Windräder, der falsche Traum von der Gratis-Energie
von Reinhard Irsigler
Der Gedanke der Nutzung von freier Energie aus der Umwelt hat etwas verführerisches, zumal sicher jede Einsparung von fossilen Brennstoffen sinnvoll ist und zu begrüßen wäre. In der Vergangenheit wurde ja auch mit Segelschiffen gereist und mit Wind Getreide gemahlen.
Wir leben jedoch in einer empfindlichen und winzigen, besonders aber Energie-armen Zone des Universums. Die Entstehung des Lebens und die Evolution ist außerhalb dieser Zone undenkbar. In dieser Zone über relevante Mengen an Energie verfügen zu können ist daher nur mit dem Zugriff auf akkumulierte und neutralisierte Energiespeicher möglich. Das sind die üblichen bekannten Substanzen wie Holz, Kohle, Öl und instabile Materie wie Uran etc. In Holz etc. wird über Jahre gespeicherte Sonnenenergie festgehalten und kann durch Verbrennen dann freigesetzt werden. Über Jahrtausende war das die einzige sichere Energiequelle der Menschen. Auch die potentielle Energie, die in Wasser gespeichert sein kann, ermöglichte schon über Jahrhunderte den Zugriff auf relativ sichere Energie. Erst seit wenige Jahrzehnten kann man aus Uran ungeheure Energien freisetzen.
Erkundigt man sich bei einem Deutschen Stromkunden, so bekommt man bestimmt nicht bestätigt, daß die freie Energie aus der Umwelt besonders günstig zu haben ist. Die Energiekosten sind mit Windrädern interessanterweise gestiegen, obwohl ja eigentlich Windenergie gratis zu haben sein sollte und man sogar -gegenüber vorher- auch noch fossile Energie einspart.
Offensichtlich ist die Windradindustrie so rasch gewachsen, daß ein Hinterfragen nicht mehr möglich war. Man kann sich vielleicht auch vorstellen, daß die Industrie lieber 30.000 Windräder fertigt, als vielleicht 10 konventionelle Kraftwerke?
Rechnen sich Windräder?
Ohne darauf einzugehen, ob und wem Windräder nützen, soll hier nur die Frage beschäftigen: gewinnt man die in Windräder investierte Erzeugungs-Energie durch den Betrieb wieder zurück?
Zur Klärung dieser Frage soll im Folgenden der Energieaufwand für die wesentlichen Komponenten eines Windrades untersucht werden: Als Beispiel soll ein Standard Windrad mit 3 MW Leistung dienen, was derzeit die häufigste Bauform zu sein scheint. Alle Angaben stammen aus dem Internet.
- Das Fundament: es werden Größen von 23 Meter Durchmesser und 3 Meter Tiefe für den Betonsockel angegeben. Dieser ist zwar dicht mit Bewehrungsstahl ausgestattet, für die Berechnung wird aber nur der Beton betrachtet.
- Der Turm: die häufigste Bauform ist ein Stahlrohr, das an die 100 Meter hoch ist. Der Turm muß mit den Verwindungen und Drehmomenten, die der Rotor verursacht, zurechtkommen, muß daher mit einer Wandstärke von ca. 3 cm ausgerüstet sein.
- Die „Gondel“ ist das windschnittige Gebilde an der Spitze des Turmes, das das Windrad trägt und in dem die Drehenergie mittels Generator in elektrische Energie gewandelt wird. Unter anderem steht da auch eine Scheibenbremse zur Verfügung, mit der die Flügel arretiert werden können.
- Schliesslich die drehbaren Flügel, die an die Narbe der Gondel geschraubt werden
Für diese 4 Komponenten sollen nun die Größenordnungen wie Abmessungen und Gewicht ermittelt werden. Dazu werden 3 (!) Klassen von Materialien betrachtet:
- Beton
- Stahl
- Glasfaserverstärkter Kunststoff
Zunächst werden die energetischen Werte der Grundmaterialien zusammengestellt (Quellenangabe) | |||||||||||||||
Stahl | |||||||||||||||
Energie für 1 Tonne: | 17,73 | GJ | |||||||||||||
5.711,11 | kWh | (=~Vier-Personenhaushalt/Jahr) | |||||||||||||
Spez. Gew | 7,90 | Gramm | |||||||||||||
Quellen: | |||||||||||||||
https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/E/energiewende-in-der-industrie-ap2a-branchensteckbrief-stahl.pdf?__blob=publicationFile&v=4 | |||||||||||||||
https://www.stahl-online.de/wp-content/uploads/WV-Stahl_Fakten-2020_rz_neu_Web1.pdf | |||||||||||||||
Zement (Beton) /t | |||||||||||||||
Energie f. 1 Tonne ca. | 900 | kWh | |||||||||||||
Spez.Gew. /ccm in g | 2,5 | Gramm | |||||||||||||
Quellen: | |||||||||||||||
https://www.wwf.de/fileadmin/fm-wwf/Publikationen-PDF/WWF_Klimaschutz_in_der_Beton-_und_Zementindustrie_WEB.pdf | |||||||||||||||
https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/E/energiewende-in-der-industrie-ap2a-branchensteckbrief-zement.pdf?__blob=publicationFile&v=4 | |||||||||||||||
Faserstoffe | |||||||||||||||
für 1 kg | 60 | kWh | |||||||||||||
spez. Gew./ccm | 1,5 | Gramm | |||||||||||||
Quellen: | |||||||||||||||
https://www.google.com/search?client=firefox-b-d&q=60+kWh+f%C3%BCr+ein+Kilogramm+Rotorblatt++ | |||||||||||||||
https://www.scinexx.de/dossierartikel/windenergie-viel-aufwand-geringe-ernte/ | |||||||||||||||
Aus den geometrischen Abmessungen wird der Materialaufwand berechnet und daraus der Gesamtenergieaufwand | |||||||||||||||
Fundament | |||||||||||||||
Durchmesser (m) | 22 | m | |||||||||||||
Tiefe (m) | 3 | m | |||||||||||||
Volumen (Kubik-m) | 1.140 | m3 | |||||||||||||
1 qm Beton (t) | 3 | t | |||||||||||||
Gewicht Beton-Sockel (t) | 2.850 | t | |||||||||||||
Energieaufwand Beton | 2.564.595 | kWh | |||||||||||||
2.565 | MWh | ||||||||||||||
Gerechnet ohne Bewährungsstahl | |||||||||||||||
Turm: | |||||||||||||||
Höhe: | 100 | m | |||||||||||||
Wandstärke cm | 3 | cm | |||||||||||||
Durchmesser (cm) | 400 | cm | |||||||||||||
Umfang: cm | 1.256 | cm | |||||||||||||
Vol 1 Ring 1m/3cm (ccm) | 376.800 | cm3 | |||||||||||||
Vol. Turm (Wand) | 37.680.000 | cm3 | |||||||||||||
Gewicht | 297.672.000 | Gramm | |||||||||||||
298 | t | ||||||||||||||
Energieaufwand | 1.700.038 | kWh | |||||||||||||
1.700 | MWh | ||||||||||||||
Gondel | |||||||||||||||
Gewicht | 100 | t | |||||||||||||
Energieaufwand | 7.900.000 | kWh | |||||||||||||
7.900 | MWh | ||||||||||||||
Vereinfacht wird hier nur der Energieaufwand zur Erzeugung von Stahl angesetzt (nicht: Kupfer, Aluminium…) | |||||||||||||||
Rotoren | |||||||||||||||
Gewicht/Stück | 25 | t | |||||||||||||
gesamt 3 | 75 | t | |||||||||||||
Energieaufwand | 4.500.000 | kWh | |||||||||||||
4.500 | MWh | ||||||||||||||
Anmerkung: Es wurden lediglich die Energieaufwände für die ERZEUGUNG der Materialien verwendet | |||||||||||||||
vernachlässigt sind also die Größen für Bearbeitung wie Walzen mit weiterer Erhitzung etc. | |||||||||||||||
Transport wird ebenfalls nicht berücksichtigt. | |||||||||||||||
Zusammenfassung aller Energieaufwendendungen: | |||||||||||||||
Gesamtenergieaufwand: | |||||||||||||||
Fundament | 2.565 | MWh | |||||||||||||
Turm | 1.700 | MWh | |||||||||||||
Gondel | 7.900 | MWh | |||||||||||||
Rotoren | 4.500 | MWh | |||||||||||||
Gesamt | 16.665 | MWh | |||||||||||||
Leistung Windrad bei 100% | 3 | MW | |||||||||||||
Amortisation (pro Jahr) | 5.555 | Stunden | |||||||||||||
bei 100% Auslastung | 0,6 | Jahre | 8760 | Std/Jahr | |||||||||||
bei 20% Auslastung | 3,2 | Jahre | |||||||||||||
CO2-Ausstoß | |||||||||||||||
CO2-Ausstoß/KWh | 500 | g | |||||||||||||
CO2-Ausstoß für 1 Windrad | 8.332.316.268 | g | |||||||||||||
8.332 | t | ||||||||||||||
das heißt, für die 30.000 existierenden Windrädern in Deutschland wurden | |||||||||||||||
249.969.488 | Tonnen CO2 | ||||||||||||||
Zur Produktion der Materialien ausgestoßen, ohne zunächst eine einzige Kilowattstunde Strom erhalten zu haben | |||||||||||||||
Kosten eines Windrades NUR nach Haushaltsstrompreis 0,30 €/kWh | |||||||||||||||
4.999.390 | Euro | ||||||||||||||
Alle Windräder | 1,49982E+11 | sind 140 Mrd € | |||||||||||||
pro Bundesbürger (80 Mio) | 1750 | € | |||||||||||||
Wir freuen uns über Ihren Kommentar, bitten aber folgende Regeln zu beachten:
Wenn der Inhaber von Enercon, Alois Wobben mit der Produktion von Windenergieanlagen mehrfacher Milliardär werden kann, dann sollte es doch möglich sein, günstiger an den Windstrom zu kommen? Oder ist es unabdingbar, dass dabei jemand zum Multimilliarder wird?
Bitte hier nur unter vollem Klarnamen posten, siehe Regeln.
Bei der Berechnung des CO2 Ausstoßea wurde m. E. deutlich übertrieben:
So beträgt der CO2 Ausstoß in Deutschland für Strom zwar 400g/kWh, für die Wärmeerzeugung, für Stahl und Zement aber sicherlich unter 200g/kWh (Berechnet wurde pauschal mit 500g/kWh
Mit diesen Werten sieht die Sache aber ganz anders aus
Würde der Autor bitte mal die (aus meiner Sicht) Fehler bezüglich Beton und Zement korrigieren!
Dies so stehen zu lassen untermauert nicht gerade die Seriosität.
Es gab mal so einen Spruch: Eins zu Acht wird auch noch hart..
1. Wie schon mitgeteilt: Hier nur unter vollem Klarnamen posten. Siehe Regeln.
2. Ihre Seriosität hätte untermauert, wenn sie die CO2 Emissionen des Beton anhand seiner Komponenten ermittelt und mitgeteilt hätten.
Admin, ich bitte Sie, weder bin der Verfasser noch bin ich dafür zuständig das hier nichts falsches verbreitet wird und schon gar nicht für Korrekturen zuständig. Aber Beton besteht nun mal nur zu +- max. 30% aus Zement und wiegt auch meist unter 2,7T / Kubik. Den Rest sollten Sie oder der Verfasser suchen und korrigieren
Da muss ich auch noch zum Dichter werden.
Eins zu acht
hält bis es kracht.
❗ Sättigung ❗
Hallo zusammen,
Ich bin weder Mathematiker noch Physiker, aber Elektriker. Also ein bisschen von dem was Rainer A. Stawarz da geschrieben habe ich verstanden.
Ein bisschen …
Lässt sich folgendes eventuell mit einfachen Worten erklären ?
Rainer A. Stawarz
» Untersucht wird das dynamische Verhalten von Erntefaktoren (EROI) „Erneuerbarer“ Energien, insbesondere Wind- und Solarkraft, hinsichtlich installierter Leistung.
Das Fazit der AG ist wirklich niederschmetternd für die Windkraft- und Solarindustrie – ja, man kann mit Fug und Recht von einem Super-GAU sprechen. Denn wie zuvor vermutet, hat sich der Negativtrend bei den χ-Koeffizienten auch in den Jahren 2019-2021 fortgesetzt. Folglich wird bereits der ungepufferte EROI mit zunehmendem Ausbau der „EE“ immer schlechter und zwar allem technischen und technologischen Fortschritt zum Trotz! Berücksichtigt man ferner noch die Pufferung (was eine anderweitige AG in ihrer Fortsetzung untersuchen wird), dürfte der Nachweis für eine „EE-Sättigung“ endgültig erbracht sein! Ein weiterer Zubau von Wind- oder Solar würde dann nahezu vollständig verpuffen und das viel apostrophierte Ziel „100% EE“ als physikalisch unerreichbar ausweisen. «
Nachtrag Januar 2022:
Wind: χ(2020)=+0.016; χ(2021)=-0.159
Solar: χ(2020)=-0.007; χ(2021)=-0.060
https://ssl.loggpro.net/rainer/?p=4803
Da ist überhaupt nix gesättigt, siehe BNetzA
Vielen Dank für den interessanten Start der Berechnungen und die erfreuliche Fehlerkultur. Besonders gut finde ich die Redaktion auf die Energiewerte, denn die bleiben auch wenn sich die Preise ändern.
Lustige Rechtschreibfehler, gerne auch durch Autokorrect verursacht, heben mit ihrem Schmunzelwert die Stimmung.
Könnte man die Quellen möglicherweise verlinken?
Danke für die akribische Aufstellung, aber bitte korrigieren Sie „Bewährungsstahl“ in „Bewehrungsstahl“!
Ist korrigiert. Danke.
+ + + „Windräder in Langenhorn“ als Bild-Unterschrift ?!? – DAS ist also KEINE FOTO-Montage ?!? – Bravissimo – und diese „DREH-Sterne“ stehen alle auf „öffentlichem“ Grund ?!? – Nein !?! – also auf „Bäuerlichen AckerFlächen“ – und da FLIESSEN wohl mehr PACHT-Erträge als überhaupt „reine“ STROM-Erträge !?! – Also ein HOCH auf den ehemaligen MdB Ruprecht Polenz (CDU) – mal auf Wiki gucken – brüllte ER noch im letzten Jahr auf DLF > ERD-ERHITZUNG < ins Mikro !!! – und ebenso bei der SPD in den „90ern“ war Hermann Scheer der LICHT-Strom-PAPST – DA haben die GRÜNEN noch „Frösche über die Straße getragen“ 😉
WENN der Turm mit knapp 300t Stahl und 1700MWh zu Buche schlägt
KANN die Gondel mit 100t Stahl nicht 7900MWh auf die Waage bringen….
…oder stehe ich auf dem Schlauch irgendwie?
Der Autor setzt Beton mit Zement gleich.
Das ist falsch.
Die Herstellung von Zement bedarf ca. 900kWh thermischer und 110 kWh elektrischer Energie.
Im Beton sind (massebezogen) 20-25% Zement enthalten.
Herr Irsigler sollte nachbessern.
Meine Überschlagsrechnung:
100m Windrad 3MWpk.
Kosten 3,3Mio. € – Noch ohne Subventionen (Konsumzwang)
x3 für Wartung, Betrieb, Entsorgung typ. Industrie = 10Mio. €
+100% externe Infrastruktur (+Quersubventionen usw.) = 13Mio.€ tot.
Energiemischpreis Großhandel 2 cent/kWh
13Mio. / 2cent * kWh = 650 Mio. kWh
650 Mio. kWh / 3MWpk = 217 kh = 9028 Tage.
Auslastung 10% von Ppk DE-weit => 90280 Tage = 247 Jahre Amortisationszeit.
Fazit: Der Strompreis müsste sich verzehnfachen, um eine Lebensdauer von z.B. 20 Jahre aufzufangen.
Interessante Gegenrechnung! Auch scheinen die 2 Ct/kWh realistischer als 30 Ct/kWh Endabnahmepreis, die für den Windmühlenbetreiber irrelevant sind.
Wo gibt’s denn diesen „Energiemischpreis Großhandel 2 cent/kWh“ ??
Beim link unten das Diagramm „Ab 2003“ öffnen. Ohne Ökowahnsinn betrüge der Strom Großhandelspreis heute rund 3 c/kWh. Kalorische Energie ist deutlich billiger. 2 c/kWh ist ein guter Richtwert als Mischpreis für einen Windrad-Bau. Interessant ist auch die Erkenntnis, dass bei einem Endkundenstrompreis von 30-50c/kWh für die Anlieferung von 1kWh rund 9kWh aufgewendet werden. Elektrische Energie ist extrem teuer, elektrisch Heizen oder Zwischenspeichern (Akku) ist praktisch energetischer Selbstmord. Ideal wäre direkter mechanischer Antrieb (Fabrik usw.). Man mache mal die gleiche Rechnung mit einem Tesla, aber vorher bitte hinsetzen. Hier der link: https://www.e-control.at/statistik/oeko-energie/aktueller-marktpreis-gem-par-20-oekostromgesetz-x
Auf dem von Ihnen verlinkten Diagramm „Ab 2003“ liegen doch aber alle Preise über 20€/MWh (2 ct /kWh)!!?
Das ist die elektrische Energie. Die Eskalation verdanken wir den Zwangsabgaben, bzw. Konsumzwang für Windräder, Photovoltaik, Speicher- und Regelenergie usw.. Mit Erneuerbaren könnte man kein Windrad usw. errichten. Der grösste Teil steckt in Hochtemperaturprozessen (Zement, Stahl, Metalle, Glas usw.). Bei den Kosten sind also Erdöl, Gas bzw. die erzeugten Treibstoffe dominant. Nehmen sie die 3c/kWh elektr. extrapoliert ohne Öko-Wahnsinn und runden sie auf 2c/kWh kalorisch dominant ab. Wenn ich ihnen jetzt jeden I-Punkt vorkauen muss, wird das eine mühsame Geschichte.
Ich frage meinen Stromgroßhändler auch immer, ob er „kalorisch dominant abrunden kann“ – aber der schaut mich dann immer an wie ein Auto…
Spaß beiseite: in den Jahren 2003 bis 2010 war der Anteil der Erneuerbaren ja noch verschwindend gering. Sie können daher nicht der Grund für den Preisanstieg sein. Alle staatlichen Abgaben werden zudem auf diese Preise aufgeschlagen – sie sind ja gar nicht Bestandteil der von Ihnen dargestellten Großhandelspreise!!?
Aehm…. 1,49982E+11 entspricht wohl eher 150 Mrd. Und 150 Mrd durch 80 Mio ist 1.875 Euro / Kopf (nicht 18.750, und auch nicht 17.500)
Sie haben recht. Ist korrigiert.
Dann hat Trittin ja doch fast recht gehabt: macht für jeden Bundesbürger 7,81 € im Monat oder 26 ct am Tag.
Eine kleine Kugel Eis.
Wenn’s denn so wäre
Bewährungsstahl ist nicht der kleine Bruder vom Diebstahl.
Er ist nicht vorbestraft und darf sich daher Bewehrungsstahl nennen.
Stimmt. Ist korrigiert.
Moin,
es sähe besser aus, wenn Bewehrungsstahl und Nabe richtig geschrieben würde.
Nichts für ungut, beste Grüße
V. Heidemann
Stahl
Energie für 1 Tonne:
17,73
GJ
5.711,11
kW
muss sicher kWh heißen.
Korrekt. Ist korrigiert. Danke
Wenn wir schon bei den physikalischen Einheiten sind:
Bei der Amortisation muss es heißen:
Leistung Windrad bei 100% 3 MW
(anstatt 3 MWh).
1. Bitte nur unter vollem Klarnamen posten, siehe Regeln.
2. Ich bin zwar mehrmals drüber gegangen, aber leider zu viel übersehen. Mia culpa
Mea culpa!
Eine ehrenwerte Rechnung, aber jeder Windkraftfreund wird wohl sagen: 249 Mio t CO2 über 20 Jahre Bauzeit verteilt sind pro Jahr rund 12,5 Mio t. Gemessen an Gesamtemissionen in diesem Zeitraum von jährlich zwischen 700 und 900 Mio t CO2 Emissionen in Deutschland ist das wirklich keine besondere Aufregung wert.
Sinngemäß verteilen sich die Kosten für die Errichtung aller Anlagen ebenfalls über 20 Jahre (selbstverständlich ist das eine vereinfachende Annahme), was zu einer jährlichen Belastung von 875 € je Bundesbürger führt oder knapp 73 € monatlich. Großzügig gerechnet nach Trittin ist das eine größere Kugel Eis (sogenannte Eisbombe).
Will sagen: die Kostentreiberei steckt im notwendigen Parallelbetrieb von Wind, PV und konventionellen Kraftwerken, wobei auf letztere nicht verzichtet werden kann, weil erstere nicht liefern, wenn es nötig ist.
Es fällt mir schwer das zu glauben. Ich finde aber auf Anhieb keinen Fehler.
Die Windradinustrie spricht von einer energetischen Amortisation nach 5 Monaten , siehe Link.
Wo liegt der Fehler?
https://www.windbranche.de/news/nachrichten/artikel-27684-wie-schnell-sich-siemens-windkraftanlagen-energetisch-amortisieren
@Winkler – ein TIPP-Fehler fiel Mir sofort ins Auge – Die Achse der Flügel schreibt sich N A B E – „N a r b e n“ ganz anderer Art hinterlässt dieser L U F T-Strom-MUMPITZ aber allemal !?! 😉
Bei dieser Rechnung wurde nur die Herstellung des Materials Berechnet, Transport, Montage, den Aushub für das Fundament, die extra Strassen samt Waldrodung und natürlich dem Abbau Wegtransport und Recycling (falls überhaupt möglich). Würde die Rechnung ganz anders aussehen. Und dann hätte wir immer noch kein Backup bei Windstille.
Der Fehler liegt im Berechnungsansatz selbst.
Herr Irsigler vergisst, dass in der Gondel für den Generator und in den Anschlussleitungen Kupfer (wo wird es wie gewonnen, wieviel wir benötigt?) benötigt und hergestellt werden muss.
Zudem verweist er selbst darauf, dass er nur einen Teil des verwendeten Materials zur Erstellung einer WKA in die Berechnung einbezogen hat, nicht aber das Umfeld.
Angenommen, die WKA wird 500m von einer Landstraße erbaut und 200km vom Standort der WKA befindet sich die Firma, die die WKA herstellt.
Um die Teile der WKA an den Errichtungsort zu bringen werden (lt. Enercon)
benötigt.
Das sind 66.000km nur für den Transport mit Spezialfahrzeugen und Sperrungen der Autobahnen und Landstraßen!
Nach der Erstellung der WKA wird der Kranstandplatz wieder zurückgebaut, evtl. werden auch die schwerlastfähigen Zuwegungen auf normale Zuwegungen zurückgebaut.
Aber damit ist noch immer nicht über den Rückbau der WKA gesprochen:
Die Zuwegungen können nicht zurück ebaut werden, da die Windräder jederzeit erreichbar sein müssen, da diese auch sehr reparaturanfällig sind!
In den Fundamenten sind hunderte Tonnen Bewehrungsstahl verbaut welche auch in der energetischen Betrachtung berücksichtigt werden müssen. Vom Rückbau der Anlagen wird auch nicht gesprochen (Die Flügel sind z.Z. noch gar nicht recycelbar.
Ein Fehler liegt im Gleichsetzen von Beton und Zement.