistung installieren. Das wären 40 % mehr als die 70 Gigawatt, die bis 2030 realisiert werden sollen. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass die reale Flächenkulisse für die Windenergie nicht aus einer einzigen zusammenhängenden Fläche besteht, sondern aus einer Vielzahl unterschiedlich großer Einzelflächen. Auch ist Landschaft nie idealtypisch, weshalb immer weitere einschränkende Faktoren hinzutreten, die einen Einfluss auf die Anlagenzahl und die real installierbare Leistung haben.
Der Flächenverbrauch
Die Windenergienutzung auf einer Fläche ist laut KNE keinesfalls mit einem vollständigen Flächenverbrauch oder gar Flächenverlust gleichzusetzen – anders als bei der Ausweisung neuer Siedlungs- und Verkehrsflächen, die nach der Realisierung der Projekte größtenteils versiegelt sind.
Sichtbar versiegelt ist bei derzeit üblichen Anlagentypen eine Sockelfläche von zirka 100 Quadratmetern als Teil des Fundamentes, auf dem der Turm steht bzw. montiert wird. Der gesamte Fundamentbereich mit dauerhafter Beeinträchtigung der Bodenfunktionen umfasst je nach Anlagentyp und Hersteller 350 bis 600 Quadratmeter. Der Bereich des Fundamentes, der über den Sockel hinausgeht, ist in der Betriebsphase größtenteils wieder mit Oberboden bzw. Schotter überdeckt. Dauerhaft teilversiegelt bleibt die ebenfalls zumeist geschotterte Kranstellfläche für die Errichtung der Anlage und für etwaige Reparaturen. Auf diese entfallen durchschnittlich zirka 0,15 ha pro Anlage und auf die Zuwegung durchschnittlich weitere 0,25 ha. Wo immer möglich, wird auf bestehende Straßen und Wege zurückgegriffen, die dann nur etwas verbreitert werden müssen.
Pro WEA kann demnach von insgesamt weniger als einem halben Hektar an voll- und teilversiegelter Fläche ausgegangen werden. Bezogen auf den oben berechneten Raumbedarf von 16,5 ha pro Anlage macht die dauerhafte Flächeninanspruchnahme nur 3 % aus. Die übrigen 97 %, einschließlich der nur in der Bauphase benötigten Montage- und Lagerflächen (weitere zirka 0,4 ha pro WEA), sind in der Betriebsphase unversiegelt.
17.500 neue Anlagen
Legt man die bis 2030 zu realisierende zusätzliche Windenergieleistung von 70 Gigawatt zugrunde und die aktuelle durchschnittliche Anlagenleistung, so ergeben sich 17.500 neue WEA mit einer (teil-)versiegelten Fläche von rund 8.000 ha. Bezogen auf die zur Erreichung des 2-%-Ziels fehlenden 1,2 % der deutschen Landesfläche (knapp 430.000 ha) wären dies sogar nur 2 % an (teil-)versiegelter Fläche – demnach stünden 98 % der für die Errichtung von WEA nötigen Flächenkulisse weiterhin ohne Einschränkungen für die größtenteils land- und forstwirtschaftliche Nutzung zur Verfügung.
Kurzstudie: Zahl der Anlagen könnte sogar sinken
Mit der gleichen Frage hat sich die Energy Watch Group beschäftigt, einem Netzwerk aus Politikern und Wissenschaftlern. Um diffusen Ängsten vor einer „Verspargelung“ wissenschaftlich zu begegnen, hat die Energy Watch Group überschlägig berechnet, wie viele Windkraftanlagen an Land notwendig wären, um eine vollständige Energieversorgung Deutschlands in den Sektoren, Strom, Wärme, Verkehr und Industrie zu jeder Jahresstunde nur aus erneuerbaren Energien bis 2030 sicherzustellen. Das Ergebnis: Die Anzahl der Windkraftanlagen könnte sogar von derzeit rund 30.000 auf ca. 24.000 Anlagen sinken.
Aus dem von der Energy Watch Group (EWG) bereits im letzten Jahr vorgestelltem Deutschland-Szenario ergibt sich eine zu installierende Windkraftleistung von etwa 110 GW bis 2030 zur Erzeugung von 300 TWh Strom. In der Studie bisher nicht berücksichtigt wurde insbesondere das Potenzial von Biokraftstoffen für den Verkehrssektor sowie von oberflächennaher Erdwärme. Diese Energiequellen könnten bis 2030 jedoch absehbar eine Einsparung von gut 100 TWh Strom aus Wind und Photovoltaik ermöglichen, sodass der tatsächliche Windstrombedarf im Jahr 2030 gegenüber dem Deutschland-Szenario auf etwa 250 TWh sinkt.
Erforderlich sind hierfür Anlagen mit einer Kapazität von rund 92 GW im Jahr 2030 bestehend aus 28 GW heute vorhandener Anlagen sowie 64 GW Neuanlagen, die einerseits auf bereits genutzten Windenergieflächen (28 GW) und andererseits auf neuen Windenergieflächen (36 GW) zu errichten sind.
Potenzial für Repowering
Viele der heutigen On-Shore Windkraftanlagen sind zu einer Zeit gebaut worden, in der es die modernen, hochleistungsfähigen Windkraftanlagen noch nicht gab. Viele der älteren Windmühlen leisten daher weniger als 1 MW, im Durchschnitt hat der in Deutschland im Jahre 2021 installierte Windpark eine mittlere Leistung von 1,8 MW pro Anlage.
Den günstigsten Strom produzieren heute jedoch Anlagen mit einer Leistung um 5 MW. Bis 2030 wird daher ein erheblicher Teil der heute existierenden Windräder „repowert“ werden. Indem alte Anlagen durch leistungsstärkere Nachfolgemodelle ersetzt werden, werden langfristig wesentlich weniger Windkraftanlagen benötigt, um die gleiche heutige Leistung zu erreichen. Wenn man davon ausgeht, dass bis 2030 nur besonders alte Windkraftanlagen ersetzt werden – diejenigen, bei denen es sich wirtschaftlich rentiert – werden anstelle der heute vorhandenen 30.000 Anlagen bereits 15.000 Anlagen die gleiche Leistung erbringen können, so die EWG.
Für den notwendigen Bedarf an neu gebauten und modernisierten Anlagen von 64 GW ergeben sich bei einer durchschnittlichen Leistung von 5 MW pro Anlage 11.140 neue und erneuerte Windkraftanlagen. In Summe müssten demnach bei einer vollen Versorgung von ganz Deutschland in allen Energiesektoren (Strom, Wärme, Verkehr, Industrie) mit 100% Erneuerbaren Energien bis 2030 etwa 24.000 Windkraftanlagen installiert sein.
Die neue Bundesregierung hat sich vorgenommen, 2 % der Fläche Deutschlands für die Windenergienutzung planerisch zu „reservieren“ und dies gesetzlich zu verankern. Ausgewiesen sind bisher 0,8 %. Mit den avisierten 2 % soll erreicht werden, den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung von jetzt 40 auf 80 % im Jahr 2030 zu verdoppeln. So steht es auch im Koalitionsvertrag und in der Eröffnungsbilanz Klimaschutz von Wirtschaftsminister Robert Habeck. Dazu müssen Windenergieanlagen mit einer Leistung von insgesamt mehr als 100 Gigawatt in Betrieb sein, folglich in den kommenden neun Jahren also Anlagen mit rund 70 Gigawatt Gesamtleistung an Land neu errichtet werden. Das Kompetenzzentrum Naturschutz und Energiewende (KNE) hat analysiert, wie viele Anlagen mit welcher Leistung realisierbar sind.
Ca. 715.000 ha zur Verfügung
2 % der Landesfläche Deutschlands entsprechen einem Flächenumfang von rund 715.000 ha. Im Vergleich mit den deutschen Siedlungs- und Verkehrsflächen, die nach der offiziellen amtlichen Flächenstatistik für das Jahr 2020 14 % bzw. über 5 Mio. ha ausmachen, ist dies deutlich weniger. Die 2 % umfassen zunächst auch nur die Flächenkulisse, in der die Windenergieanlagen (WEA) stehen sollen, nicht die durch die WEA tatsächlich in Anspruch genommene Fläche.
Wie viele WEA mit welcher Gesamtleistung auf gut 700.000 ha realisiert werden können, hängt grundsätzlich davon ab, wie „dicht“ die Anlagen gestellt werden können. Einerseits müssen sie einen gewissen Abstand zueinander einhalten, um Turbulenzen zu minimieren, welche eine erhöhte Materialbeanspruchung und einen höheren Verschleiß von „im Lee“ stehenden Anlagen mit sich bringen würden. Auch hersteller- und anlagentypspezifische Vorgaben zur Standsicherheit sind zu berücksichtigen. Andererseits sind die Abstände auch so zu wählen, dass Verschattungseffekte und gegenseitiger „Windklau“ minimiert werden, die zu geringeren Wirkungsgraden und damit zu Ertragseinbußen führen.
16,5 ha pro Anlage
In der Praxis gilt die Faustformel vom Fünffachen des Rotordurchmessers zwischen den Türmen in Hauptwindrichtung und dem Dreifachen des Rotordurchmessers in Nebenwindrichtung. Bezogen auf eine durchschnittliche 2021 in Betrieb genommene WEA mit 133 Metern Rotordurchmesser und vier Megawatt Leistung (gemäß Statusbericht Windenergie 2021 der Deutschen Windguard) ließen sich – auf einer Fläche von gut 83 ha – bei einer idealisierten Modellanordnung von einer WEA im Zentrum und weiteren vier WEA im rechten Winkel mit den entsprechenden Faustformelabständen zueinander etwa 20 MW Nennleistung realisieren – pro Anlage wäre dies ein Raumbedarf von rund 16,5 ha.
Bezogen auf die noch etwa 1,2 % der Landesfläche, also rund 430.000 ha, die noch ausgewiesen werden sollen, ließen sich demnach darauf theoretisch zirka 100 Gigawatt Leistung installieren. Das wären 40 % mehr als die 70 Gigawatt, die bis 2030 realisiert werden sollen. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass die reale Flächenkulisse für die Windenergie nicht aus einer einzigen zusammenhängenden Fläche besteht, sondern aus einer Vielzahl unterschiedlich großer Einzelflächen. Auch ist Landschaft nie idealtypisch, weshalb immer weitere einschränkende Faktoren hinzutreten, die einen Einfluss auf die Anlagenzahl und die real installierbare Leistung haben.
Der Flächenverbrauch
Die Windenergienutzung auf einer Fläche ist laut KNE keinesfalls mit einem vollständigen Flächenverbrauch oder gar Flächenverlust gleichzusetzen – anders als bei der Ausweisung neuer Siedlungs- und Verkehrsflächen, die nach der Realisierung der Projekte größtenteils versiegelt sind.
Sichtbar versiegelt ist bei derzeit üblichen Anlagentypen eine Sockelfläche von zirka 100 Quadratmetern als Teil des Fundamentes, auf dem der Turm steht bzw. montiert wird. Der gesamte Fundamentbereich mit dauerhafter Beeinträchtigung der Bodenfunktionen umfasst je nach Anlagentyp und Hersteller 350 bis 600 Quadratmeter. Der Bereich des Fundamentes, der über den Sockel hinausgeht, ist in der Betriebsphase größtenteils wieder mit Oberboden bzw. Schotter überdeckt. Dauerhaft teilversiegelt bleibt die ebenfalls zumeist geschotterte Kranstellfläche für die Errichtung der Anlage und für etwaige Reparaturen. Auf diese entfallen durchschnittlich zirka 0,15 ha pro Anlage und auf die Zuwegung durchschnittlich weitere 0,25 ha. Wo immer möglich, wird auf bestehende Straßen und Wege zurückgegriffen, die dann nur etwas verbreitert werden müssen.
Pro WEA kann demnach von insgesamt weniger als einem halben Hektar an voll- und teilversiegelter Fläche ausgegangen werden. Bezogen auf den oben berechneten Raumbedarf von 16,5 ha pro Anlage macht die dauerhafte Flächeninanspruchnahme nur 3 % aus. Die übrigen 97 %, einschließlich der nur in der Bauphase benötigten Montage- und Lagerflächen (weitere zirka 0,4 ha pro WEA), sind in der Betriebsphase unversiegelt.
17.500 neue Anlagen
Legt man die bis 2030 zu realisierende zusätzliche Windenergieleistung von 70 Gigawatt zugrunde und die aktuelle durchschnittliche Anlagenleistung, so ergeben sich 17.500 neue WEA mit einer (teil-)versiegelten Fläche von rund 8.000 ha. Bezogen auf die zur Erreichung des 2-%-Ziels fehlenden 1,2 % der deutschen Landesfläche (knapp 430.000 ha) wären dies sogar nur 2 % an (teil-)versiegelter Fläche – demnach stünden 98 % der für die Errichtung von WEA nötigen Flächenkulisse weiterhin ohne Einschränkungen für die größtenteils land- und forstwirtschaftliche Nutzung zur Verfügung.
Kurzstudie: Zahl der Anlagen könnte sogar sinken
Mit der gleichen Frage hat sich die Energy Watch Group beschäftigt, einem Netzwerk aus Politikern und Wissenschaftlern. Um diffusen Ängsten vor einer „Verspargelung“ wissenschaftlich zu begegnen, hat die Energy Watch Group überschlägig berechnet, wie viele Windkraftanlagen an Land notwendig wären, um eine vollständige Energieversorgung Deutschlands in den Sektoren, Strom, Wärme, Verkehr und Industrie zu jeder Jahresstunde nur aus erneuerbaren Energien bis 2030 sicherzustellen. Das Ergebnis: Die Anzahl der Windkraftanlagen könnte sogar von derzeit rund 30.000 auf ca. 24.000 Anlagen sinken.
Aus dem von der Energy Watch Group (EWG) bereits im letzten Jahr vorgestelltem Deutschland-Szenario ergibt sich eine zu installierende Windkraftleistung von etwa 110 GW bis 2030 zur Erzeugung von 300 TWh Strom. In der Studie bisher nicht berücksichtigt wurde insbesondere das Potenzial von Biokraftstoffen für den Verkehrssektor sowie von oberflächennaher Erdwärme. Diese Energiequellen könnten bis 2030 jedoch absehbar eine Einsparung von gut 100 TWh Strom aus Wind und Photovoltaik ermöglichen, sodass der tatsächliche Windstrombedarf im Jahr 2030 gegenüber dem Deutschland-Szenario auf etwa 250 TWh sinkt.
Erforderlich sind hierfür Anlagen mit einer Kapazität von rund 92 GW im Jahr 2030 bestehend aus 28 GW heute vorhandener Anlagen sowie 64 GW Neuanlagen, die einerseits auf bereits genutzten Windenergieflächen (28 GW) und andererseits auf neuen Windenergieflächen (36 GW) zu errichten sind.
Potenzial für Repowering
Viele der heutigen On-Shore Windkraftanlagen sind zu einer Zeit gebaut worden, in der es die modernen, hochleistungsfähigen Windkraftanlagen noch nicht gab. Viele der älteren Windmühlen leisten daher weniger als 1 MW, im Durchschnitt hat der in Deutschland im Jahre 2021 installierte Windpark eine mittlere Leistung von 1,8 MW pro Anlage.
Den günstigsten Strom produzieren heute jedoch Anlagen mit einer Leistung um 5 MW. Bis 2030 wird daher ein erheblicher Teil der heute existierenden Windräder „repowert“ werden. Indem alte Anlagen durch leistungsstärkere Nachfolgemodelle ersetzt werden, werden langfristig wesentlich weniger Windkraftanlagen benötigt, um die gleiche heutige Leistung zu erreichen. Wenn man davon ausgeht, dass bis 2030 nur besonders alte Windkraftanlagen ersetzt werden – diejenigen, bei denen es sich wirtschaftlich rentiert – werden anstelle der heute vorhandenen 30.000 Anlagen bereits 15.000 Anlagen die gleiche Leistung erbringen können, so die EWG.
Für den notwendigen Bedarf an neu gebauten und modernisierten Anlagen von 64 GW ergeben sich bei einer durchschnittlichen Leistung von 5 MW pro Anlage 11.140 neue und erneuerte Windkraftanlagen. In Summe müssten demnach bei einer vollen Versorgung von ganz Deutschland in allen Energiesektoren (Strom, Wärme, Verkehr, Industrie) mit 100% Erneuerbaren Energien bis 2030 etwa 24.000 Windkraftanlagen installiert sein.
