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Schattenwurf von Windkraftanlagen

Schattenwurf einer Windkraftanlage, Skizze: Roland Fischer, GNU, CC-BY-SA-2.0-DE, wikimedia commons

     anschauliches Beispiel des Stroboskop-Effekts einer Windkraftanlage

Das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft in Baden-Württemberg räumt ein, dass der Schattenwurf von Windkraftanlagen durch die sich drehenden Rotorblätter als besonders belastend empfunden wird. Von einer erheblichen Belästigung geht das Ministerium aus, wenn die täglichen Immissionsrichtwerte von 30 Minuten pro Tag überschritten werden. Bei Überschreitung dieser Zeit muß die Windkraftanlage abge-schaltet werden. Und zwar solange, wie der Schatten auf den Immissions-punkt fällt. 

Doch was ist der Schattenwurf eigentlich und wie entsteht er?

Beim Schattenwurf handelt es sich um den von Rotor und Turm erzeugten Schattenwurf, der während direkter Sonneneinstrahlung auf die Anlage auftritt. Unangenehm kann es werden, wenn periodische Helligkeits-schwankungen auftreten. Das wird im Video links recht deutlich. Das Auftreten des Schattenwurfs hängt von der Lage und der Höhe der Anlage sowie vom Tageszeitpunkt ab. 

Kurz nach Sonnenaufgang trifft der Schatten der Windkraftanlage in sehr weiter Enfernung in westlicher Richtung auf den Boden auf. Bei höher steigender Sonne rückt der Schatten näher an die Windkraftanlage heran und entfernt sich nachmittags wieder in östlicher Richtung. Die Beeinträchti-gungen sind daher um die Mittagszeit am höchsten. Viele Menschen reagier-en empfindlich auf die nervigen ständigen Hell-Dunkel-Lichteffekte.

Daher ist es wichtig, dass die Windkraftanlagen wegen Ihres Schattenwurfs aber auch wegen des Infraschalls weit genug von Wohnhäusern stehen sollten. Die bestehende 1000-Meter-Abstandsregel will die neue Bundes-regierung nunmehr aber aufheben, um die Zahl neuer Windkraftanlagen von derzeit rd. 30.000 auf 90.000 Anlagen zu erhöhen. Das verfolgte Ziel heißt Klimaneutralität bis 2030 (anstatt bis 2050) . Ein Kraftakt, der kaum gelingen dürfte.

Der geplante enorme Ausbau von Windkraftanlagen und die Verringerung der Abstandsflächen wird das Problem der sog. Wirbelschleppe u.E.n. erheblich verschärfen. 

klimatische Auswirkungen von Wirbelschleppen

grundlegende Erläuterung

Auswirkungen

Physikalisch bedingt unterliegt der maximale theoretische Wirkungsgrad einer Windkraftanlage nach dem sog. Betzschen Gesetz bei 59 % reiner Nutz-leistung. In Praxi muß man allerdings noch die Reibungs-, Umwandlungs-, Wärme-und Leitungsverluste hinzurechnen.

Stehen mehrere Onshore-Windkraftanlagen dicht beieinander, wird der rechnerisch mögliche Ertrag durch die gegenseitige Windverschattung weiter reduziert. Ein Teil der umgewandelten Energie wird über die Verlustwärme des Generators und der Trafostation am Boden an die Umgebungsluft abgegeben. Der nicht umgewandelte Energieanteil sorgt für Verwirbelung.

Es bilden sich sog. Wirbelschleppen. Das sind horizontale Tornados geringer Mächtigkeit. Die vertikale Durchmischung der Luft durch mehrere Windkraft-anlagen sorgt dafür, das die feuchte Luft aus den bodennahen Schichten in die höhere Schicht hinauf verwirbelt wird. Dabei kann es zur Auskonden-sation der Luftfeuchte in größerer Höhe kommen. Die Folge: die Luft erwärmt sich. Außerdem kann die Verwirbelung zur Zerstreuung von Wolkenfeldern führen. 

Das hört sich sehr theoretisch an, hat aber ganz handfeste Auswirkungen. So führt z.B. das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung schon seit mehreren Jahren einen sog. Dürremonitor. Dieser zeigt den Experten die verschiedenen Trocknungsgrade des Oberbodens und des Bodens in etwa 1,8 Meter Tiefe an.

Die Fachleute haben dabei herausgefunden, dass die Gebiete mit den trockensten Böden deckungsgleich sind mit der räumlichen Verteilung von Windkraftanlagen. Deckungsgleichheit mit der Niederschlagsverteilung be-steht dagegen nicht. Das ist Übrigens keine neue Erkenntnis. Schon in 2013 hat sich der wissenschaftliche Dienst des Deutschen Bundestages mit der Wirkung von Windkraftanlagen auf die Bodenfeuchte beschäftigt. Grüne Lobbyisten haben dann aber verhindert, das die Erkenntnisse in den Medien kommuniziert wird. Wir holen das an dieser Stelle daher nach. 

Auf hoher See können die Offshore-Windkraftanlagen infolge atmo-sphärischer Verwirbelung durch die Turbinenblätter einen Nachlauf (Wirbelschleppe) von bis zu 100 Kilometer erzeugen. Dabei wird der Luftstrom von den Windrädern gebremst und hinter den Rotorblättern verwirbelt.

Das muß man sich vereinfacht so vorstellen: Wind und Luft bestehen aus Molekülen. Diese schlagen auf das Windrad und auf den Turm auf. Dadurch werden sie gestoppt und ausgebremst. Die Bremswirkung ist flächendeckend noch bis zu 100 km Entfernung messbar. Auch Wirbelstürme werden ausge-bremst. Dadurch werden die Luftmassen gezwungen vor der Windturbine aufzusteigen. Das bewirkt eine Konzentration der Luftfeuchtigkeit und der Niederschläge.

Das „ausquetschen“ der Luftfeuchtigkeit wiederum bewirkt, das anderswo der Wind dann langsamer strömt. Heiße und trockene  Sommer  können eine Folge der massiven Abschöpfung von Windenergie aus der Atmosphäre sein. Das nennt die Fachwelt den Dürre-Effekt. Er lässt sich auch beim Pflanzen-wachstum beobachten, die in unmittelbarer Nähe zu einer Windkraftanlage stehen. Das Wachstum sinkt infolge der Wegnahme des Sonnenanteils durch die ständig rotierenden Rotorblätter. Welche weiteren Auswirkungen der Stroboskopeffekt auf die Vegetation hat, ist noch nicht hinreichend geklärt.   

Je nach Ausbaustufe der Windkraftanlage sorgt die Rotation für Nieder-schlagsverluste und eine Erhöhung der Temperaturen um 0,24 Grad. Bereits 2018 wurde dieser Sachverhalt in einer Studie des Institute of Atmospheric Physics der chinesischen Akademie der Wissenschaften  in Peking be-schrieben.( Huang et.al.)

weitere Nachteile

Neben dem Schattenwurf  und den Wirbelschleppen seien der  Voll-ständigkeit halber noch einmal die weiteren Nachteile von Windkraft-anlagen aufgezählt. (In unserem Archiv finden Sie etliche Beiträge zur Fragwürdigkeit der Windkraft als sichere Energiequelle der Zukunft.)  

Hierzu zählt der von uns bereits mehrfach beschriebene Infraschall sowie der Vogel-und Fledermausschlag in sechsstelliger Höhe pro Jahr. Die Verschandelung des Landschaftsbildes und die Zerstörung von Wald-und Ökohabitate durch Versiegelung von Flächen.

Neben diesen bekannten Nachteilen gibt es weitere Nachteile, die nur selten medial kommuniziert werden. Hierzu zählt z.B. der Eiswurf im Winter. Dabei werden die Eisplatten mit einer Größe von bis zu 1,50 Länge und 0,45 cm Breite weiträumig in die Landschaft geschleudert. Sie zerschellen meist auf Wanderwegen oder Gemeindestraßen. Hier macht das bisherige Abstandsgebot von 1000 Metern durchaus Sinn.

Mangelnde Wartung und Verschleiss führt dazu, dass das Getriebe in der Gondel Öl verliert und dann den Boden verseucht.

Elektrostatische Aufladungen führen zur Blitzschlaggefahr. Daher sind schon etliche Anlagen abgebrannt.

Ein weiterer Nachteil betrifft den Ausnutzungsgrad. Mit diesem wird an-gegeben, wieviel Prozent der theoretisch maximal möglichen Energie-menge einer Windkraftanlage eine jährlich bestimmte Leistung erbringen kann. 100 % würde bedeuten, das die Anlage über 8.760 Jahresstunden ihre volle Nennleistung erbracht hat.

Das kommt in der Praxis aber nicht vor. Je nach Anlagentyp und windgünstigem Standort fahren die Anlagen maximal 2000 Stunden im Jahr unter Volllastbetrieb. Das entspricht einem Ausnutzungsgrad von 23 %. Wohlgemerkt: unter optimalsten Bedingungen. Zum Vergleich: eine modernes Steinkohlekraftwerk hat einen Auslastungsgrad von rd. 48 % und kann ganzjährig unter Volllast betrieben werden. Außerdem produziert es auch noch Wärmeenergie und hat eine hohe Energiedichte. Daher benötigt es auch relativ wenig Platz. 

Und als Nachteil müssen auch die enormen Kosten für den Rückbau der Anlagen nach rd. 20 Jahren erwähnt werden.

Und nicht zu vergessen ist die Tatsache, dass volativer Strom nicht ständig zur Verfügung steht. Kein Wind, kein Strom und schon gar  keine Wärmeenergie.

FAZIT

Die Umwelt-und Wetterbelastungen durch Windkraftanlagen sind größer als man denkt. Die aufgeführten Nachteile sind in Summe und vor allem beim geplanten massiven weiteren Ausbau eine nicht zu unterschätzende Beeinträchtigung von Mensch, Tier und Natur. Die hohen Dauersubventionen stehen darüber hinaus in keinem angemessenen Verhältnis zum Energieertrag. Energiegewinnung durch Windkraft stellt also keine echte Alternative zur konventionellen Energieversorgung dar. Denn auch Windkraftanlagen benötigen zur Herstellung jede Menge fossile Energien.

Quellenhinweise:

Poppele,Frank, Rölleke, Frank: Umweltbelastung  durch Windkraftanlagen, wissenschaftl. Hausarbeit, Universität Mannheim, Mai 2005; Min. f. Umwelt, Klima und Energiewirtschaft, Grenzwerte zum Schattenwurf, um.baden-wuerttemberg.de vom 10.08.2021; Eike.de vom 07.08.2019 und 29.5.2021; Bild-Zeitung vom  16.11.20219; tichyseinblick.de vom 15.08.2021 sowie RK-Redaktion vom 14.01.2022

Fotonachweise:

Header: Molly Roselee, pixabay.com; Mitte: Wirbelschleppe-Karikatur: Mohamed Hassan, pixabay.com; Veränderung: Revierkohle

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