Wie sich Hersteller von Kleinwindenergieanlagen den Markt erschließen

Bild: Braun Windturbinen
Bild: Braun Windturbinen
04.09.2019

Windenergieanlagen in Größenklassen bis 750kW gewinnen mit dem Trend zur Eigenerzeugung an Bedeutung. Vor allem die Kombination mit Photovoltaik und Speichern gilt als interessant. Bei Gesamthöhen von unter 50m sind zwar lediglich Baugenehmigungen erforderlich, aber auch das kann für viele Projekte eine große Hürde darstellen, da sich diese häufig an denjenigen von Großwindenergieanlagen orientieren. Dies zeigt eine Umfrage unter Herstellern ebenso wie die zunehmende Optimierung der Anlagentechnik, u.a. mit modernen Pitch-Regelungen und besonderen Rotorblättern.

Über die genaue Gesamtzahl an Kleinwindenergieanlagen (KWA) in Deutschland gibt es keine offiziellen Erhebungen. In einer Anfang 2019 veröffentlichten Studie für das Zen­trum für Sonnenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) schätzt der Autor Matthias Gehling den Anlagenbestand auf rd. 20 000, wovon rd. 16 000 Mikrowindanlagen unter 1,5 kW sind. Eingeteilt werden KWA bislang in drei Leistungsklassen: Mikro (bis 1,5 kW), Klein (1,5 bis 10 kW) und Mittel (10 bis 75 kW). Darüber gibt es noch die Leistungsklasse bis 750 kW, für die es noch keinen offiziellen Namen gibt und die übergangsweise u. a. als Sub-EEG- oder Mid-Size-Klasse bezeichnet wird. Da auch diese Anlagen nicht unter die Ausschreibungspflicht fallen, wird erwartet, dass sich u. a. bei Gewerbetreibenden rasch neue Anwendungsfelder eröffnen.

Unterschreiten die Anlagen eine Gesamthöhe von 50 m gelten sie als nicht raumbedeutsam, sodass lediglich eine Baugenehmigung erforderlich ist. Doch auch dies kann eine hohe Hürde darstellen. Denn jedes Projekt ist immer eine Einzelfallentscheidung, die Abwägung findet nach diversen Kriterien statt. „Diese Entscheidungen können bundesweit höchst unterschiedlich ausfallen“, heißt es in der Studie dazu.

Voraussichtlich keine in Deutschland installierte KWA dient der Volleinspeisung ins öffentliche Stromnetz im Rahmen des EEG, mutmaßt M. Gehling. Dafür sei der Einspeisetarif für kleine Windenergieanlagen im Vergleich zum Strompreis deutlich zu niedrig. Der weitaus häufigste Anwendungsfall ist die Eigenversorgung. Diese lässt sich durch eine Kombination mit Photovoltaik (PV) und Speicher weiter optimieren. Stephan Schwartzkopff, Vorsitzender des Bundesverbands Kleinwindanlagen (BVKW), geht von einer wachsenden Bedeutung dieser Kombinationskonzepte aus. Im Jahr 2030 sollen diese flächendeckend eingesetzt werden. „Jeder, der 15 Jahre nach vorne rechnen kann, wird entdecken, dass eine weitere Abhängigkeit von zentralen Energieversorgern eine Option mit höheren Risiken und höheren Kosten wäre“, betont er. Dass die Eigenversorgung ein wesentlicher Bestandteil der Unternehmensstrategien ist, zeigt auch eine qualitative Umfrage unter Herstellern.

Einige Kunden, die bereits auf PV und Batteriespeicher setzen, hat die Braun Windturbinen GmbH bereits beliefert. Deren Antaris-Turbinen gibt es in der Leistungsklasse von 2,5 bis 10 kW mit Masthöhen von 7,2 bis 30 m. „Maximaler Eigenverbrauch ist die beste Anwendung“, sagt der technische Geschäftsführer Rüdiger Braun.

Größere Rotorendurchmesser für das Binnenland

Im unteren Leistungssegment sind auch die Anlagen von Bestwatt angesiedelt. Die „BestWind 10“ mit 9,8 kW Nennleistung, Direktantrieb und aktiver Windnachführung gibt es mit Turmhöhen von 18 bis 30 m. Die ähnlich ausgestatte „BestWind 30“ mit 29,8 kW ist mit Turmhöhen von 24 bis 42 m verfügbar. Das niederländische Unternehmen entwickelt seine KWA stetig weiter. Bestes Beispiel hierfür ist die kürzlich vorgestellte BestWind 30 6.5, die sich mit einem größeren Rotordurchmesser besonders für Binnenlandstandorte eignet.

Große Möglichkeiten sieht man bei Bestwatt in der Kombination mit Photovoltaik. Deshalb bieten die Niederländer auch Hybridlösungen aus Windenergie und Photovoltaik gepaart mit einem Speichersystem an. Es gilt als gesetzt, dass sich mit dem Eigenverbrauchswert auch die Wirtschaftlichkeit eines Projekts steigern lässt. Der Hersteller, der schon diverse Anlagen aufgestellt hat, unter anderem eine auf der Ostseeinsel Fehmarn oder gleich vier mit 29,8 kW auf der Nordseeinsel Pellworm, berichtet von „steigenden Absatzzahlen in Deutschland“. Vor allem im landwirtschaftlichen und gewerblichen Bereich sieht man interessante Absatzgebiete. „Immer mehr Unternehmen wollen von einer dezentralen CO2-freien Stromproduktion profitieren. Auch der Imagegewinn und die Ökobilanz des Betriebs ist hierbei wichtig“, betont man bei Bestwatt.

Für viele Kunden spiele auch das zu erwartende Aufkommen der E-Mobilität bei der Investitionsentscheidung eine wichtige Rolle. Eine große Hürde sind die Genehmigungsverfahren. Dabei nennt man bei Bestwatt vor allem die häufig unverhältnismäßig hohen Anforderungen des Naturschutzes. Hier würden sich die Behörden gerne auf Standpunkte analog zu Großwindenergieanlagen berufen. Deshalb sei der Gesetzgeber gefordert, die Verhältnismäßigkeit und Rahmenbedingungen wiederherzustellen bzw. festzulegen. Bestwatt erläutert die Verhältnisse am Beispiel seiner 30-kW-Anlage. Diese komme lediglich auf eine überstrichene Rotorfläche von 1,89 % einer aktuellen Großwindenergieanlage und auch die Gesamthöhe erreiche nur rund ein Viertel.

Innovative Lösungen anstatt einfach eine Großanlage zu verkleinern

Ähnlich sieht man dies beim Hersteller Enbreeze. „Die Genehmigungsverfahren sollen nicht an die Verfahren zur Genehmigung von Großwindanlagen angelehnt sein, sondern individuell auf Kleinwindanlagen angepasst werden“, fordert der Geschäftsführer Jacques Fischbach. Ähnliches gelte auch für das technische Konzept der 15-kW-Anlage von Enbreeze. „Wir haben nicht einfach eine Großanlage verkleinert, sondern innovative technische Lösungen gefunden“, berichtet J. Fischbach. Das Ergebnis sei ein robustes, wartungsarmes und exakt auf die Windverhältnisse in Bodennähe zugeschnittenes Produkt.

Anders als bei üblichen KWA arbeitet die Anlage trotz ihrer Nabenhöhe von gut 20 m deshalb wirtschaftlich. Sie produziere jährlich im Schnitt 30 000 kWh. Wegen der vereinfachten Genehmigung und der geringen Lärmemission von weniger als 45 dB(A) könne sie auch in urbanen Gebieten aufgestellt werden. „So kommen unzählige für die Windenergie bislang ungeeignete Standorte in Frage“, betont J. Fischbach. Die Rotorblätter sind lt. dem Enbreeze-Chef besonders für bodennahe Luftschichten mit höherer Turbulenz ausgelegt. Durch das auf die Anforderungen von KWA zugeschnittene, aerodynamisch robuste Design komme die Anlage auf einen Spitzenwirkungsgrad von 52 %.

Auf das bei Großanlagen übliche aufwendige Pitch-Regelungssystem wurde aus Kostengründen verzichtet. Enbreeze hat deshalb ein passives Pitch-Regelungssystem entwickelt, das die Luftkräfte am Rotorblatt gegen das Generatordrehmoment setzt. J. Fischbach erläutert die Wirkungsweise so: „Hält man ab Erreichen der Nennleistung das Generatordrehmoment konstant, so pitchen die Rotorblätter passiv aus dem Wind – immer genau so weit, dass die Nennleistung erreicht wird. Nimmt man die Generatorleistung komplett weg, pitchen die Rotorblätter automatisch aus dem Wind.“

Weitere Anlagengrößen bezüglich der Leistung sind zunächst nicht geplant. Grund hierfür ist, dass jede Anlagengröße spezifisch auf unterschiedliche Windstandorte und Windgeschwindigkeiten zugeschnitten sein muss, um die optimale Leistung und den maximalen Energieertrag zu erreichen. „Dies zieht eine jahrelange notwendige Entwicklung mit sich“, weiß J. Fischbach.

Interessante Konzepte mit PV-Anlagen aus dem Post-EEG

Auch bei Enbreeze sieht man große Chancen in der Kombination von Kleinwind und PV im Bereich Eigenverbrauch. Vor allem ältere PV-Anlagen, bei denen die Förderung ausläuft, seien ein sehr interessanter Anwendungsfall. Das Berliner Unternehmen berichtet ebenfalls von großem Interesse bei der potenziellen Kundschaft. In diesem Jahr will man planmäßig noch fünf weitere Anlagen in Betrieb nehmen, vier Anlagen befinden sich zurzeit in Genehmigungsprozessen. Während vier der geplanten KWA für landwirtschaftliche Anwendungsfälle projektiert werden, soll eine Anlage in einem Gewerbegebiet errichtet werden. Dort wird sie ein Unternehmen sowie eine Elektrotankstelle umweltschonend und dezentral mit Strom versorgen.

Tatsächlich wollen sich die Berliner mittelfristig mit dem Thema E-Mobilität intensiver beschäftigen. Die Überlegung ist, die 15-kW-Anlage als Instrument der E-Mobilitätinfrastruktur zukünftig mit einzubinden. Hier besteht die Möglichkeit eine Elektrotankstelle direkt am Anlagenfuß zu installieren, um Windstrom zu tanken. J. Fischbach sieht eine KWA als Zeichen des sauberen Tankens und gegebenenfalls auch als Wegweiser zur nächsten Tankmöglichkeit. Umgesetzt hat man das bereits in Berlin-Hohenschönhausen. „Wir können dort mit unserem E-Fahrzeug bereits 100 % Berliner Luft tanken“, sagt der Geschäftsführer augenzwinkernd.

Bei den Kundengruppen konzentriert sich Enbreeze auf Betriebe mit einem Jahresstrombedarf von rd. 300 000 kWh. „So können wir mit dem Ertrag der Kleinwindanlage, fast unabhängig vom Lastprofil, eine etwa 90-prozentige Eigenverbrauchsquote erzielen und damit die Wirtschaftlichkeit hochhalten“, erläutert J. Fischbach. Dabei sollte im Idealfall am Standort eine Windgeschwindigkeit von rd. 4,5 m/s auf 20 m Nabenhöhe im Jahresmittel vorhanden sein.

Anwendungsfall E-Mobilität: Diverse Anfragen von Ladesäulenbetreibern

Auch beim Anlagenhersteller B.ventus liegen diverse Anfragen von Ladersäulenbetreibern vor, u.a. von Raststätten oder Automobilkonzernen, die ihre Schnellladesäulen gerne mit dem Strom aus der KWA laden möchten. Indus­trieunternehmen zählt die Geschäftsführerin Julia Gräfin Arco-Valley neben großen Landwirtschaftsbetrieben und Biogasanlagenbetreibern sowie kommunalen Unternehmen zur größten Kundengruppe.

Das Start-up-Unternehmen, an dem sich Netzgesellschaften des E.on Konzerns (Avacon, Edis und E-Kundenservice Netz) sowie die Unternehmensgruppe Leitner (bekannt aus dem Seilbahnbau) und die Fallersleber Elektrizitäts-Aktiengesellschaft (FEAG) beteiligt haben, produziert eine Windenergieanlage mit 250kW. Damit zählt das Produkt mit einer Höhe von knapp unter 50m (Blattspitze, Narbenhöhe knapp unter 30m) und einem Rotordurchmesser von 42m nicht mehr zu den klassischen KWA.

Auch bei B.ventus hat man mit Genehmigungen zu kämpfen. „Wir brauchen in jedem Bundesland für unsere Anlage lediglich eine Baugenehmigung, da wir unter 50m sind. Jedoch schlägt uns unglaublich viel Gegenwind entgegen“, beklagt J.Arco-Valley. Dabei habe man das Windrad ­bewusst so entwickelt, dass die meisten der bei großen Rädern bekannten Störfaktoren – wie Lautstärke, Verspargelung oder Probleme bei Arten und Naturschutz – weitestgehend vermieden worden seien. Zusätzlich sei das Windrad systemrobust, sprich es ist ohne EEG-Subventionen wirtschaftlich und vermeide den für die Bürger teuren Netzausbau, da der Strom genau dort produziert werde, wo er auch gebraucht wird. Das Fazit der Unternehmensgründern lautet deshalb: „Die Genehmigungsprozesse müssen vereinfacht und angepasst werden.“

Technisch sieht man sich gut aufgestellt. Mit einem großen Rotor im Verhältnis zur installierten Leistung sei die Anlage für besonders schwache Binnenlandwindverhältnisse geeignet, berichtet J.Arco-Valley. Zudem ist sie aufgrund des Direktantriebs leise und „mit einem der modernsten Pitchsysteme“ ausgestattet. Im März dieses Jahres wurde der Prototyp der „b.ventus 250“ bei einem Landwirtschaftsbetrieb aufgestellt. „Seither haben wir eine stark wachsende Kundenpipeline“, berichtet die Geschäftsführerin. Der Vertriebspartner E.on habe sich zum Ziel gesetzt, bis Ende kommenden Jahres 49 Anlagen verkauft zu haben. Eines der nächsten Projekte ist das Energiewendelabor Ketzin von Eon Edis, mit einer Kombination aus PV, Biogas, Windenergie und Speicher. PV und Speicher sorgen auch dort dafür, die Eigenverbrauchsquote nach oben zu bringen. J.Arco-Valley bringt die Strategie so auf den Punkt: „Wirtschaftlichkeit wird erreicht, wenn ein hoher Eigenverbrauch erreicht wird.“

Michael Nallinger