Geschichte der Windenergie: Zurück in die Zukunft
Schon vor über 2.000 Jahren nutzten die Perser die Kraft des Windes. Damals konnte niemand ahnen, wohin die Erfindung der einfachen Windmühlen eines Tages führen würde. Die simplen Persermühlen(öffnet im neuen Fenster) , die aus kaum mehr als Lehm, Holz und Stoff bestanden, entwickelten sich zu den heutigen computergesteuerten Hightech-Giganten, die die ganze Welt eines Tages mit sauberem Strom versorgen könnten.
Die Evolution der Windkraft war so erfolgreich, dass sich inzwischen in aller Welt die Räder drehen. Doch bis dahin war es ein weiter Weg – einer, bei dem es stets darum ging, die Grenzen des Machbaren zu erweitern, neue Technologien zu entwickeln, bessere Materialien zu finden und immer mehr Leistung aus den Anlagen herauszuholen.
Doch der Reihe nach. Die alten Gemälde von holländischen Windmühlen dürften vielen Lesern bekannt sein. Zu Tausenden drehten sich ihre Flügel, um die Niederlande zu entwässern, um Körner zu zerkleinern oder andere mechanische Arbeit zu verrichten. Die Gegend um Zaans bei Amsterdam soll im 18. Jahrhundert mit einer Ansammlung von rund 500 Mühlen das weltweit erste Industriegebiet gebildet haben.
Wind nimmt Arbeit ab
Die Windkraft spielte seit jeher eine elementare Rolle im Leben der Menschen – sie nahm ihnen harte Arbeit ab. Drehten sich die persischen Mühlen noch in der Vertikalen, so holten die Niederländer sie in die heute gewohnte Horizontale. Und mehr als das: "Diese Anlagen hatten fast alles, was moderne Maschinen haben, bis auf den Generator" , sagt Alois Schaffarczyk, Fachmann für Windturbinenaerodynamik an der Fachhochschule Kiel.
Doch plötzlich wurde es still um die Windfänger. Sie wurden verdrängt – erst von der Dampfmaschine, später vom Verbrennungsmotor. Fast schon kurios, dass ausgerechnet Windkraftanlagen heute als Klimaretter gelten. Sie sollen richten, was Kohle, Öl und Gas verbockt haben.
Von der Öffentlichkeit fast unbemerkt tauchte die Windkraft ungefähr gleichzeitig mit der Erfindung des Ottomotors Ende des 19. Jahrhunderts wieder auf. Es war die Zeit des elektrischen Stroms, erste Glühbirnen erhellten die Straßen, der Magnetismus beschäftigte die Wissenschaft.
Blyth machte Windstrom
Der schottische Erfinder James Blyth(öffnet im neuen Fenster) gilt als einer der ersten, die Elektrizität mittels Windkraft erzeugten. Im Juli 1887 soll erstmals Strom geflossen sein. Blyth speiste damit Blei-Akkumulatoren – so saß er abends nicht im Dunkeln und konnte bis spät in die Nacht arbeiten. Insgesamt zehn 25-Volt-Glühlampen leuchteten bei "moderater Brise" auf, schrieb der Erfinder.
Wie genau sein Windrad aussah, ist strittig.
Technik ist Evolution
In einem Brief vom 2. Mai 1888 an die Philosophische Gesellschaft beschrieb er es so: "Ein Dreibein, mit einem rund zehn Meter großen Rotor, vier je vier Meter langen Streben mit Baumwollsegeln daran und einem Bürgin-Dynamo, der vom Schwungrad über ein Seil angetrieben wird."
1891 kam die Stromwindkraft dann auch auf dem europäischen Festland an. Der dänische Physiker Poul la Cour(öffnet im neuen Fenster) errichtete auf dem Schulgelände von Askov eine Versuchsanlage. Er war es, der den Flügeln eine aerodynamische Form gab und ihre Anzahl reduzierte, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle zu beschleunigen – mehr Umdrehungen sind gut für den Generator.
"Natürlich sind all die Übergänge fließend. Entwicklungen wachsen selten auf dem Mist einzelner Erfinder, sondern vielmehr aus den Gedanken und Versuchen vieler" , sagt Schaffarczyk und ergänzt: "Technik ist Evolution."
Betz formulierte Gesetz für Flügel
In den Folgejahren boomte die Windkraft. Zahlreiche Wissenschaftler erforschten ihre Grundlagen. Einer von ihnen war Albert Betz(öffnet im neuen Fenster) , Leiter der Aerodynamischen Versuchsanstalt Göttingen. Er war maßgeblich an der Gestaltung der heutigen Flügelform beteiligt. Betz formulierte 1919 ein Gesetz, wonach maximal 59,3 Prozent der kinetischen Energie des Windes genutzt werden können. Das Betz'sche Gesetz(öffnet im neuen Fenster) gilt bis heute.
Von der Technik inspiriert, setzte der deutsche Erfinder und Windenergiepionier Hermann Honnef(öffnet im neuen Fenster) zu wahren Höhenflügen an. Er entwarf in den 1930er Jahren Windturbinen mit einer Leistung von bis zu 20 Megawatt, die bis zu 500 Meter hoch sind und mehrere Rotoren mit je 160 Meter Durchmesser tragen. Allerdings existierten seine Riesenräder nur auf dem Papier.
Tatsächlich gebaut wurde 1941 in den Vereinigten Staaten eine Monsteranlage: Die Smith Putnam(öffnet im neuen Fenster) war die weltweit erste Turbine der Megawattklasse. Sie hatte einen Rotordurchmesser von 53,3 Metern und einen Generator mit 1,25 Megawatt Nennleistung. Ihre Flügel waren allerdings von den heute genutzten meilenweit entfernt – sie erinnerten eher an Bretter. Überhaupt sollte das Monstrum nicht lange Dienst tun: 1945, nachdem ein Blatt abgerissen war, wurde die Anlage stillgelegt.
500 Meter hohe Riesenräder
Ungefähr zur gleichen Zeit formierte sich in Dänemark um den Ingenieur Johannes Juul(öffnet im neuen Fenster) das, was zur heute bekannten Windkraftindustrie heranwuchs.
Growian war ein Misserfolg
Damals tüftelten etliche Erfinder an Windrädern und tauschten sich rege aus. Es entstand das heute berühmte Dänische Design(öffnet im neuen Fenster) : drei Flügel, Getriebe und ein Generator, der direkt ins Netz speist. Die Rotorblätter waren zudem erstmals mit einer Stallregelung ausgestattet – einem System, das die Blätter bei zu viel Wind bremst und die Anlage vor der Zerstörung schützt.
Allmählich sahen die Windräder den heutigen ähnlich. In den USA erforschte die Nasa Multimegawattanlagen und auch in Deutschland ging 1983 ein Riese in Betrieb: Growian, die Große Windkraftanlage(öffnet im neuen Fenster) , stand auf einem 100 Meter hohen Turm, hatte 100 Meter Rotordurchmesser und drei Megawatt Nennleistung.
Auch diese Mammutanlage war wenig erfolgreich. Meist stand sie still, 1988 wurde sie wieder abgebaut. Es heißt, die beteiligten Energieunternehmen wollten beweisen, dass die Windkraft nicht funktioniere. Heute wissen wir, dass das Gegenteil richtig ist.
Es gab viele Faktoren für den Misserfolg
"In Wirklichkeit hatte das Versagen verschiedene Mütter und Väter. Die Politik wollte eine Anlagengröße, die nach dem damaligen Stand der Technik eine große Herausforderung war – eine zu große. Entwurfsmängel und vorzeitige Materialermüdung brachten das Projekt zum Scheitern. Dennoch hat man aus dem Projekt viel gelernt. Heute gelingt es problemlos, Anlagen zu bauen, die eine Leistung von zehn Megawatt oder mehr haben und jahrelang zuverlässig Energie liefern" , sagt Volker Quaschning von der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin.
Ungefähr zur gleichen Zeit wurden in Kalifornien Tausende kleine Windkraftanlagen aufgebaut. Ölpreiskrisen und das wachsende Umweltbewusstsein trieben den Ausbau an. Auch die Steuergesetzgebung in Kalifornien erzeugte einen regelrechten Windrausch. Insgesamt wurden in den USA in den 1980ern rund 16.000 Windräder errichtet – etwa die Hälfte der Anlagen waren Importe aus Dänemark.
Die Dänen waren auch die ersten, die den Schritt vom Land aufs Meer wagten.
Der erste Offshore-Windpark entsteht
Vor dem kleinen Örtchen Vindeby auf der Insel Lolland entstand 1991 der erste Offshore-Windpark der Welt(öffnet im neuen Fenster) . Die elf 450-Kilowatt-Windräder, die nur wenige Hundert Meter vom Ufer entfernt auf kegelförmige Betonsockel gestellt wurden, hatten wenig mit modernen Hochseewindrädern gemein – aber sie lieferten bis 2017 zuverlässig Strom. Als erster Offshore-Windpark der Welt wurde er dann zurückgebaut.
Die politischen Rahmenbedingungen spielten stets eine wesentliche Rolle für den Durchbruch der Branche. Ohne das deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wäre die globale Windkraft sicherlich nicht da gelandet, wo sie heute steht. Mittlerweile drehen sich weltweit Hunderttausende Windräder.
Die Anlagen sind technische Wunderwerke. Vor allem aber sind sie mit den Jahren enorm gewachsen: von wenigen Kilowatt Leistung und 15 Metern Rotordurchmesser um 1980 auf aktuell bis zu 16 Megawatt und mehr als 230 Meter große Rotoren – Growian lässt grüßen. Diese Maschinen laden mit nur wenigen Rotorumdrehungen ein Elektrofahrzeug auf, das mit dem Strom dann mehrere Hundert Kilometer weit fährt.
Weltweit sind 800 Gigawatt Windkraft installiert
Die Entwicklung lässt sich fast überall auf der Welt beobachten. Weltweit kommen heute alle Windräder zusammen auf rund 800 Gigawatt installierter Nennleistung. Sie liefern rund sechs Prozent des globalen Strombedarfs.
Und die Aussichten sind grandios: Beim Global Wind Energy Council in Brüssel heißt es, bis 2050 könne der Wind bis zu 30 Prozent des weltweiten Stroms liefern. Bis zur Mitte des Jahrhunderts könnten dann Anlagen mit einer Leistung von zusammen 5,9 Terawatt stehen – das wäre das Fünfzehnfache der heute global installierten Kernkraftwerksleistung.