EW-I-4 Potenzieller und realer Windenergieertrag

Photovoltaik- und Windenergieanlagen vor blauem Himmel mit Schäfchenwolken.zum Vergrößern anklicken
Sich ändernde Klimaverhältnisse können die Erträge aus erneuerbaren Energien beeinflussen.
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Monitoringbericht 2015 zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel

Inhaltsverzeichnis

 

EW-I-4: Potenzieller und realer Windenergieertrag

Die Windverhältnisse und damit die Bedingungen für die Windstromerzeugung variieren in Deutschland zwischen einzelnen Jahren sehr stark. Im windstarken Jahr 2007 übertraf der Ertrag die Erwartungen, im windschwachen Jahr 2010 wurde das Ertragspotenzial dagegen nur zu 80 % ausgeschöpft. Ein signifikanter Trend zeichnet sich bislang nicht ab.

In der Grafik sind zwei Kurven und ein Blockdiagramm mit Zeitreihen für die Jahre 2006 bis 2012 dargestellt. Es werden die Entwicklung des potenziellen Windenergieertrages (ermittelt anhand des BDB-Index v2011), die Windstromerzeugung und das Verhältnis von Windstromerzeugung zu potenziellem Windenergieertrag dargestellt.
EW-I-4 Grafik
Quelle: Umweltbundesamt
 

Beeinflussen die Klimaänderungen den Ertrag der Erneuerbaren?

Die Windenergie ist im Stromsektor zusammen mit der Photovoltaik die erneuerbare Energiequelle mit den größten Ausbaupotenzialen. Die Windenergie hat in den vergangenen Jahren mit rund 35 % zur Stromerzeugung aus regenerativen Quellen und damit rund 8 % zur Stromerzeugung insgesamt beigetragen. Im bisherigen Spitzenjahr 2011 wurden annähernd 50 Terawattstunden Windstrom in das deutsche Stromnetz eingespeist.

Die direkte Abhängigkeit der Windstromerzeugung und damit des finanziellen Ertrags der Anlagen von den wechselhaften meteorologischen Windverhältnissen ist eine Herausforderung für die  Betreiber von Windenergieanlagen. Um die Ertragserwartungen für einzelne Standorte kalkulieren und bewerten zu können, greift man bei der Planung von Windenergieanlagen auf Indizes zurück. Der in Deutschland gängigste Index ist der BDB-Index, ein Produktionsindex, der langjährige Datenreihen zu monatlichen Windstromerträgen differenziert nach 25 Regionen und nach verschiedenen Anlagengrößenklassen berücksichtigt. Das 100 %-Niveau des Index steht für das langjährige Mittel des Stromertrags und bildet somit die Referenzgröße für die Ertragserwartung. Setzt man den realen Windstromertrag zum möglichen Stromertrag des 100 %-Niveaus in Bezug, erhält man einen Indexwert zur Bewertung der tatsächlich erzeugten Strommenge für einzelne Anlagen bzw. zusammengefasst für einzelne Regionen im Verhältnis zum langjährigen mittleren Stromertrag.

Mithilfe des Index lässt sich aus der Anzahl und Größe der jeweiligen Anlagen der potenzielle Windenergieertrag für einzelne Regionen und in der Summe auch für ganz Deutschland hochrechnen. Vergleicht man die Zeitreihe dieses fiktiven Erwartungswerts mit der tatsächlich erzeugten Strommenge, wird die Schwankungsbreite deutlich, der die Windstromerzeugung unterliegt. Während der Stromertrag in windstarken Jahren wie 2007 den Erwartungswert übertrifft, bleibt er in windschwachen Jahren deutlich hinter den Erwartungen zurück. Im Jahr 2010 konnten z. B. nur ca. 80 % des Ertragspotenzials ausgeschöpft werden. Grund hierfür sind in erster Linie die meteorologischen Windverhältnisse, die zwischen den Jahren sehr unterschiedlich sein können. Technische Faktoren, z. B. ein eingeschränkter Betrieb von Windenergieanlagen wegen Wartungs- und sonstiger Revisionsarbeiten, spielen im Vergleich dazu eine untergeordnete Rolle.

Mit Blick auf den Klimawandel stellt sich die Frage, ob die Erzeugungsbedingungen für die Windkraft zukünftig stärker variieren als bisher und es damit auch zu stärkeren Schwankungen der Windstromproduktion kommt. Aus den Klimadaten der vergangenen Jahre lässt sich aber bisher kein Trend zu grundsätzlich schwächeren oder zu häufigeren extremen Windverhältnissen ablesen. Die Klimadaten zeigen lediglich eine wenn auch nur leichte Tendenz zu extremen Wettersituationen. Das bedeutet, dass sich die klimatischen Bedingungen für die Windstromerzeugung in Deutschland in den letzten Jahren nicht in relevantem Ausmaß verändert haben.

Um die im Jahres- und im Tagesgang auftretenden Schwankungen zu verringern, wird in der Branche diskutiert, die technische Auslegung der Windenergieanlagen anzupassen. Ziele sind dabei u. a. geringere Stillstandzeiten sowie eine größere Gleichförmigkeit der Energieabgabe, um letztlich die Windstromerzeugung besser planbar zu machen und die Integration ins Energieversorgungssystem zu erleichtern.18 Aus dem Blickwinkel der Klimaanpassung ließen sich damit auch möglicherweise auftretende Änderungen der Erzeugungsbedingungen besser abfedern.

Die möglichen Folgen des Klimawandels können auch andere erneuerbare Energieträger betreffen. So nimmt etwa der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Anlagen bei höheren Temperaturen ab. Zukünftig kann es daher in den Sommermonaten bei in der Tendenz höheren Temperaturen und häufigeren Temperaturextremen öfter zu schlechteren Wirkungsgraden kommen. Aufgrund des hohen Energiegehalts des Lichts liefert diese Jahreszeit dennoch die höchsten Stromerträge. Hingegen kann sich eine möglicherweise abnehmende Sonnenscheindauer in den Wintermonaten negativ auf den in dieser Jahreszeit ohnehin niedrigeren Stromertrag auswirken. Es ist aber zu erwarten, dass die technische Weiterentwicklung von Photovoltaik-Modulen diese Auswirkung kompensieren wird. Der Betrieb von Wasserkraftwerken kann ebenfalls Einschränkungen unterliegen, etwa durch unausgeglichene Wasserstände und veränderte Abflussmengen.

Zu diesen Einschränkungen kommen für alle erneuerbaren Energieträger, von Geothermie abgesehen, noch möglicherweise zunehmende direkte Schäden an Anlagen oder Flächen infolge von Extremereignissen, z. B. von Stürmen, Starkniederschlägen, Blitzschlag oder Hagel. Massive gleichzeitige Ausfälle größerer Kapazitäten von erneuerbaren Energien sind aufgrund der dezentralen Verteilung der Anlagen aber unwahrscheinlich.

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18 Molly J. P. 2014: Neue Leistungsauslegung von Windturbinen. In: DEWI Magazin Nr. 44, Seiten 32-34.

 

Schnittstellen

EW-­R­-1: Diversifizierung der Elektrizitätserzeugung

 

Ziele

Erhöhung der Versorgungssicherheit durch sich ergänzende dezentrale und diversifizierte Erzeugungsstrukturen, die erneuerbare Energien einschließen
(DAS, Kap. 3.2.9)

Schrittweise Steigerung des Anteils der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch bis auf 80 % im Jahr 2050
(Energiekonzept, S. 5)