Windenergie auf einen Blick
Windstrom zählt zu den erneuerbaren Energiequellen
Optimale Windgeschwindigkeit für Windanlagen liegt zwischen 36 – 72km/h, was in der Schweiz selten und nur an wenigen Standorten erreicht wird
Die Leistung von Windrädern ist weit überproportional abhängig von der Windgeschwindigkeit und unterliegt damit grossen Schwankungen
Neue Windräder in der Schweiz haben typisch 3 MW Nennleistung (= Leistung bei optimalen Windbedingungen). Ihre effektive durchschnittliche Leistung übers Jahr ist jedoch viel tiefer (ca. 600 kW). Das entspricht einem Kapazitätsfaktor von 20%
Windräder in der Schweiz produzieren weniger als 0.4 % des Schweizer Stroms und ca. 60% davon im Winterhalbjahr
Grundlagen
Windanlagen nutzen die kinetische Energie des Windes, um über den Rotor einen elektrischen Generator anzutreiben. Die Rotorflügel sind in ihrer Längsachse drehbar, um sich optimal auf das Aufnehmen der Windenergie einzustellen und bei stürmischen Winden die Anlage aus dem Wind zu nehmen. Verdoppelt sich die Windgeschwindigkeit (2x), wird 8x mehr Leistung am Rotor erzeugt (proportional zur Rotorenfläche / Dritte Potenz zur Windgeschwindigkeit).
Windanlagen brauchen eine minimale Windgeschwindigkeit von ca. 12 km/h – das Betriebsoptimum erreichen sie bei Windgeschwindigkeiten von 36 bis 72 km/h. Die neueren Anlagen in der Schweiz haben typisch eine Nennleistung (=Leistung unter optimalen Bedingungen) von 3 MW. Die Nabenhöhe und der Rotordurchmesser betragen dabei je ca. 100 m.
Nennleistung = Leistung unter optimalen Windbedingungen
Effektive durchschnittliche Leistung/Nennleistung = Kapazitätsfaktor
Der Kapazitätsfaktor bestimmt die Produktivität einer Anlage und hängt vom Standort ab.
In der Realität produzieren die Anlagen übers Jahr jedoch weit weniger als ihre Nennleistung. Das Verhältnis zwischen Nennleistung und der jährlich durchschnittlichen Leistung wird Kapazitätsfaktor genannt. Er bestimmt die Produktivität einer Anlage und hängt von den Windbedingungen am Standort ab. Der Kapazitätsfaktor liegt an guten Standorten wie an der Atlantikküste bei 50%. In der Schweiz beträgt er an den besten Lagen im Jura (Mt. Crosin) 28 %, auf dem Gotthard 16 % und im Rheintal (Calanda Anlage) 18 %.

Versorgungsschwankungen
Wie bei der Solarenergie kommt es auch bei der Windenergie zu erheblichen wetterbedingten Schwankungen. Windenergie liefert im Winter mehr Energie als im Sommer und ist damit komplementär zur Solarenergie, die hauptsächlich im Sommer Strom produziert. Wenn es windstill und bewölkt ist, spricht man von Dunkelflauten. Dann können weder Solar- noch Windanlagen Energie liefern. Um diese Schwankungen auszugleichen, braucht es zuverlässige Kapazitätsreserven durch Wasserspeicher, Gaskraftwerke, Atomkraftwerke oder Stromimport.

Kosten und CO2-Ausstoss
Die Energiekosten und Verfügbarkeit von Windstrom hängen stark vom Kapazitätsfaktor am Standort ab, er bestimmt die effektive Produktivität der Anlage. Die Investitionskosten für Windanlagen inklusive Installation betragen in der Schweiz 2.5–4 Mio. CHF pro MW installierter Leistung und einer Lebensdauer von ca. 25 Jahren. Die Betriebskosten sind tief und bestehen hauptsächlich aus Wartungsaufwand für die Rotor- und Generatormechanik. Die Abschreibung und Betreiberkosten pro kWh hängen wesentlich auch vom Kapazitätsfaktor am Standort ab. Bei Abschreibung der Investition über 25 Jahre kostet eine kWh Windstrom der Anlage auf dem Gotthard (Kapazitätsfaktor 16%) ca. 8Rp./kWh, dazu kommen dann noch die Wartungskosten und die Aufwendungen für Netznutzung und Kapazitätsausgleich bei Flaute.
Windenergie gehört zu den erneuerbaren Energien. Ausser beim Bau, der Installation und dem späteren Abbau (ca. 8–15 g/kWh) fällt beim Betrieb der Anlagen kein CO2 an. Für den geplanten Vollausbau der Windenergieproduktion in der Schweiz auf 4.3 TWh/Jahr braucht es ca. 750 Windanlagen an guten Standorten (25 % Kapazitätsfaktor bei 3 MW Nennleistung). Wollte man beispielsweise ein Atomkraftwerk mit Windstrom ersetzen, bräuchte es bei durchschnittlichen Schweizer Windverhältnissen 1’500 Windanlagen plus Reservekapazität zum Schwankungsausgleich.
Dunkelflaute = Bewölkung und Windstille. In diesem Fall können weder
PV- noch Windanlagen wesentlich Strom liefern. Ersatz eines AKWs benötigt 1’500 Windanlagen (je 3 MW Nennleistung) plus Reservekapazität.
Vor- und Nachteile
Vorteile
Kein CO2-Ausstoss im Betrieb
Mittlere Investitionskosten pro MW-Leistung
Tiefe Betriebskosten
Tiefe Energiekosten
Geringer Flächenbedarf
63% der Produktion im Winterhalbjahr
Nachteile
Starke Schwankungen (Flauten)
Backup-Kapazitäten für Schwankungsausgleich benötigt
Wenige geeignete Standorte in der Schweiz
Eingriffe in die Landschaft
Emissionen (Schall, Infraschall)
Vogelschlag