Onshore-Potenzial

Studie zur Nutzung von Windenergie an Land

von Dr. Kurt Rohrig, Dr. Stefan Bofinger

Nachdem in den letzten Jahren die Offshore-Windenergienutzung mit umfangreicher Begleitforschung in Deutschland ihren Anfang fand, widmet sich eine Studie, die vom Fraunhofer IWES im Auftrag des Bundesverbandes WindEnergie e.V. (BWE) durchgeführt wurde, explizit der Onshore-Windenergienutzung und den noch vorhanden Potenzialen. Im Folgenden stellen Dr. Kurt Rohrig und Dr. Stefan Bofinger die Methodik und die Ergebnisse dieser Studie dar.

Vor dem Hintergrund der sich weiter verschärfenden Klimaproblematik sowie des Diskurses über die friedliche Nutzung von Kernenergie rücken die erneuerbaren Energien (EE) immer weiter in den Fokus der politischen Debatte. Unbestreitbar werden sie in Zukunft eine der Grundsäulen der modernen Energieversorgung darstellen. Vor diesem Hintergrund gewinnt die Fragestellung, wo die notwendigen Erzeugungskapazitäten aufgebaut werden können, immer weiter an Bedeutung. Das Ziel dieser Studie war es, die Flächen von Deutschland zu ermitteln, welche theoretisch für die Windenergie nutzbar sind und anhand der Ergebnisse die Machbarkeit das Branchenszenarios (Nutzung von 2 % der Landesfläche) des BWE zu überprüfen. Bei den Berechnungen wurden sowohl die orografischen Bedingungen, die Bodenbedeckung und die Art der Flächennutzung als auch Beschränkungen durch Schutzgebiete sowie die gesetzlichen Rahmenbedingungen berücksichtigt. Die Berechnungsgrundlage bildeten dabei Daten aus Geographischen Informationssystemen (GIS), deren Verwendung den wesentlichen Unterschied zu bisherigen Studien darstellt.

Datengrundlage und Methodik

Die Methodik der Flächenermittlung und Potenzialbestimmung gliedert sich im Wesentlichen in fünf Schritte. Zuerst werden auf Basis der verfügbaren GIS-Daten Flächen definiert, die aufgrund orografischer Gegebenheiten auszuschließen sind (Schritt 1). Anschließend werden unter den verbleibenden Flächen die nutzbaren Flächen entsprechend den Annahmen zu Flächennutzungsarten, Abstandsregelungen usw. bestimmt (Schritt 2). Im nächsten Schritt werden für jeden Standort die Windbedingungen ermittelt (Schritt 3). Im vierten Schritt werden auf den nutzbaren Flächen entsprechend den vorgegebenen Szenarien Windenergieanlagen (WEA) platziert und im letzen Schritt (Schritt 5) die möglichen Erträge berechnet. Für die Bewertung der Flächeneignung wurden Oberflächenbedeckungsdaten [Corine] (Auflösung 100 x 100 m) und Infrastruktur- (z.B. Straßen, Schienen, Stromleitungen) und Sonderflächendaten (Naturschutzgebiete) des Bundesamts für Kartographie und Geodäsie verwendet [BKG 2003].

Für die Ertragsberechnungen wurden die Winddaten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) [DWDDAT] verwendet und auf die entsprechende Nabenhöhe extrapoliert.

Bestimmung von nutzbaren Flächen

Heute werden WEA (Windenergieanlagen) meist auf offenem Feld – außerhalb von Schutzgebieten und Wäldern – errichtet. Es ist aber auch eine Nutzung in Wäldern und eingeschränkt auch in bestimmten Typen von Schutzgebieten denkbar. Deshalb wurden Untersuchungen für folgende drei Kate gorien vorgenommen:

- Flächen ohne Restriktionen, z.B. landwirtschaftlich genutzte Flächen
- Flächen in Wäldern
- Flächen in Schutzgebieten, z.B. Naturparks, FFH

Andere Flächen wie Nationalparks, bebaute Flächen oder Gewässer wurden inklusive flächentyp-abhängiger Pufferzonen als nicht nutzbare Flächen betrachtet

Ertragsberechnung

Für die Ertragssimulation wurde für gute Standorte eine 3 MW-Anlage mit einer Nabenhöhe von 100 m und einem Verhältnis der Rotorfläche zur Generatornennleistung von 2,6 m2/kW (100 m Rotordurchmesser) angesetzt. Falls die unter 1600 äquivalente Volllaststunden Ertrag ergeben würde, wurde eine Schwachwindanlage mit einer Nabenhöhe von 150 m und einem Rotor zu Generatorverhältnis von 3,5 m2/kW (115 m Rotordurchmesser) angesetzt. Ergab sich für einen Standort auch mit dieser Anlagenvariante eine Volllaststundenzahl unterhalb von 1600, so wurde dieser Standort von der Nutzung ausgeschlossen. Der Abstand zwischen den Turbinen wurde mit 4 Rotordurchmessern festgelegt. Trotz des Mindestabstands gibt es in Windparks aerodynamische Verluste sowie Verluste aufgrund von technischer Nichtverfügbarkeit. Hierfür wurde ein pauschaler Abschlag angesetzt.

Ergebnisse

Nutzbare Flächen

Die berechneten nutzbaren Flächen wurden entsprechend den Definitionen im vorangegangenen Kapitel in vier Klassen aufgeteilt: Flächen ohne Restriktionen (grün), nutzbarer Wald außerhalb von Schutzgebieten (gelb), nutzbare Flächen innerhalb von Schutzgebieten (orangefarben) und nicht nutzbare Flächen (rot). Über drei Viertel der Flächen von Deutschland sind entsprechend dem Szenario nicht nutzbar. Die übrigen 22 % sind potenziell nutzbar. Etwa ein Viertel davon (8 % der gesamten Fläche) ist ohne Restriktionen (nicht im Wald und nicht in Naturschutzgebieten) nutzbar. Die nutzbaren Waldflächen, die außerhalb von Schutzgebieten liegen, machen 4 % der deutschen Gesamtfläche aus und sind somit für die Windenergienutzung interessant. Wie zu erwarten, liegt der Großteil der potenziell nutzbaren Flächen in den großen Flächenländern. In den südlichen Bundesländern Baden-Württemberg, Bayern, Rheinland-Pfalz und Hessen ist aufgrund der großen Waldflächen (innerhalb und außerhalb von Schutzgebieten) die Fläche ohne Restriktion deutlich reduziert. Insbesondere hier ist also die Nutzung von Waldflächen relevant. Die Flächen in den Stadtstaaten sind im Vergleich zu denen der großen Flächenländer so gering, dass sie in Abb. 1 kaum sichtbar sind. Bei der Betrachtung des nutzbaren Flächenanteils (Abb. 2) liegt Sachsen-Anhalt mit 30 % der Landesfläche vor Niedersachsen (27 %).

Bewertung der berechneten Flächen

Es ist davon auszugehen, dass nicht alle der als theoretisch nutzbar markierten Gebiete auch tatsächlich genutzt werden können. Eine Vielzahl anderer Aspekte spielt hier noch eine Rolle (z.B. Eigentumsfragen, Bundeswehrradar). Das Ziel der Studie war jedoch eine Plausibilisierung der Annahmen des Auftraggebers. Daher werden im Folgenden die Zahlen bei Nutzung von nur 2 % der Fläche Abb. 3 dargestellt.

Installierte Leistung und Erträge

Die hier dargestellten Ergebnisse stellen eine allgemeine Abschätzung des maximalen Potenzials dar und sollen nicht als ein angestrebtes Szenario verstanden werden. Auf den Flächen ohne Restriktionen (8 % entsprechend 28.116 km2) können mit den getroffenen Annahmen 240.562 Anlagen mit einer Leistung von etwa 722 GW respektive 1500 GW bei Nutzung aller potenziellen Flächen installiert werden. Im Vergleich hierzu beträgt die aktuell in Deutschland installierte gesamte Kraftwerkskapazität 156 GW [BDEW 2011]. Mit dem 2 %-Szenario ergibt sich eine installierbare Leistung von 198 GW. Der Ertrag kann mit ca. 400 TWh/Jahr abgeschätzt werden. Dies entspricht ca. 65 % des deutschen Bruttostromverbrauchs von 603 TWh im Jahr 2010 [BMWI 2011].

Literatur beim Autor