Windenergieanlagen und Potenziale

Allgemeine Informationen

Was sind positive Umweltaspekte der Windenergie?

Windenergie steht prinzipiell unbegrenzt zur Verfügung. Deren Nutzung ist deshalb ein guter Ansatzpunkt zur Deckung des Stromverbrauchs aus erneuerbaren Energiequellen. In Baden-Württemberg uns gibt es viele Standorte mit Windverhältnissen, die für die Windstromerzeugung geeignet sind. Die technische Weiterentwicklung der Windenergieanlagen bewirkt, dass die Energieproduktion bei immer niedrigeren Windgeschwindigkeiten beginnen kann. Die Gewinnung von Windstrom im Binnenland hat den Vorteil, dass der Strom direkt in räumlicher Nähe zu den großen Industriekunden und zu den süddeutschen Ballungsräumen erzeugt wird.
Die Nutzung von Windstrom senkt die Emissionen von Treibhausgasen und Windenergieanlagen haben eine positive Energiebilanz, denn Windräder erzeugen schon nach etwa einem Jahr Laufzeit mehr Energie als Herstellung, Logistik, Aufbau, Wartung und Entsorgung Windräder insgesamt benötigen. Auch Strom aus Windkraft ist langfristig günstiger als Strom aus konventioneller Erzeugung.

Daten und Kriterien

Die Daten der bestehenden und genehmigungsbedürftigen Windenergieanlagen werden regelmäßig von den Genehmigungsbehörden (im Regelfall Immissionsschutzbehörde oder Gewerbeaufsicht) erfasst und aktualisiert. 

Wie wurde die Potenzialanalyse durchgeführt?

Bei der Potenzialanalyse wurde mithilfe eines auf Geodaten basierenden Verfahrens das Windenergiepotenzial in Baden-Württemberg ermittelt. Dabei wurden bestimmte technische, infrastrukturelle, rechtliche, wirtschaftliche und ökologische Vorgaben und Annahmen berücksichtigt. Wesentliche Grundlage für die notwendigen Analysen waren dabei überwiegend landesweit verfügbare Geodaten. Lokale Gegebenheiten und Abwägungsentscheidungen können in einem landesweiten Berechnungsmodell naturgemäß nicht oder nur bedingt berücksichtigt werden. 

Durch die räumliche Verschneidung der nach dem Windatlas Baden-Württemberg als windhöffig anzusehenden Flächen (mindestens 215 Watt pro Quadratmeter (W/m²) in 160 Meter (m) Höhe über Grund) mit Ausschlussflächen und Restriktionsflächen, wurden Windpotenzialflächen ermittelt, die in zwei Kategorien unterschieden werden können:

• Bezüglich Windhöffigkeit geeignete Flächen: Flächen mit einer mittleren gekappten Windleistungsdichte von mindestens 215 W/m² in 160 m Höhe über Grund, die nicht innerhalb von Ausschluss- und Restriktionsflächen liegen. In den Karten werden diese Flächen als "geeignet" bezeichnet.
• Bezüglich Windhöffigkeit geeignete Flächen mit Flächenrestriktionen: Flächen mit einer mittleren gekappten Windleistungsdichte von mindestens 215 W/m² in 160 m Höhe über Grund, die nicht innerhalb von Ausschlussflächen liegen, deren Nutzungsmöglichkeit für Windenergieanlagen aufgrund bekannter Flächenrestriktionen jedoch im Einzelfall besonders zu prüfen ist. In den Karten werden diese Flächen als "bedingt geeignet" bezeichnet.

Was sind die Ergebnisse der Potenzialanalyse?

Aus der Potenzialanalyse ergibt sich für Baden-Württemberg rechnerisch eine Gesamtfläche von etwa 419.000 Hektar (ha), die über ein ausreichendes Windangebot verfügt und keinen Ausschlusskriterien unterliegt. Dies entspricht etwa 11,8 Prozent (%) der Fläche Baden-Württembergs. Von dieser Gesamtfläche werden etwa 220.000 ha (6,2 % der Landesfläche) als bezüglich Windhöffigkeit geeignete Flächen und 199.000 ha (5,6 % der Landesfläche) als bezüglich Windhöffigkeit geeignete Flächen mit Flächenrestriktionen eingestuft.

Daten und Kriterien

Zur Ermittlung der Windpotenzialflächen wurden Daten aus den folgenden Quellen herangezogen:

Zusätzlich zu den oben genannten Datenquellen wurden für die Potenzialanalyse auch Flächennutzungspläne aus dem Automatisierten Raumordnungskataster (AROK) genutzt, um Innen- und Außenbereiche abzugrenzen. Außerdem wurden die im gemeinsamen Erlass des Umwelt- und des Wirtschaftsministeriums [107 KB; PDF] festgelegten Koordinaten berücksichtigt, die einen 5.000-Meter-Radius um das geowissenschaftliche Gemeinschaftsobservatorium Schiltach definieren.

Berechnungen und Modelle

Was ist die Grundlage für die Berechnung der Windpotenzialflächen?

Die wesentliche Grundlage für die Berechnung der Windpotenzialflächen ist die Berücksichtigung des 2019 neu erstellten Windatlas Baden-Württemberg. Anhand der darin enthaltenen Daten wurden zunächst die Flächen in Baden-Württemberg ausgewählt, deren zu erwartendes durchschnittliches Windaufkommen (Windhöffigkeit) einen wirtschaftlichen Betrieb neu zu errichtender Windenergieanlagen erlaubt. Als bezüglich der Windhöffigkeit geeignete Flächen wurden alle Bereiche Baden-Württembergs mit einer mittleren gekappten Windleistungsdichte von mindestens 215 W/m² in 160 m Höhe über Grund definiert. Flächen mit einer geringeren Windhöffigkeit wurden im weiteren Verlauf der Potenzialanalyse nicht mehr berücksichtigt .

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Flächen mit einer mittleren gekappten Windleistungsdichte von mindestens 215 W/m² in 160 m Höhe über Grund

Was beinhaltet der Kriterienkatalog?

Zur Berücksichtigung bestimmter technischer und rechtlicher Aspekte, wie zum Beispiel bau-, natur-, artenschutz- und immissionsschutzrechtlicher Vorgaben, die bei der Errichtung von Windenergieanlagen beachtet werden müssen, wurde vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg und der LUBW Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg ein Kriterienkatalog [25 KB; PDF] erarbeitet. Dieser umfasst ungefähr 40 relevante Kriterien, die in vier Kategorien "Siedlung", "Infrastruktur", "Freiraum" und "Turbulenzen" unterteilt sind. Dabei wird zwischen Ausschlusskriterien (im Katalog rot hinterlegt dargestellt) und Restriktionskriterien (gelb hinterlegt) unterschieden. Innerhalb von Ausschlussflächen dürfen in der Regel keine Windenergieanlagen errichtet werden. Innerhalb von Restriktionsflächen gibt es unter Umständen bestimmte Einschränkungen, die bei Planung, Errichtung und Betrieb von Windenergieanlagen berücksichtigt werden müssen. Die folgende Abbildung zeigt beispielhaft einen Ausschnitt Baden-Württembergs mit den zusammengefassten Ausschluss- und Restriktionsflächen. Insbesondere für die Windenergienutzung ausgeschlossene Siedlungs- und Infrastrukturflächen lassen sich darin direkt erkennen.

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Für die im Katalog aufgeführten Kriterien stehen landesweit flächendeckend qualitätsgesicherte und aktuelle Geodaten zur Verfügung. Diese ermöglichen die Berücksichtigung der Kriterien in einem GIS-gestützten Analyseverfahren. Leider sind nicht alle relevanten Informationen landesweit und aktuell verfügbar bzw. quantifizierbar. Aus diesem Grund beruhen die Ergebnisse der Potenzialanalyse und deren kartographische Übersichtsdarstellungen teilweise auf Vereinfachungen. So konnten zum Beispiel geplante Bauflächen, der Denkmalschutz, regionalplanerische Festlegungen, wie regionale Grünzüge, der nicht gebietsbezogene Artenschutz, Bodenschutzwälder, Erholungswälder mit Rechtsverordnung, militärische Restriktionen sowie der behördliche und private Richtfunk nicht berücksichtigt werden. Naturparke wurden lediglich entsprechend der zum Teil überlagernden Schutzgebietsregelungen berücksichtigt.

Wie wurden die Windpotenzialflächen ermittelt?

Durch die räumliche Verschneidung der bezüglich der Windhöffigkeit geeigneten Flächen aus dem Windatlas mit den im Kriterienkatalog definierten Ausschluss- und Restriktionsflächen ergeben sich die in zwei Eignungsklassen unterscheidbaren Potenzialflächen (siehe Abbildung unten):

• Bezüglich Windhöffigkeit geeignete Flächen: Flächen mit einer mittleren gekappten Windleistungsdichte von mindestens 215 W/m² in 160 m Höhe über Grund, die nicht innerhalb von Ausschluss- und Restriktionsflächen liegen. In den Karten werden diese Flächen als "geeignet" bezeichnet.

• Bezüglich Windhöffigkeit geeignete Flächen mit Flächenrestriktionen: Flächen mit einer mittleren gekappten Windleistungsdichte von mindestens 215 W/m² in 160 m Höhe über Grund, die nicht innerhalb von Ausschlussflächen liegen, deren Nutzungsmöglichkeit für Windenergieanlagen aufgrund bekannter Flächenrestriktionen jedoch im Einzelfall besonders zu prüfen ist. In den Karten werden diese Flächen als "bedingt geeignet" bezeichnet.

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Wie liegen die Ergebnisse vor? 

Für die Gebietseinheitsebenen Gemeinde, Kreis, Region, Regierungsbezirk und Land liegen die folgenden Informationen jeweils für die bezüglich Windhöffigkeit geeigneten Flächen, die bezüglich Windhöffigkeit bedingt geeigneten Flächen und die entsprechende Gesamtsumme vor:

• Flächengröße der Potenzialflächen,
• Flächenanteil der Potenzialflächen an der Gebietseinheitsfläche,
• Anzahl der innerhalb der Potenzialflächen rechnerisch maximalen Windenergieanlagen,
• rechnerisch maximaler Netto-Jahresstromertrag dieser Windenergieanlagen (siehe Abbildung unten).

Im Hauptteil des Energieatlas werden die Daten aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für die drei Ebenen Gemeinde, Kreis und Region präsentiert. Im Erweiterten Daten- und Kartendienst der LUBW können die Daten auf allen Gebietseinheitsebenen ausgewertet werden.

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Berechnungen und Modelle

Wie wurde die Verteilung möglicher Windenergieanlagen bestimmt?

Mithilfe eines Simulationsverfahrens wurde abgeschätzt, wie viele Windenenergieanlagen eines repräsentativen Anlagentyps rechnerisch maximal innerhalb der ermittelten Windpotenzialflächen platziert und welcher maximale Netto-Jahresstromertrag erzielt werden könnte. 

Für diesen repräsentativen Anlagentyp wurde eine Referenzanlage mit einer Nabenhöhe von 160 m und einem Rotordurchmesser von 150 m definiert. Für den rechnerisch maximal erzielbaren Jahresstromertrag dieser Anlage an einem spezifischen Standort wurden die im Windatlas für die Referenzanlagen Vestas V150 mit 4,2 MW und ENERCON E-138 EP3 E2 mit 4,2 MW berechneten Ertragswerte gemittelt. Zur Berücksichtigung von Verlusten - beispielsweise durch Abschattungseffekte benachbarter Anlagen im Windpark oder Betriebseinschränkungen aller Art - wurden von diesem Mittelwert pauschal 10 % abgezogen. Das Ergebnis stellt den rechnerisch maximalen Netto-Jahresstromertrag dar.

Die Platzierung der Referenzanlagen innerhalb der Potenzialflächen wurde wie folgt durchgeführt:
Im ersten Schritt wurden Anlagen innerhalb der bezüglich Windhöffigkeit geeigneten Flächen (ohne Flächenrestriktionen) platziert. Dabei wurden zuerst die sich aus den Daten des Windatlas ergebenden Teilflächen mit den höchstmöglichen Jahresstromerträgen (höchste Jahresertragsklasse) belegt, anschließend die Teilflächen der zweithöchsten Jahresertragsklasse und so weiter. Nach Belegung sämtlicher Potenzialflächen ohne Restriktionen durch Anlagen wurde dasselbe Verfahren für die bezüglich Windhöffigkeit geeigneten Flächen mit Flächenrestriktionen durchgeführt.

Um die Verringerung der Windgeschwindigkeiten durch benachbarte Windenergieanlagen und die damit verbundene Ertragsminderung (sogenannter Parkwiderstand) zu reduzieren, wurde zwischen den zu platzierenden Anlagen ein Abstand des fünffachen Rotordurchmessers in Hauptwindrichtung (in Baden-Württemberg: Süd-West) und des dreifachen Rotordurchmessers in Nebenwindrichtung eingehalten. Entsprechend der definierten Referenzanlage mit einem Rotordurchmesser von 150 m wurde dazu eine Ellipse mit einer großen Halbachse von 750 m und einer kleinen Halbachse von 450 m konstruiert. Diese Ellipse gibt den Abstand zur nächsten theoretisch möglichen Windenergieanlage vor. Bereits bestehende Windenergieanlagen wurden dabei nicht berücksichtigt. Das sich durch Repowering ergebende Potenzial ist somit in die Gesamtbilanz miteinbezogen. Potenzialflächen mit einer Flächengröße von weniger als 0,25 ha wurden bei der Platzierung von Anlagen nicht berücksichtigt. Ein durch den Bau von mehreren benachbarten Anlagen in der Nähe von Siedlungen ggf. notwendiger vergrößerter Schallschutzabstand wurde bei der Potenzialanalyse nicht berücksichtigt, da dieser erst bei der konkreten Planung von Windenergieanlagen bestimmt werden kann.

Abbildung 5 zeigt exemplarisch mehrere unter Berücksichtigung der Abstandsellipsen ermittelte Anlagenstandorte innerhalb von Flächen, die bezüglich Windhöffigkeit geeignet sind (grün), und Flächen, die bezüglich Windhöffigkeit geeignet sind, jedoch Flächenrestriktionen unterliegen (gelb). Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung der bei der Platzierung der Anlagen ebenfalls berücksichtigten unterschiedlichen Jahresertragsklassen innerhalb der geeigneten Flächen verzichtet.

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Innerhalb von Potenzialflächen ermittelte Windenergieanlagen-Standorte mit den jeweiligen Abstandsellipsen