Der Wind ist eine enorme Energiequelle, doch seine Nutzung für die Stromproduktion hat natürliche Grenzen. Deutsche Forscher haben die Obergrenze nun bei einer Leistung von gut einem Watt pro Quadratmeter errechnet.
Bei diesem Wert tritt den Angaben nach eine Sättigung ein. Das heisst dann: «Je mehr Windräder ich installiere, umso weniger Strom produziert die einzelne Turbine», sagte Studienleiter Axel Kleidon vom Jenaer Max-Planck-Instituts für Biogeochemie der Nachrichtenagentur dpa.
In Deutschland stammten 2014 bereits gut 9 Prozent der Bruttostromerzeugung aus der Nutzung des Windes. Der errechnete Maximalwert von etwa einem Watt pro Quadratmeter liegt den Angaben nach deutlich unter Ergebnissen früherer Studien, die von bis zu 7 Watt ausgegangen sind.
Sie basierten mitunter nur auf beobachteten Windgeschwindigkeiten, so Kleidon. «Das funktioniert prima für eine einzelne Turbine. Je grösser ein Windpark wird, desto wichtiger ist es aber, auch andere Effekte zu berücksichtigen.»
So werde der Wind einerseits durch Windräder ausgebremst. Zum anderen müsse berücksichtigt werden, inwieweit die Atmosphäre von oben für Nachschub an Windenergie sorge. Dies haben die Wissenschaftler anhand einer 100'000 Quadratkilometer grossen Region im windreichen US-Staat Kansas simuliert.
Nach Berechnungen der Forscher kann maximal 26 Prozent der natürlichen Windenergie für Strom genutzt werden, wobei der Wind um 40 Prozent seines natürlichen Wertes verringert wird. Über ihre Ergebnisse berichten sie in den «Proceedings» der US-nationalen Akademie der Wissenschaften («PNAS»). An der Studie beteiligt waren auch Experten aus den USA und Frankreich.
Nach Angaben von Kleidon sind die Erkenntnisse auf andere Regionen übertragbar - und wohl auch auf Windparks auf hoher See. Derzeit werde an einer ähnlichen Untersuchung für solche Offshore-Windparks gearbeitet. «Da sehen wir sehr ähnliche Effekte.»
Übertragen auf die Fläche Deutschlands ergäbe sich ein Maximalwert von gut 357 Gigawatt - zuletzt lag die durch Windanlagen eingespeiste Leistung laut Kleidon bei etwa 6 Prozent davon. Allerdings kann letztlich nur ein Bruchteil der Landesfläche für den Bau von Windrädern genutzt werden - etwa wegen Siedlungen und Schutzgebieten. Das Umweltbundesamt hatte 2013 das verfügbare Flächenpotenzial auf rund 49'400 Quadratkilometer - knapp 14 Prozent der Landesfläche - beziffert.
In der Schweiz schätzt das Bundesamt für Energie (BFE) das Potenzial der Windkraft auf 4 Terawattstunden pro Jahr bis 2050, das ist die Hälfte der Jahresproduktion des Kernkraftwerks Gösgen. Geeignete Standorte befinden sich laut BFE auf den Jurahöhen, in den Alpen und Voralpen sowie im westlichen Mittelland. (sda/dpa)
