Die Windenergie gehört zu den erneuerbaren Energien und gilt als eine der umweltfreundlichsten Energie- bzw. Stromquellen. Denn Windkraft steht im Gegensatz zu den fossilen Energiequellen nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Effektiv wird Windenergie über On-Shore bzw. Off-Shore Windparks gewonnen. Letztere erschließen aufgrund der optimaleren Wetterbedingungen eine viel größere Strommenge, sind allerdings in Errichtung sowie in Betrieb und Wartung weitaus kostenintensiver und aufwändiger zu verwalten.
Die Windkraft gilt als Hoffnungsträger zur Gewinnung sauberer Energie einerseits, andererseits werden bei On-Shore Windparks die sichtbaren Auswirkungen der Rotoren auf das Landschaftsbild und bestehende Ökosysteme kritisiert.
Die Branche steht nicht nur vor der Herausforderung, die Windenergie stetig weiterzuentwickeln, sondern auch davor, für eine entsprechende Akzeptanz für Windräder vor Ort zu sorgen.
Windenergie - Entwicklungsstand der Technologie
Die Windenergie hat in den vergangenen 20 Jahren enorme Fortschritte in der Effizienz gemacht. Dies vor allem durch leistungsstärkere Turbinen, insbesondere aber durch höhere Windräder mit größeren Rotorendurchmessern. Erreichten die Anlagen noch in den Neunzigerjahren inklusive Rotoren kaum 100 Meter Höhe, nähern sich die heutigen Exemplare schon fast der 300-Meter-Marke. Auch der Rotorendurchmesser liegt heutzutage bei bis zu 150 Metern. Diese Ausmaße erlauben auch die Aufstellung an Standorten mit geringerer Windhöffigkeit, da in den genannten Höhen immer mit ausreichenden Luftbewegungen zu rechnen ist.
Der Stromgewinn aktueller Windräder ist deutlich höher als bei den früheren Modellen. Eine heutige Windkraftanlage produziert im Durchschnitt bis zu zehn Gigawattstunden Strom pro Jahr, rund die zehnfache Menge älterer Rotoren. Genau aus diesem Grund laufen aktuell viele Repowering-Projekte, in denen alte Windräder durch neuere Modelle ersetzt werden. Für viele Windparks bedeutet das: Es kommen höhere, dafür aber weniger Windräder zum Einsatz
Eine gerade erst neu implementierte Technologie ist die sogenannte „bedarfsgerechte Befeuerung“. Dahinter steckt eine sensorgestützte Nachtbeleuchtung, die nur noch dann aktiviert wird, wenn sich tatsächlich ein Objekt (z. B. Flugzeug oder Hubschrauber) nähert. Damit wird das andauernde nächtliche Blinken von Windkraftanlagen vermieden, was von vielen Anwohnern als störend empfunden wird. Die Rotorblätter aktueller Anlagen sind zudem mit einer Heiztechnik versehen, die Eisschlag im Winter – noch vor wenigen Jahren ein potenziell lebensgefährliches Problem im Bereich von Windparks – verhindern kann.
Welche Chancen ergeben sich durch die Nutzung von Windenergie?
Als wichtiger Pfeiler der Energiewende eröffnet die Windenergie die Chance, emissionsfreien Strom aus erneuerbaren Energien zu produzieren und zur Absenkung des CO2-Ausstoßes beizutragen. Vor allem an bestimmten Standorten weht das ganze Jahr ein kräftiger Wind, der sauber in Energie umgewandelt werden kann. Das gilt sowohl für das Land (Onshore-Windenergie) als auch für das Meer (Offshore-Windenergie).
Neben weiteren erneuerbaren Energien ist die Nutzung der Windenergie somit eine hochpotente Möglichkeit, Klimaschutz durch Dekarbonisierung zu betreiben und dabei gleichzeitig dem steigenden Energiebedarf (z. B. durch E-Mobilität) Rechnung zu tragen.
Vor welchen Herausforderungen stehen Unternehmen bei der fortlaufenden Entwicklung von Windenergie?
Eine besondere Herausforderung liegt darin, die Windräder so zu konzipieren, dass sie weiterhin an Effizienz gewinnen, aber von der Bevölkerung auch akzeptiert werden. Der eingeschlagene Weg der Ertragssteigerung muss dabei fortgesetzt werden, da hierdurch die Anzahl an Windrädern in der Landschaft reduziert wird. Gleichzeitig müssen Windräder noch leiser werden, da die unvermeidbaren Schallemissionen doch als störend oder gar bedrohlich (Infraschall) wahrgenommen werden
Auch die Betriebssicherheit, vor allem in Bezug auf den Brandschutz, ist eine wichtige Zukunftsaufgabe. Als größte Herausforderung sehen Experten aber die Entwicklung adäquater Speichertechnologien für Windstrom, da deren Ermangelung aktuell als häufiges Gegenargument für den weiteren Ausbau angeführt wird. Weiterhin gilt es, Windkraft noch besser für den Offshore-Einsatz zu konzipieren, da die Akzeptanz hier größer ist. Das bedeutet, Windräder müssen in Sachen Fundament, Energieausbeute und Wartungsintensität noch besser auf ihren Einsatz auf hoher See vorbereitet werden.
Inwiefern hat Windenergie als erneuerbare Energie einen Einfluss für die Zukunft?
Von den Medien gerne als „Zugpferd der Energiewende“ betitelt, gilt die Windenergie neben der Solartechnik als die Stromgewinnung der näheren Zukunft[1]. Erst ein massiver Ausbau der Windkraft ermöglicht den weltweiten Ausstieg aus fossilen Energieträgern. Nicht zuletzt, weil CO2-freie Alternativen wie die Kernkraft teilweise unerwünscht und andere Lösungen, z. B. grüner Wasserstoff oder Flüssigsalzreaktoren zwar entwickelt, aber noch längst nicht alltagstauglich sind.
[1] Wille J. Klimaschutz – Streit um die Fläche für Windkraft: Klima-Studie zeigt eine Lösung auf. Frankfurter Rundschau, veröffentlicht am: 11.08.2020 https://www.fr.de/wirtschaft/klima-energie-windkraft-nachhaltigkeit-windenergie-90020892.html (Abrufdatum: 26.07.2021)
Welche Berufsgruppen sind an der Entwicklung und Herstellung von Windenergie beteiligt?
Die Windkraft ist eine Domäne der Ingenieursfächer. Ingenieure für Maschinenbau sind an der Entwicklung und Herstellung ebenso beteiligt wie Elektroingenieure. Gerade im Bereich Forschung und Entwicklung sind auch Physiker, Mathematiker und Chemiker involviert. Immer mehr an Bedeutung gewinnt auch der Beruf Elektroingenieur für Windenergie.
Für die Montage und Wartung kommen hoch qualifizierte Servicetechniker und Mechaniker mit den Spezialgebieten Energiegewinnung, Turbinentechnik und Anlagenhydraulik ins Spiel. Informatiker und weitere IT-Fachleute entwerfen die Steuerungssoftware und ermöglichen Technikern die Fernwartung der Windräder.
Mittelbar beteiligt sind zudem Meteorologen, Biologen und Landschaftsplaner. Ihre Aufgabe besteht darin, geeignete Standorte aufzuspüren, sie auf ihre Windhöffigkeit hin zu begutachten und etwaige Auswirkungen auf Ökologie und Landschaftsbild zu evaluieren.
Welche Aufgaben hat ein Elektroingenieur für Windenergie?
Ein Elektroingenieur für Windenergie hat die Aufgabe, die Windkraft von elektrotechnischer Seite zu erforschen, stetig weiterzuentwickeln, zu konstruieren und letztendlich zu installieren. Gemeinsam mit Maschinenbauingenieuren arbeiten sie an neuen technischen Lösungen, um die Windenergie weiter
zu verbessern und deren Akzeptanz in der Öffentlichkeit zu erhöhen. Auch die Planung von Windkraftanlagen sowie die Installation und Wartung der elektrischer Infrastruktur vor Ort fällt in das Aufgabenfeld dieser Berufsgruppe.
Über welche Kompetenzen sollte ein Elektroingenieur für Windenergie verfügen?
Grundvoraussetzung ist ein Abschluss in einem ingenieurwissenschaftlichen Fach. Einige Hochschulen bieten bereits spezielle Studiengänge für Windenergie an. Ein gutes Beispiel hierfür ist das Fach Windenergie-Ingenieurwesen an der Leibnitz Universität Hannover[1]. Lückenlose Kenntnisse über Turbinentechnik, Hydraulik und Energiegewinnung sind unverzichtbar, die Kompetenzen in Mathematik, Physik und Werkstoffkunde müssen überdurchschnittlich hoch sein.
Der Elektroingenieur für Windenergie ist naturgemäß bestens vertraut im Lesen, Verstehen und Erstellen elektrischer Schaltpläne. Bestens Bescheid wissen sollten die Kandidaten auch in anderen Energietechniken wie Photovoltaik, Erdwärme oder Kernkraft, aber auch Elektrotechnik allgemein.
Auch eine Reihe an Soft Skills sollten die spezialisierten Ingenieure mitbringen, darunter problemlösendes und vernetztes Denken, Stressresistenz und Kreativität. Wer häufig an öffentlichen Diskursen teilnimmt, sollte über eine gewisse Frustrationstoleranz verfügen, werden die Themen Windkraft und Klimawandel doch leidenschaftlich, teils emotional und mitunter sogar unsachlich geführt.
Weil die Windenergie ebenso wie die Erderwärmung keine nationale Angelegenheit ist, sind fließende Englischkenntnisse unverzichtbar. Fähigkeiten im Bereich IT und Wirtschaft sind zumeist ebenfalls gewünscht.
In welchen Branchen und Unternehmen kommt ein Elektroingenieur für Windenergie zum Einsatz?
Die wichtigsten Arbeitgeber sind Windkraftunternehmen, die Windräder entwickeln, bauen und vermarkten. Doch auch in der Verwaltung, wo Genehmigungsverfahren für Windenergieprojekte laufen, sind Elektroingenieure für Windenergie beschäftigt. Das gilt auch für Institute und Hochschulen, an denen intensiv zur Stromerzeugung von morgen geforscht wird.
[1] Windenergie für Ingenieure. Ingenieur-Windenergie.de http://ingenieur-windenergie.de/ (Abrufdatum: 26.07.2021)
