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Windkraft an Land wird unterschätzt

Windkraft an Land wird unterschätzt (Grafik: 100 prozent erneuerbar stiftung)

Windkraft an Land wird unterschätzt (Grafik: 100 prozent erneuerbar stiftung)

Es herrscht die Meinung vor, dass der Windenergieausbau auf dem Meer den größten Anteil zur Energiewende leisten könne. Wie weht der Wind aber tatsächlich über Deutschland, und welche raumzeitlichen Muster herrschen dabei vor? Die 100 prozent erneuerbar stiftung ist in ihrer neuen Studie "Windpotenzial im räumlichen Vergleich" dieser Frage nachgegangen und kam zu überraschenden Ergebnissen.

Für den weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien ist es entscheidend zu wissen, welche Potenziale am schnellsten und mit dem größten Beitrag wirtschaftlich zu erschließen sind. Hier herrscht die Meinung vor, dass dies unstrittig die Offshore-Windkraftnutzung sei. Doch ist dies tatsächlich so und wird die Onshore-Nutzung zu Unrecht vernachlässigt? Die Beantwortung dieser Frage ist für die Nutzung der Windenergie von entscheidender Bedeutung, um regionale und zeitlich auftretende Unterschiede im Winddargebot zu erschließen und die Windeinspeisung insgesamt zu verstetigen. Dies würde weitergehende Maßnahmen wie den Stromnetz- und den Stromspeicherausbau weniger dringlich werden lassen.

Die 100 prozent erneuerbar stiftung hat hierzu die stündlich aufgelösten Reanalysedaten der gemittelten Windgeschwindigkeit im Zeitraum von 2005 bis 2009 an 37 fiktiven Standorten statistisch ausgewertet und einer Clusteranalyse unterzogen. Anschließend wurden in acht verschiedenen Szenarien die Erzeugungsleistung bei hoher räumlicher Konzentration und bei breiter räumlicher Verteilung simuliert. 33 fiktive Standorte wurden nach Maßgabe einer annähernden regionalen Repräsentativität ausgewählt. Jeweils zwei ergänzende Standorte im Schwarzwald und in den Alpen wurden zur Validierung der Ergebnisse zusätzlich aufgenommen. Für die Standorte wurden von einem Wetterdienstleister mittels einer historischen Reanalyse basierend auf Daten des MERRA-Projektes die Klimaelemente Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Luftdichte auf Stundenbasis berechnet und für eine Nabenhöhe von 150 Meter bestimmt. Der Untersuchungszeitraum beläuft sich vom 1. Januar 2005 bis 31. Dezember 2009.

Die statistische Auswertung ergab, dass einige Standorte in Süddeutschland ein vergleichbares oder sogar höheres durchschnittliches Angebot an Windenergie als manche Standorte in Norddeutschland (inklusive Ostsee-Offshore) aufweisen. Standorte mit hoher Windhöffigkeit existieren somit nicht nur auf dem Meer oder in küstennahen Regionen. Zwei Standorte im Südwesten weisen direkt nach dem Nordsee-Standort die höchste gemittelte Windgeschwindigkeit auf. Eine hohe mittlere Jahreswindgeschwindigkeit ist allerdings nicht mit einer höheren Stabilität des Winddargebots verbunden. Hier sind die nördlichen Binnenstandorte den Offshore-Standorten, die insgesamt ein instabileres Winddargebot aufweisen als ein durchschnittlicher Onshore-Standort, überlegen. Die meisten Stunden mit geringen Unterschieden in der Windgeschwindigkeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stundenintervallen weisen die Binnenstandorte in den zentral gelegenen Mittelgebirgen auf.

Hinsichtlich der Stetigkeit des Dargebots sind einige Binnenstandorte wiederum den untersuchten Offshore-Standorten überlegen. Ein schwaches Winddargebot im Norden Deutschlands ist in den meisten Fällen durch ein höheres Aufkommen im Schwarzwald und weiteren Regionen und Mittelgebirgen im Südwesten (Pfälzer Wald, Schwäbische Alb und Saarland) und in den deutschen Alpen begleitet. Die anschließende Simulation der Erzeugung belegte, dass die Volatilität der Einspeisung, gemessen als Standardabweichung, signifikant reduziert werden kann, wenn die installierte Leistung gleichmäßiger über Deutschland verteilt ist. Bei regional ausgewogenerer Verteilung von Windenergieanlagen nehmen ebenso größere Sprünge in der Einspeiseleitung von mehr als 5 Prozent der installierten Leistung in zwei aufeinanderfolgenden Stunden erheblich ab.

In Deutschland ergeben sich auf Basis der angenommenen Standorte acht Regionen, die ein ähnliches Windprofil aufweisen. Für diese Regionen gilt, dass es zwei typische Windsituationen gibt. Entweder windet es in allen Regionen mehr oder wenig gleichzeitig stärker oder schwächer, oder schwacher Wind im Norden geht mit starkem Wind im Süden einher (bzw. umgekehrt). Drei Regionen zeichnen sich durch ein regelmäßig überdurchschnittliches Winddargebot aus:

1) Südwestliches Baden-Württemberg,

2) Norden und Nordsee-Offshore sowie

3) Ostsee-Offshore und Nordosten.

Wenn es in der Region "Norden und Nordsee-Offshore" unterdurchschnittlich windet, weht der Wind mit großer Wahrscheinlichkeit im südwestlichen-Baden-Württemberg, im südlichen Bayern und in den südwestdeutschen Mittelgebirgen überdurchschnittlich stark. Wenn man aus einer systemischen Sicht durch eine gezielte regionale Verteilung von Windenergieanlagen Portfolioeffekte generieren will, sollte man vor allem in diesen Regionen Windenergieanlagen zubauen.

Die Erzeugungssimulation ergibt, dass bei maximal breiter räumlicher Verteilung über alle Cluster hinweg die größtmögliche Verstetigung der Windenergieerzeugung erreicht werden kann. Die Standardabweichung kann bei einer insgesamt simulierten Leistung von 80.000 MW um 17 Prozent von 25.763 MW auf 21.418 MW reduziert werden. Besonders deutlich sinkt bei einer räumlich ausgeglichenen Verteilung der Erzeugerleistung die Anzahl hoher Sprünge in der Erzeugung mit einem Leistungsunterschied von mindestens 4.000 MW, die zügig innerhalb zweier Stundenintervalle auftreten. Hier tritt eine Reduktion von 66 Prozent auf (5.191 Stunden ggü. 1.765 Stunden, jeweils von 43.800 Stunden insgesamt). Die Anzahl der Stunden mit einer Einspeiseleistung von weniger als 6.000 MW (weniger als 7,5 Prozent der simulierten Gesamtleistung) kann ebenfalls deutlich reduziert werden (7.745 Stunden ggü. 4.984 Stunden). Hier beträgt die Minderung 36 Prozent gegenüber einer räumlichen Konzentration der Erzeugerleistung im Norden und auf Nord- und Ostsee.

Die Studie der 100 prozent erneuerbar stiftung "Windpotenzial im räumlichen Vergleich" steht » hier zum Download zur Verfügung.

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"Windkraft an Land wird unterschätzt" wurde am 05.01.2013 verfasst