17.01.2019 | Die Bedingungen für Windkraft im Hochgebirge sind nicht einfach

Kraft aus den Bergen

Schweizer Alpen, 4 Uhr morgens, ein Meter Neuschnee bei Minus 15 Grad und einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 35 km/h – Das Windrad hält! Es muss, denn eine grössere Reparatur wäre bei diesen Verhältnissen nicht möglich. Windkraft im Hochgebirge stellt die Betreiber vor besondere Herausforderungen. Doch die Kraft aus den Bergen hat auch ihre Vorteile.

Die Schweiz ist kein typisches Windland. Geeignete Standorte finden sich aber dennoch hierzulande: nebst den Jurahöhen und dem westlichen Mittelland vor allem in den Voralpen und Alpen. Die windreichen Lagen im Hochgebirge bergen Potenzial, wegen der anspruchsvollen Topographie und den Witterungsverhältnissen aber auch Einschränkungen.

Viele Wege führen nach Rom, aber nur einer ins Hochgebirge

Der Standort hoch oben auf einem Bergkamm wäre aufgrund der windexponierten Lage zwar ideal, kommt jedoch aufgrund der eingeschränkten Zugänglichkeit oft nicht in Frage - aus technischer, wirtschaftlicher und nicht zuletzt auch aus ökologischer Sicht.

Für den Bau oder grössere Reparaturarbeiten müssen Schwertransporte mit Lastwagen bis hin zum Erstellungsort möglich sein. Zwar wird das Windrad für den Bau in Einheiten angeliefert und erst vor Ort mithilfe eines Kranes, der auch zum Standort hochgefahren werden muss, aufgebaut. Jedoch alleine der Ringgenerator wiegt beispielsweise bei getriebelosen Anlagen 63 Tonnen. Kein Helikopter der Welt könnte dieses Gewicht tragen. Die bis zu 78 Meter langen Rotorblätter als längste Einheit können dank speziell angebrachten Schwenkvorrichtungen bei Lastwagen in engen Kurven von der Horizontalen in die Vertikale gebracht werden. Die Fahrt durch kurvenreiche Alpentäler bis hin auf den Gipfel ist allerdings höchste Präzisionsarbeit!

Erschlossene Gebiete nutzen

Geeignet für Windkraftanlagen sind Standorte, die bis zu einem gewissen Grad bereits touristisch erschlossen sind und bei denen Synergien zu bestehenden Strassen, Bahnen und Starkstromleitungen genutzt werden können. In Tourismusorten kann der produzierte Strom gleich vor Ort für den Betrieb der Bergbahnen genutzt werden. Der Bau von neuen Zufahrtstrassen, die auch nach der Bauzeit für Wartungen und Reparaturarbeiten bestehen bleiben, ist mit viel Aufwand und hohen Kosten - und nicht zuletzt auch einem Eingriff in die Natur verbunden. Dies wirkt sich nicht nur negativ auf die Wirtschaftlichkeitsrechnung einer Anlage aus, sondern schmälert auch die Akzeptanz für eine Windkraftanlage seitens des Landschaftsschutzes. Demgegenüber ist der Nutzungskonflikt im Hochgebirge in Bereichen wie Schattenwurf, Lärm oder Einfluss auf die Fledermauspopulation geringer als im Flachland, da die Anlagen nicht in Nähe von Wohnräumen, respektive oberhalb der Lebensräume von Fledermäusen stehen.

Schwere Luft ist besser

Die Windproduktion im Schweizer Hochgebirge ist aufgrund der kalten Temperaturen in hohen Lagen interessant. Denn wer sich an die Physikstunde erinnert, weiss: Kalte Luft ist schwerer als warme, was sich positiv auf die Windproduktion auswirkt. Nebst der Fläche des Rotorblatts und der Windgeschwindigkeit hängt die Energiemenge nämlich auch von der Luftdichte ab. Je „schwerer“ die Luft, umso mehr Energie kann die Anlage umwandeln. Auch unter Berücksichtigung des niedrigeren Luftdruckes mit steigender Höhe resultiert durch die tiefen Temperaturen ein positiver Effekt.

Was gut für die Stromproduktion sein mag, bedeutet aber auch eine grosse Herausforderung für die Anlagen. Die raue Witterung und Wetterkapriolen im alpinen Raum müssen beim Bau während der Sommermonate miteinberechnet werden. Hohe Windgeschwindigkeiten ab 8-10m/s oder plötzlich eintretender, starker Nebel können vor allem die Arbeiten mit dem Kran immer wieder verzögern.

Stopp wegen Eis

Im Winterhalbjahr kann es zudem zu Vereisungen der Rotorblätter kommen. Dann wird die Turbine sofort abgestellt, da das zusätzliche Gewicht schädliche Vibrationen verursacht. Herabfallende Eisbrocken stellen zudem eine Gefahr für Mensch und Umwelt dar. Über das Jahr hinweg können Produktionsausfälle aufgrund Vereisung ohne entsprechende Gegenmassnahmen bis zu 20% ausmachen. Ein Phänomen, das man nicht nur in Höhenlagen, sondern auch bei Windkraftanlagen im Flachland in nördlichen Regionen kennt. Lösungen dagegen gibt es ansatzweise. Blattwärmer, die wie ein Fön inwendig der Rotorblätter funktionieren, werden mittels Sensortechnik automatisch eingeschaltet, sobald die Anlage wegen Vereisung abschaltet. Mit Zufuhr heisser Luft kann die Ausfallzeit verkürzt werden. Ein konstanter und präventiver Einsatz der Blattwärmer wäre jedoch nicht zielführend, da dies den Wirkungsgrad einer Anlage massiv schmälern würde.

«Axpo würde gerne mehr Windprojekte in der Schweiz realisieren»
Christoph Sutter, Head New Energies Axpo

Grössere Reparaturarbeiten, die einen zusätzlichen Kran benötigen, sind im Winter aufgrund der Schneeverhältnisse nicht möglich. Für die regelmässigen Wartungen stehen je nachdem Schneemobile oder Pistenfahrzeuge zur Verfügung. Die Zuverlässigkeit einer Anlage ist an Standorten im alpinen Raum besonders wichtig. Aus diesem Grund verwendet man vorzugsweise bewährte Anlagentypen anstelle von neuen Prototypen.

Stopp! Bei Vereisungen muss das Windrad abgestellt werden
Hoch hinaus mit Axpo

Der Axpo Windpark „La Peñuca“ mit einer installierten Leistung von 33 MW liegt auf 1000 Meter Höhe im spanischen Gebirge – einer der höchst gelegenen Windparks in Spanien. Oft liegen dort oben bis zu drei Meter Schnee. Für Wartungsarbeiten steht im Winter ein Schneemobil zur Verfügung.

Axpo hat Windparks mit insgesamt über 400 MW Leistung in ihrem Portfolio, wobei der Fokus auf Onshore-Windparks an windreichen Standorten in Deutschland, Frankreich, Italien und Nordeuropa liegt.

La Penuca: Axpo Windpark im Schnee. Er liegt auf 1000 Meter Höhe

In der Schweiz überprüft Axpo geeignete Standorte auch in Höhenlagen. Gemäss Energiestrategie 2050 sollen bis 2050 Windenergieanlagen 4000 GWh Strom produzieren – also rund vierzigmal mehr als heute. Bei diesen Ausbauzielen ist es sinnvoll, auch das im Alpenraum vorhandene Potential zu nutzen. „Axpo würde gerne mehr Windprojekte in der Schweiz realisieren. Die Windkraft im Alpenraum ergänzt sich ideal mit der Wasserkraft. Die Energie wird vorwiegend im Winter produziert, während Wasserkraft mehrheitlich im Sommer produziert“, erklärt Christoph Sutter, Leiter Division Neue Energien bei Axpo. Allerdings sind die Bewilligungsverfahren in der Schweiz sehr langfädig und die Erfolgschancen oft schlecht abschätzbar – oft die grössere Hürde, an der Windkraftprojekte scheitern, als die anspruchsvolle Topographie im Schweizer Hochgebirge.

Windmessung in den Bergen
Der Wind bläst, wo er will

Für die Evaluation des idealen Standorts für eine Windanlage müssen vorab die effektiven Windverhältnisse gemessen werden. Bei grossen Offshore oder Onshore-Windparks z.B. in Deutschland wird dies teilweise nur mit Computermodellen ohne Windmessung mit einem Windmessmast gemacht. Aufgrund der relativ konstanten Windverhältnisse (offshore) oder den vielen bestehenden Windkraftanlagenstandorten (onshore) kann gut von einem Standort auf einen anderen extrapoliert werden. Dies ist bei den Windverhältnissen im Alpenraum nicht möglich, da die Strömungsverhältnisse im komplexen Gelände stark variieren.

Messungen müssen daher mittels Windmessmasten am geplanten Erstellungsort und zwar exakt auf Nabenhöhe der geplanten Anlage während mindestens eines Jahres gemacht werden, um verlässliche Daten zu erhalten.

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