Da derzeit nur wenig Informationen über Kleinwindkraft (KWK) vorhanden sind und unseriöse Angebote mit überschätzten Erträgen und nicht verifizierten Angaben bzw. utopische Architekturentwürfe kursieren, hat Alexander Wagner von der AEE NÖ-Wien versucht den aktuellen Stand der Forschung in diesem Bereich zu recherchieren und die Ergebnisse zusammengefasst.

Technik

Das derzeitige Design von KWK- Turbinen, adaptiert von Großturbinenanlagen, ist auf ein ungestörtes, turbulenzfreies Strömungsfeld optimiert. Die Erfahrung zeigt, dass KWK- Anlagen schlecht platziert werden wie z.B. in zu geringer Höhe oder hinter Hindernissen. Außerdem lassen Qualitätsprobleme wie Lärm, Vibrationen, Ausfälle, Bruch und geringe Lebensdauer diese Technik unseriös erscheinen (WINEUR, 2007). Es besteht der Bedarf einer Qualitätssicherung in Form von Normen und Abnahmeprotokollen für Bereiche wie z.B. Leistungsmessung, Lärmemission oder Vibration. Turbulenzen, hervorgerufen durch Hindernisse, stellen hohe Anforderungen an Turbinen und vermindern die Energieerträge, im Besonderen, wenn die Turbine nicht gleich auf die Richtungsänderung reagiert. Dies ist vor allem ein Problem bei horizontalen Windkraftanlagen, weniger bei vertikalen Windkraftanlagen.

Ertrag

Noch gibt es zu wenige Daten über tatsächliche Erträge von KWK- Anlagen im verbauten Gebiet. Einerseits sind erst wenige Anlagen in Betrieb, andererseits ist es aufgrund der auftretenden Windverhältnisse, die vom Standort abhängen, nur schwer abschätzbar mit welchem Energieertrag gerechnet werden kann.  Oft werden Erträge von Anlagen mit Durchschnittswindgeschwindigkeiten berechnet, wobei dieses Vorgehen verfälschte Ergebnisse liefert. Da die Geschwindigkeit zur 3. Potenz in die Leistung eingeht, besteht ein beträchtlicher Unterschied ob immer 5 m/s oder 10 und 0 m/s je zur Hälfte der Zeit auftreten. Die Häufigkeitsverteilung hat eine hohe Wichtigkeit, betont Hans Winkelmeier von der Energiewerkstatt. Laut Angaben von BWEA liegt die Durchschnittswindgeschwindigkeit im verbauten Gebiet in einer Höhe von 10m zwischen 4,5 – 6 m/s. Unter Annahme einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 5,5 m/s ist ein Ertrag von ca. 150 – 400 kWh/m²/a zu rechnen (WINEUR, 2007). Im Vergleich liefern Großturbinen 800 – 1200 kWh/m²/a.

Wirtschaftlichkeit

Sauter et al. (2006) führten eine Wirtschaftlichkeitsberechnung mit folgenden Annahmen durch: Windturbine 7 m über Grund, durchschnittliche Windgeschwindigkeit im Stadtgebiet 2,7 – 4 m/s. Eine 1 kW- Anlage produziert somit am jeweiligen Standort 130 – 1000 kWh pro Jahr. Im Vergleich produziert eine 1,5 kW- Anlage an den gleichen Standorten 420 – 1700 kWh pro Jahr. Das Ergebnis der Untersuchung brachte, dass solche Investitionen derzeit noch unwirtschaftlich sind. Bei KWK- Anlagen sind Volllaststunden von 300 bis 1000 Stunden realistisch (IGW, n.d.). Die niedrigen Windgeschwindigkeiten im verbauten Gebiet verlangen, dass Windturbinen eine niedrige Anlaufgeschwindigkeit und eine Nennleistung bei möglichst geringer Geschwindigkeit haben sollen; und es ist aber von Vorteil, dass Anlagen auch noch bei hoher Windgeschwindigkeit arbeiten (WINEUR, 2007). Bei der Platzierung von KWK- Anlagen im verbauten Gebiet ist der Standort deshalb genau zu untersuchen. Im Idealfall gibt eine einjährige Windmessung Aufschluss über realisierbare Erträge.

Kosten

Die Gesamtkosten für KWK-Anlagen liegen im Bereich von 3.200 – 7.500 €/kW. Im Vergleich kosten Fotovoltaikanlagen ca. 6.200 €Referenzanlagen / Erfahrungen

Anlagen

• Bis Dezember 2006 wurden 56 KWK- Anlagen in Holland und 150 KWK- Anlagen in UK installiert (WINEUR, 2007)
• In einem laufenden Projekt werden die Energieerträge von 23 Kleinwindkraftanlagen (600-1.000 W) aufgezeichnet; Projektabschluss und -präsentation erfolgt im Jänner 2009 (Encraft, 2007).
• Die Firma Fortis Wind Energy gibt aktuelle Ertragsmessdaten ihrer Turbinen bekannt (Fortis Wind Energy, 2008).
• Der Selbstbauer Zotlöterer (2008) hat die Turbinen auf die vorherrschende Durchschnittsgeschwindigkeit optimiert: Nennleistung, Rotordesign, Rotorfläche, Anlaufgeschwindigkeit.
• Recht

Obwohl die Bewilligung von Anlagen rechtlich geklärt ist, sind diese Aufgrund von Akzeptanz und geringer Erfahrung schwierig durchzusetzen. In Bezug auf Akzeptanzprobleme werden Reflexion, Schattenwurf, Lärm, Sicherheit und visueller Aspekt genannt (WINEUR, 2007).

Ausblick

Aufgrund weiterführender Forschung sind Szenarien zur Abschätzung des möglichen Potentials von KWK- Anlagen bei Verbesserung verschiedener Faktoren (Turbinendesign, Standortwahl, etc.) zu erwarten. Als besonders interessant scheint eine Integration von Kleinwindturbinen in bzw. auf Gebäude zu sein, da in diesem Bereich bei entsprechender strömungsgünstiger Gestaltung höhere Windgeschwindigkeiten auftreten als im „freien Feld“. Die AEE NÖ-Wien ist Partner beim Projekt IPPONG „Einsatz von numerischer Strömungssimulation zur optimalen Positionierung von Kleinwindkraftanlagen im städtischen Bereich“, welches von „arsenal research“ beim Forschungsprogramm „Neue Energien 2020“ eingereicht wurde. Weiters führt die AEE NÖ-Wien im Auftrag der Geschäftstelle für Energiewirtschaft der NÖ Landesregierung eine Erhebung bestehender Kleinwindkraftanlagen in NÖ durch.

www.kleinewindkraft.at
www.aee.at
www.fortiswindenergy.com