Methodik

Das hier berechnete Technische Windpotenzial ermöglicht eine landesweite und gemeindeweise Darstellung des durch moderne Windenergieanlagen erzielbaren Ertrags (Jahresarbeit in GWh Strom pro Jahr). Wesentliche Grundlage zur Ermittlung des Potenzials ist der vom TÜV SÜD 2011 erstellte Windatlas Baden-Württemberg. Bei diesem Potenzialatlas handelt sich um eine durch Geographische Informationssysteme (GIS) gestützte Analyse, die auf landesweit verfügbaren Geodaten basiert. Für die unterschiedlichen erneuerbaren Energieformen und Kriterien ist die Datenlage z. T. sehr heterogen. Die Methodik setzt auf einer Reihe von Annahmen und Verfahren auf, die im Folgenden dargelegt werden.

Bei der Ermittlung der für die Windenergienutzung geeigneten Flächen und bei der Berechnung des möglichen Energieertrags wurde außerdem in Anlehnung, aber nicht deckungsgleich mit dem Windenergieerlass ein umfangreicher Kriterienkatalog angewendet. Allerdings sind nicht alle wünschenswerten Informationen landesweit und aktuell verfügbar bzw. quantifizierbar. Verschiedene Daten bedürften zudem einer detaillierten orts- und fallbezogenen Prüfung. Zwecknotwendigerweise beruhen der Energieatlas und seine kartographischen Übersichtsdarstellungen deshalb teilweise auf Vereinfachungen.

Unter anderem konnten folgende Kriterien bei der Potenzialermittlung nicht herangezogen werden: Die geplanten Bauflächen, das Landschaftsbild und der Denkmalschutz, regionalplanerische Festlegungen (z. B. Grünzüge), der nicht-gebietsbezogene Artenschutz, der Generalwildwegeplan, Bodenschutzwälder, Erholungswälder mit Rechtsverordnung, militärischen Restriktionen sowie der behördliche und private Richtfunk. Naturparke wurden lediglich entsprechend der z. T. überlagernden Schutzgebietsregelungen berücksichtigt.
 

Technisches Potenzial

Abbildung: Vorgehensweise bei der Ermittlung des Technischen Windenergiepotenzials

Ermittlung der Potenzialflächen

Zur Berechnung des Windpotenzials wurden zunächst anhand des Kriterienkatalogs die Flächen innerhalb Baden-Württembergs ermittelt, die grundsätzlich für die Gewinnung von Windenergie in Frage kommen ("überwiegend geeignete" sowie "bedingt geeignete" Flächen). Dagegen ist die Errichtung von Windkraftanlagen in den als "überwiegend ungeeignet" klassifizierten Gebieten in der Regel nicht möglich. Parallel zu diesem Prozess wurden entsprechend den Vorgaben des Windenergieerlasses die Flächen ausgewählt, für die im Windatlas in einer Höhe von 100 m über Grund eine mittlere Windgeschwindigkeit von mindestens 5,25 m/s ausgewiesen ist. Da moderne Anlagen inzwischen meist eine höhere Nabenhöhe aufweisen, wurde anschließend innerhalb der ausgewählten Flächen die Windgeschwindigkeit in 140 m Höhe ermittelt. Für die weiteren Berechnungen kamen nur Flächen in Betracht, für die diese Geschwindigkeit mindestens 5,50 m/s beträgt. Auf Flächen mit geringeren Windgeschwindigkeiten ist ein wirtschaftlicher Betrieb eher unwahrscheinlich.

Die Verschneidung der geeigneten Flächen mit den windhöffigen Flächen ergab die in vier Eignungsklassen eingeteilten Potenzialflächen, für die – nach Abzug der nötigen Abstandsflächen um bereits bestehende Windkraftanlagen – in einem weiteren Schritt das Windenergiepotenzial berechnet wurde:

  • Überwiegend geeignete Flächen: Potenzialflächen mit einer mittleren Windgeschwindigkeit von mindestens 6,00 m/s in 140 m Höhe über Grund ohne bekannte Einschränkungen bezüglich der Flächennutzung

  • Bezüglich Nutzung bedingt geeignete Flächen: Potenzialflächen mit bekannten Einschränkungen bezüglich der Flächennutzung und einer mittleren Windgeschwindigkeit von mindestens 6,00 m/s in 140 m Höhe über Grund

  • Bezüglich Wind bedingt geeignete Flächen: Potenzialflächen mit einer mittleren Windgeschwindigkeit von mehr als 5,50 und weniger als 6,00 m/s in 140 m Höhe über Grund ohne bekannte Einschränkungen bezüglich der Flächennutzung

  • Bezüglich Wind und Nutzung bedingt geeignete Flächen: Potenzialflächen mit bekannten Einschränkungen bezüglich der Flächennutzung und einer mittleren Windgeschwindigkeit von mehr als 5,50 und weniger als 6,00 m/s in 140 m Höhe über Grund

Kartendarstellung Potenzialflächen

Abbildung: Kartendarstellung der Potenzialflächen. Die Vergrößerung zeigt die verschiedenen Windgeschwindigkeitszonen innerhalb einer Potenzialfläche und die Standorte möglicher Windkraftanlagen innerhalb dieser Zonen
 

Simulationsverfahren zur Verteilung möglicher Windenergieanlagen

Um das verfügbare Windpotenzial möglichst effizient abschätzen zu können, wurde an der LUBW ein spezielles Simulationsverfahren entwickelt. Dabei werden softwaretechnisch zunächst die überwiegend geeigneten Potenzialflächen durch virtuelle Windenergieanlagen belegt, in einem weiteren Schritt dann auch die bedingt geeigneten Potenzialflächen. Das angewandte Verfahren orientiert sich an der Vorgehensweise bei der konkreten Anlagenplanung für zu erschließende Gebiete. Die bundesweite Potenzialstudie 2011 vom Bundesverband Windenergie sowie die 2012 veröffentlichte Windpotenzialstudie Nordrhein-Westfalen basieren auf ähnlichen Simulationsverfahren. Als Referenz wurde eine moderne Binnenlandanlage (ca. 3 MW und 100 m Rotordurchmesser) mit einer Nabenhöhe von 140 m verwendet.

Zwischen den einzelnen Windenergieanlagen wird ein Abstand des fünffachen Rotordurchmessers in Hauptwindrichtung (für Baden-Württemberg: Süd-West) und des dreifachen Rotordurchmessers in Nebenwindrichtung eingehalten. Damit kann die Verringerung der Windgeschwindigkeiten durch benachbarte Windenergieanlagen und die damit verbundene Ertragsminderung (sog. Parkwiderstand) reduziert werden. Entsprechend der angenommenen Referenzanlage mit einem Rotordurchmesser von ca. 100 m wird eine Ellipse mit einem Halbachsenabstand von 500 x 300 m konstruiert. Diese Ellipse gibt den Abstand zur nächsten theoretisch möglichen Windenergieanlage vor. Die Flächen um bereits bestehende Windenergieanlagen wurden bei dem Verfahrensschritt der Belegung ausgespart. Bei einer Fortschreibung der Modellrechnung ist allerdings vorgesehen, das sich durch Repowering ergebende Potenzial in die Gesamtbilanz mit einzubeziehen.

 Ellipsenbildung

Abbildung: Das beschriebene Verfahren der Ellipsenbildung mit den rechnerisch ermittelten Standorten für Windenergieanlagen in einem Kartenbeispiel


Die in der Abbildung dargestellten Ellipsenflächen dürfen sich überschneiden, da die definierten Abstände von 500 x 300 m für alle benachbarten Anlagen eingehalten werden. Das Windenergiepotenzial errechnet sich aus der festgestellten Anzahl von Anlagen, deren Leistungskennzahlen sowie den nach Windatlas zu erwartenden Windgeschwindigkeiten am jeweiligen Standort in 140 m Höhe. Zur Berechnung des technisch erzielbaren Jahresertrags aus der Leistung einer angenommenen Referenzanlage mittels eines mathematischen Verfahrens (Rayleigh-Verteilung) erhält man für die jeweiligen Windhöffigkeitsklassen die dort berechnete Vollaststundenzahl sowie die Jahresarbeit je Windenergieanlage.

 

Quellen:

Weiterlesen im Kapitel "Ausbaupotenzial"