Der Ausbau der Erneuerbaren Energien ist aufgrund des Klimawandels
und der endlichen fossilen Ressourcen verbindlich festgelegt. Im
Rahmen der ökologisch und ökonomisch sinnvollen Lösungen bildet die
Windkraft zusammen mit der Photovoltaik sicherlich den Kern dieser
Energiesysteme. In Deutschland ist es gelungen, mit der Energiewende
eine starke Windindustrie mit inzwischen mehr als 150.000
Beschäftigten und einer Exportleistung von etwa 70 Prozent
aufzubauen. Deutschland steht an der technologischen Spitze in der
Welt und nimmt überproportional an den dynamisch wachsenden Märkten
teil. Welchen Stellenwert die Windenergie heute wirklich hat und
welche Rolle dabei der Werkstoff Kupfer spielt, diskutierten jetzt
Vertreter des Bundesverband WindEnergie (BWE) und des
Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES
auf Einladung des Deutschen Kupferinstituts. Fazit: Trotz zahlreicher
Hemmnisse wird es in Zukunft mehr und größere Windkraftanlagen geben,
um den steigenden Stromverbrauch zu decken – und Kupfer bleibt ein
unverzichtbarer Bestandteil dieser Hightech-Produkte.
Aktuelle Windturbinen sind die größten rotierenden Maschinen, die
der Mensch je gebaut hat. Heute haben Windenergieanlagen einen
Rotordurchmesser bis zu 180 Metern – Tendenz weiter steigend, denn
größere Rotordurchmesser verbessern die Wirtschaftlichkeit der Anlage
durch optimiertes „Abernten“ des Windes.
Dr. Anton Klassert, Geschäftsführer des Deutschen Kupferinstituts,
dazu: „Moderne Windkraftanlagen benötigen heute inklusive
Infrastruktur bis zu 30 Tonnen Kupfer, um zu funktionieren. In den
Ringgeneratoren großer Windräder sorgen Wicklungen aus bis zu
mehreren hundert Kilometern Kupferflach- und Runddraht für eine
umweltfreundliche Stromerzeugung. Die hervorragenden
Materialeigenschaften von Kupfer zeigen sich dabei vor allem beim so
genannten Kabel-Loop. Dieser gewährleistet, dass sich die Gondel samt
Rotorblättern in die von der Windrichtung abhängige, optimale
Stellung drehen kann, wobei starke Kräfte auf die Leitungen wirken.
Benutzt werden dafür spezielle Kupferleitungen der Klasse 5 und 6,
die mit einer spezifischen Verseilung der einzelnen Litzen
ausgestattet sind.“
Kupfer steckt ebenfalls in den Motoren, die die Rotorblätter in
ihrer Längsachse drehen und dadurch die Leistung entsprechend der
Windgeschwindigkeit regeln. Relativ viel Kupfer braucht auch die
Wicklung des Transformators, der die Windkraftanlage mit dem
Mittelspannungsnetz des Windparks verbindet. Hinzu kommen noch die
stromabführenden Kabel und Leitungen, die alle wichtigen Signale
übertragen.
Werkstoffverfügbarkeit garantiert technologische Weiterentwicklung
„Windenergieanlagen zählen zum klassischen Schwermaschinenbau und
zählen damit zur Kernkompetenz deutscher Industrieunternehmen“,
ergänzt Professor Andreas Reuter, Institutsleiter beim IWES.
„Wesentliche Rohstoffe für die Bauteile einer Windenergieanlage sind
Stahl, Glasfaserverbundwerkstoffe, Beton und Kupfer. Alle diese
Materialien sind in ausreichender Menge verfügbar. In den letzten
Jahren wurden für Generatoren vermehrt seltene Erden verwendet (z.B.
für Permanentmagnete). Hier hat es starke Preisschwankungen gegeben.
Technisch ist bei deren tatsächlich auftretender Verknappung die
Verwendung des klassischen Werkstoffes Kupfer jedoch ohne weiteres
möglich.
Die Verfügbarkeit der benötigten Rohstoffe für die Herstellung von
Windkraftanlagen scheint also nicht das Problem in der Diskussion um
deren Ausbau zu sein. Doch woran liegt es dann?
Dazu Jan Glahr, Vizepräsident im Bundesverband WindEnergie (BWE):
„Bei der Windenergie stehen wir vor allem vor den Herausforderungen
Netzausbau, Repowering und Strompreise. Verschiedene politische
Debatten haben den Netzausbau, insbesondere für die wichtigen
Nord-Süd-Trassen verzögert und gleichzeitig ein schwieriges
Akzeptanzumfeld geschaffen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und
Energie (BMWi) hat im September mit dem Impulspapier Strom 2030
klargestellt, dass der Netzausbau dem Ausbau Erneuerbarer Energien
folgen soll und nicht umgekehrt. Deutschland muss zudem ein Interesse
haben, das der Energieanlagenpark immer auf dem neuesten Stand ist.“
Nach Angaben des Fraunhofer-Instituts IWES liefern
Windenergieanlagen je nach Standort in Deutschland 2500 bis 4500
Volllaststunden: Durch sehr präzise Prognosetools kann die erwartete
Windstrommenge bereits für mehrere Tage im Voraus bestimmt werden.
Für den geplanten weiteren Ausbau der Windenergie werden durch diese
Eigenschaften der Speicherbedarf reduziert und die Stromkosten
gesenkt. Hochentwickelte Leistungselektronik der Turbinen ermöglicht
die Spannungsstabili-sierung des Netzes und verhindert Netzausfälle,
somit reduzieren sich auch langfristig die Netzausbaukosten.
Windenergie ist die günstigste Form der erneuerbaren Energien
Zum Thema Strompreise führt Reuter weiter aus: „Die Kosten der
Windenergie sind stark von den Windverhältnissen des geplanten
Standortes der Windenergieanlage abhängig. An sehr guten Standorten
kann derzeit eine kWh für ca. 2,5-4 EURcts produziert werden. In
Deutschland sind die Stromgestehungskosten deutlich höher, hier muss
mit 6-8 EURcts/kWh gerechnet werden. Im Offshore-Bereich sind die
Kosten noch höher – abhängig von der Entfernung zur Küsten zwischen
7-12 EURcts/kWh. In den letzten 20 Jahren haben sich die Kosten der
Windenergie jedoch im Schnitt halbiert; durch weitere Innovationen in
allen Technologiebereichen der Windenergie wird sich dieser Trend
fortsetzen.“
Dass Windkraft auf dem Vormarsch ist, zeigen die Zahlen:
Landbasierte Windkraftanlagen deckten 2015 bereits 12 Prozent des
deutschen Bruttostromverbrauchs; Offshore-Anlagen rund 1,4 Prozent –
mit steigender Tendenz. Dafür sorgen zurzeit rund 26.000 Anlagen mit
43.544 MW Leistung. Weltweit werden derzeit ca. 60 GW Windenergie pro
Jahr installiert. Legt man dafür einen mittleren Kupferanteil von 15
Tonnen pro Anlage und Infrastruktur zugrunde, so wurden allein in
Deutschland für Windenergie bislang fast 400.000 Tonnen Kupfer
eingesetzt.
„Entgegen allen Unkenrufen ist Kupfer kein „überholter“
Werkstoff“, fasst Klassert das Ergebnis aus Werkstoffsicht zusammen,
„sondern spielt in zukunftsträchtigen Anwendungen wie der Wind – oder
auch Solarenergie aufgrund seiner spezifischen Materialeigenschaften
eine entscheidende Rolle. Kupfer ist und bleibt der Motor technischer
Innovationen – und unterstreicht seinen Stellenwert als bedeutendstes
Funktionsmetall der Menschheit immer wieder aufs Neue.“
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