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Beiträge

Warum stehen Windenergieanlagen still?

© Tomas74/Pixabay
© Tomas74/Pixabay

| Tobias Scholz |

Der Ausbau der Windenergie ist unerlässlich für das Gelingen der Energiewende. Windenergieanlagen (WEA) können allerdings nicht gleichmäßig über das Jahr verteilt Energie bereitstellen. Zu bestimmten Zeitpunkten lässt sich beobachten, dass sich die Rotoren der Anlagen nicht drehen, obwohl der Wind gefühlt stark weht. Diese Stillstandszeiten können aus einer Vielzahl von Gründen zustande kommen.

 © EnergieAgentur.NRW

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1. Artenschutz:
Bereits im Planungs- und Genehmigungsverfahren findet der Artenschutz Berücksichtigung. Die Rotorblätter von WEA stellen für Vögel und Fledermäuse eine Gefahr dar, da sie durch eine Kollision mit den Rotorblättern oder auch durch ein Barotrauma, verursacht durch die Druckunterschiede um die Rotorblätter, zu Tode kommen können. Letzteres betrifft vor allem Fledermäuse. Um das Risiko zu minimieren, werden verschiedene Maßnahmen ergriffen; so können zu Jagdzeiten bestimmter Fledermaus- und Vogelarten oder auch zu Zeiten von Mahd und Brut die WEA abgeschaltet werden. Im Flugbereich der Fledermäuse werden komplexe Monitoring-Verfahren durchgeführt, die die Aktivitäten der Tiere in der Umgebung der WEA dokumentieren und aus denen dann sogenannte Abschaltalgorithmen abgeleitet werden. Eine Abschaltung erfolgt dann üblicherweise zu Jagdzeiten oder bei bestimmten Witterungsbedingungen, bei denen die Fledermäuse besonders aktiv sind. Sebastian Pfaffel, zuständig für Datenfluss und -analyse im Projekt WInD-Pool des Fraunhofer IEE: „Insbesondere für viele neue WEA werden Fledermausabschaltungen immer wieder als eine der Hauptursachen für Ertragsverluste genannt. Bezüglich der Erkennung und insbesondere der Prognose des Fledermausflugs besteht noch Forschungs- und Entwicklungsbedarf“.

2. Windgeschwindigkeit:
Erst ab einer Windgeschwindigkeit von etwa drei Meter pro Sekunde wird elektrische Energie mit einer WEA erzeugt. Diese Anlaufwindgeschwindigkeit variiert leicht von Anlage zu Anlage. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten reicht die kinetische Energie des Windes nicht aus, um die Rotorblätter und den angeschlossenen Maschinenstrang in kontinuierliche Bewegung zu setzen. Der Rotor trudelt nur leicht im Wind. Mit zunehmendem Wind erhöht sich rasch die Leistung der Anlage, eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit führt zu einer Verachtfachung der Leistung. Wenn die Nennleistung erreicht ist, werden die Rotorblätter langsam wieder aus dem Wind gedreht, um den Generator nicht zu überlasten. Erst ab Windgeschwindigkeiten von etwa 25 bis 30 m/s müssen WEA abgeschaltet werden, um Sturmschäden durch mechanische Überlastung zu vermeiden. Wird die Abschaltgeschwindigkeit erreicht, werden die Rotorblätter immer weiter aus dem Wind gedreht, bis sie schließlich in der sogenannten Fahnenstellung keinen Auftrieb mehr erzeugen. Der Rotor trudelt dann wieder leicht im Wind. Nach dem Windenergie Report Deutschland 2018 des Projektes WInD-Pool am Fraunhofer IEE standen 2018 Onshore-WEA zu einem Zeitanteil von 14,48 Prozent aufgrund zu geringer Windgeschwindigkeiten still und zu 0,07 Prozent infolge von zu hoher Windgeschwindigkeit.

3. Flugsicherheit:
Bei wenigen WEA tritt der Sonderfall ein, dass eine nahegelegene Flugradarstation durch die Bewegung der Rotorblätter beeinträchtigt wird. In der Regel handelt es sich dabei um Radarstationen zur Überwachung militärischer Tieffluggebiete. In diesen Fällen muss die Anlage nach Aufforderung abgeschaltet werden.

4. Arbeiten an der Anlage
Servicearbeiten an WEA sind aus unterschiedlichen Gründen notwendig, um eine möglichst hohe technische Verfügbarkeit zu gewährleisten. Als Instandhaltungsmaßnahme werden zur Vorbeugung von Schäden und Reparaturen regelmäßig Wartungsarbeiten durchgeführt. „Üblicherweise werden hierzu Wartungsverträge zwischen Herstellern oder unabhängigen Servicefirmen und dem Betreiber aufgesetzt, die in der Regel einen Wartungsumfang von 60 Stunden pro Jahr festlegen.“ so Herr Schülter, Technische Betriebsführung bei der psm GmbH & Co. KG. Neben den Wartungsarbeiten müssen Gutachten zur Aufnahme des Ist-Zustandes der WEA erstellt werden. Diese sind stark an die Betriebsgenehmigung geknüpft und dienen der Überprüfung einzuhaltender Richtwerte sowie allgemeiner Sicherheitsbestimmungen. Während der Arbeiten im Rahmen von Gutachten oder der Wartung muss die WEA abgeschaltet werden. Trotz der Instandhaltungsmaßnahmen können Störungen an den hochautomatisierten Anlagen auftreten. Fehlermeldungen werden dann sofort an die zuständige Fernwarte gesendet. Lassen sich diese nicht aus der Ferne beheben, müssen Service-Techniker vor Ort eingesetzt werden. Auch hier muss für die Dauer des Einsatzes die Anlage heruntergefahren werden. Bei Reparaturen hängt die Stillstandszeit einer WEA stark von dem beschädigten Bauteil und dessen Verfügbarkeit ab. Auch Arbeiten am vorgelagerten Stromnetz können zu Stillstandszeiten der WEA führen.

Weitere Informationen finden Sie in dem BWE-Hintergrundpapier „Sicherheit von Windenergieanlagen“.

5. Schattenwurf:
Abhängig von der Größe der WEA, dem Sonnenstand und der Wetterlage erzeugen die Rotorblätter der Anlage einen periodischen Schattenwurf, der für Anwohner zu einer optischen Immission führen kann. Laut Gesetz sind diese Immissionen für ein betroffenes Gebäude auf ein Maximum von 30 Minuten pro Tag und 8 Stunden pro Jahr zu begrenzen. Bei Überschreitung der Richtwerte wird die WEA so lange automatisch abgeschaltet, bis kein störender Schattenwurf mehr auftritt. Dies wird durch den Einsatz mehrerer Sensoren gewährleistet.

Weitere Informationen bietet das Factsheet „Windenergie und periodischer Schattenwurf“ auf unserem Blog ErneuerbareEnergien.NRW.

6. Netzmanagement
Aus Sicht des Netzmanagements gibt es verschiedene Ursachen, die zu einer Abschaltung von WEA führen können. Zur Gewährleistung der Netzstabilität muss bei erhöhter Einspeisung die Leistung von Energieerzeugern heruntergefahren werden. Fossile Kraftwerke müssen vorrangig gedrosselt oder heruntergefahren werden, erst dann darf die Stromeinspeisung aus erneuerbaren Energien durch die Netzbetreiber abgeregelt werden. Diese sogenannten Einspeisemanagement-Maßnahmen (EinsMan) werden nur als letzte Instanz eingeleitet, insofern sich die Netzüberlastung nicht durch parallel verlaufende Netze überbrücken lässt. Die EinsMan-Maßnahmen müssen der Bundesnetzagentur (BNetzA) gemeldet werden, die pro Quartal Berichte mit Daten über die eingeleiteten Vorgänge veröffentlicht. Abschaltungen von WEA werden durch ihre fluktuierende Erzeugung, den Betrieb unflexibler, fossiler oder nuklearer Kraftwerke und durch unzureichend ausgebaute Übertragungsnetze begünstigt.

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie unter dem „Leitfaden Einspeisemanagement“ der Bundesnetzagentur.

7. Eiswurf:
Kalte und feuchte Witterung kann dazu führen, dass eine WEA samt Rotorblättern vereist. Diese angesammelten Eismassen können durch die Umfangsgeschwindigkeit der Rotoren abgeworfen werden und stellen potenziell eine Gefahr in der näheren Umgebung der WEA dar. Zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs müssen WEA mit Eiserkennungssystemen ausgestattet werden, durch die im Bedarfsfall die Anlage abgeschaltet wird. Zum Teil werden Rotorblattheizungen eingesetzt, um eine Abschaltung zu vermeiden. Derzeit gibt es verschiedene technische Systeme am Markt, die abhängig vom Standort der Anlage zum Einsatz kommen.

Weitere Informationen bietet der Fachartikel „Windenergieanlagen und die Gefahr durch Eiswurf“ auf unserem Blog ErneuerbareEnergien.NRW.

8. Sektormanagement:
Bei der Planung eines Windparks ist die Position der Anlagen zueinander von entscheidender Bedeutung. Oftmals steht nur eine begrenzte Fläche zur Verfügung, so dass die Anlagen in relativ geringer Entfernung zueinander errichtet werden müssen. Je nach Windrichtung kann sich eine WEA im sogenannten Nachlauf einer davorstehenden WEA befinden. Die zuerst angeströmte WEA nimmt einen Großteil der Energie aus dem Wind heraus und mindert somit den Energieertrag der folgenden WEA. Um eine gegenseitige Behinderung und damit mögliche Ertragsverluste zu reduzieren, wird darauf geachtet, dass die Anlagen nicht in Hauptwindrichtung auf einer Linie stehen. Der Wind im Nachlauf ist nicht nur schwächer sondern auch turbulenter. Dadurch wird die im Nachlauf befindliche WEA mechanisch stärker belastet und die Lebensdauer betroffener Komponenten verringert. Um diese negativen Effekte zu umgehen, wird Sektormanagement betrieben. Dies beinhaltet Regularien zur Abschaltung einzelner WEA, wenn diese bei bestimmten Windrichtungen benachbarte Anlagen negativ beeinflussen würden. Bei WEA von unterschiedlichen Betreibern kann die Abschaltung vertraglich geregelt werden, um die Ertragseinbußen gerecht zu verteilen. Das Sektormanagement kann auch bei Turbulenzen, verursacht durch Gebäude oder geographische Begebenheiten, zum Tragen kommen.