LandSchafftEnergie
Windenergieanlagen im Gartenbau

Das Merkblatt "Windenergieanlagen im Gartenbau" ist im Rahmen des Projekts "LandSchafftEnergie" entstanden. Es soll über den wirtschaftlichen Einsatz der Windenergie im Gartenbau informieren und als Entscheidungshilfe dienen.
Zwei Windenergieanlagen auf dem Feld unter blauen Himmel, Vordergrund die Büsche
Windenergieanlagen - das wichtigste auf einen Blick
Für Gartenbaubetriebe sind neben der Stromnutzung v. a. die Standortbedingungen der Windenergieanlagen ausschlaggebend. Windverhältnisse, -geschwindigkeiten und die Häufigkeit auftretender Windgeschwindigkeiten über das Jahr sind entscheidend für die Rentabilität der Anlage. Der Begriff Windhöffigkeit beschreibt die Eignung einer Fläche für die Nutzung der Windenergie.

1. Funktion und Aufbau

Zeichnung eines Bestandteils der WindenergieanlageZoombild vorhanden

Abbildung 1
© Schwittek/AELF Kitzingen

Windenergieanlagen (WEA) sind Anlagen zur Stromerzeugung mit Hilfe von Wind. Genutzt werden horizontale laminare Winde, die den höchsten Wirkungsgrad erzielen, da hier keine Turbulenzen (Verwirbelungen/Querströmungen) auftreten. Die Rotorblätter moderner WEA machen sich wie Flugzeugtragflächen, das Auftriebsprinzip zu Nutze, um in Bewegung versetzt zu werden. Bei Kleinwindanlagen hingegen kommt bei einigen Bauformen das Widerstandsprinzip zur Anwendung.

Bestandteile einer WEA sind der Turm, die Gondel mit dem Getriebe und dem Generator oder einem getriebelosem Generator, die Rotorblätter (Rotorstern) sowie Messinstrumente zur Erfassung der Windgeschwindigkeit und -richtung (Abbildung 1). Mittels der laufenden Datenerfassung richtet sich die WEA selbstständig an der Windrichtung aus, um den Wind optimal zu nutzen.

Die Drehbewegung der Rotorblätter wird auf den Generator übertragen, der die elektrische Energie erzeugt. Bei Überschreiten von Windgeschwindigkeiten zwischen 20 bis 30 m/s (72 bis 108 km/h) schaltet sich die Anlage zur Schadensvermeidung ab. Hierzu drehen sich die Rotorblätter in die sogenannte Leerlaufstellung.

2. Voraussetzungen für die Wirtschaftlichkeit

Für Gartenbaubetriebe sind neben der Stromnutzung v. a. die Standortbedingungen der WEA ausschlaggebend. Windverhältnisse, -geschwindigkeiten und die Häufigkeit auftretender Windgeschwindigkeiten über das Jahr sind entscheidend für die Rentabilität der Anlage. Der Begriff Windhöffigkeit beschreibt die Eignung einer Fläche für die Nutzung der Windenergie. Die im Wind enthaltene Leistung steigt in der dritten Potenz. Das heißt, eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit führt zu einer Verdreifachung der Leistung.

Windgeschwindigkeit

Skizze mit den Windströmung und LuftwirbelZoombild vorhanden

Abbildung 2
© Schwittek/AELF Kitzingen

Die Windgeschwindigkeit in einem Gebiet ist abhängig von der Geländebeschaffenheit (Flachland, Hügel etc.) sowie von der Oberflächenrauigkeit. Letztere wird in Klassen von 0 bis 4 eingeteilt und beschreibt, wie stark der Wind durch die Oberflächenbeschaffenheit abgebremst wird. Durch gegebene Hindernisse wie Berge, Hügel, Bebauung und Bewuchs wird der Wind abgebremst. Des Weiteren kommt es über und hinter größeren Hindernissen wie Bebauungen oder Wäldern zu Luftverwirbelungen. Diese können sich, gemessen an der Hindernishöhe, auf die 2-fache Höhe darüber und das 20-fache dahinterliegend erstrecken (Abbildung 2).

Diese Luftverwirbelungen vermindern eine effektive Ausnutzung des Windes und haben zudem eine hohe Materialbeanspruchung an der WEA zur Folge. Um einen effektiven Anlagenbetrieb außerhalb der turbulenten Zonen zu ermöglichen, sollte die Anlage in ausreichendem Abstand zum Hindernis errichtet werden. Darüber hinaus gilt, dass die Windströmungen mit zunehmender Höhe über Grund gleichförmiger und somit effektiver nutzbar werden.

Neue Technologien

Gartenbaubetrieb mit Feld, Haus und Gewächshaus, Hintergrund Windenergieanlagen und BäumeZoombild vorhanden

Abbildung 3
© Jüttemann/Klein-Windkraftanlagen

Diese erlauben den Bau von WEA auch in Süddeutschlands windschwächeren Regionen und werden als sogenannte Schwachwindanlagen bezeichnet. Die Anlagen sind durch die größere Gesamthöhe sowie größere Rotordurchmesser für den Betrieb an Schwachwindorten ausgelegt. Für den Stromertrag entscheidend, ist nicht die Nennleistung des Generators, sondern die Länge der Rotorblätter. Für einen wirtschaftlichen Betrieb sollte die Windgeschwindigkeit höher als 5,5 m/s im Jahresmittel sein. In Bayern ist ein rentabler Betrieb daher nur an Standorten mit entsprechenden Windverhältnissen und einer darauf abgestimmten Anlage möglich.

WEA werden in Groß- und Kleinwindenergieanlagen unterteilt. Kleinwindenergieanlagen (Abbildung 3) haben eine Nennleistung unter 100 kW und eine überstrichene Rotorfläche kleiner als 200 m2. Nach der Norm IEC 61400-2 dienen Kleinwindenergieanlagen der Eigenversorgung mit Strom und werden auf dem Anwesen des Betreibers installiert.

Strombedarf

Gartenbaubetriebe mit hohem Strombedarf können den produzierten Strom selbst nutzen. Wichtige Stromverbraucher einer Gärtnerei sind: Belichtung und Beleuchtung, Pumpen, Kühlanlagen, Klimaanlagen für Büroräume sowie Akkus von Staplern, E-Autos und Kleingeräten.

3. Voraussetzungen für den Bau

Skizze einer Anlage die Baugenehmigung einer Höhe richtenZoombild vorhanden

Abbildung 4
© Schwittek/AELF Kitzingen

Unterglas-Gartenbaubetriebe kennen die Schritte, die zur Planung und dem Bau von Gewächshäusern nötig sind. Mit dem Bau von WEA sind jedoch zusätzliche Anforderungen zu berücksichtigen. Handelt es sich um eine Kleinwindkraftanlage bis 10 m Anlagenhöhe, ist das Bauvorhaben verfahrensfrei, jedoch anzeigepflichtig. Höhere Anlagen benötigen eine Genehmigung (Abbildung 4). Der Bauantrag ist beim zuständigen Landratsamt einzureichen. Hierzu gehören auch verschiedene Gutachten, wie zum Beispiel ein Boden-, ein Schallschutz- und ein Vogelschutzgutachten.
Eine detaillierte Checkliste für die Bauvoraussetzung können Sie unter folgendem Link finden.

Checkliste für die Bauvoraussetzung pdf 73 KB

Kommt der Betreiber seinen Verpflichtungen nach und spricht nichts dagegen hat er einen Rechtsanspruch auf Erteilung der Genehmigung.

Bundesimmissionsschutzgesetz

WEA mit einer Gesamthöhe von über 50 m müssen nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) genehmigt werden. Wegen der höheren Windgeschwindigkeiten zählt das Alpenvorland zu den besten Standorten in Bayern. Neben den natürlichen Gegebenheiten spielen gesellschaftspolitische und naturschutzrechtliche Faktoren eine wesentliche Rolle für den Erfolg des Projektes. Viele Gegner befürchten die Zerstörung von Landschaft und/oder Tierwelt, obwohl 94 % der bayerischen Bevölkerung (Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien) den verstärkten Ausbau der erneuerbaren Energien befürworten. Die geringeren Windgeschwindigkeiten in anderen Regionen werden mit höheren Anlagen ausgeglichen, sodass auch dort gute Stromerträge möglich sind.

Flächennutzungsplanung

Grundsätzlich wird nach Vorrang-, Vorbehalts- und Ausschlussgebieten für die Windenergienutzung unterschieden. Auf Vorrangflächen ist eine Nutzung privilegiert. Bei Vorbehaltsgebieten wird mit konkurrierenden raumbedeutsamen Nutzungen abgewogen. Eine Errichtung von WEA ist ggf. mit Auflagen möglich. In Ausschlussgebieten ist eine Nutzung nicht möglich. Hierzu zählen Naturschutzgebiete, Siedlungsgebiete und Gebiete mit Anlagen zum Erhalt der Luftfahrtsicherheit. Für den Bau gilt es öffentliche und private Belange gerecht abzuwägen. Im Zweifelsfall kann eine Bauvoranfrage beim zuständigen Landratsamt gestellt werden. Dieses gibt Auskunft über die Bebaubarkeit des Grundstücks und die einzuhaltenden Vorschriften.

Mindestabstand zu Wohngebieten

Die 10 H-Regel besagt, dass in Bayern der Abstand einer WEA zum Wohngebiet das Zehnfache der Anlagenhöhe (Radius des Rotors und Nabenhöhe) betragen muss. In Bayern ermöglicht die Bauleitplanung den Bau von WEA trotz der 10 H-Regelung. Die Gemeinden können von dieser Regelung abweichen, indem sie im Einvernehmen mit den Bewohnern und der Nachbargemeinde einen Bauleitplan beschließen. Somit ist eine Windenergienutzung nahe einer Wohnbebauung möglich. Anwendungshinweise zur 10 H-Regelung finden Sie unter:
Das Dokument beschreibt den Weg zu WEA nach der 10 H-Regelung und enthält Hinweise zur Planung und Genehmigung von WEA.

Standort

Der Windatlas Bayern ist eine Orientierungs- und Planungshilfe für alle an WEA-Interessierten. Darin enthalten sind Windkarten von Standorten in Bayern, die die Windgeschwindigkeit und den möglichen Ertrag in verschiedenen Höhen zeigen. Weitere Möglichkeiten einer neutralen Beratung sind die örtlichen Energieversorger, Landratsämter und Ämter für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten.

Hier geht es zum "Windatlas Bayern" Externer Link

Die Anlage muss frei anströmbar sein, sonst können Verwirbelungen den Ertrag mindern. Etwa ab einer Höhe von 100 m beginnt, je nach umliegender Geländebeschaffenheit, das optimale Windfeld.
Insgesamt sind etwa 2.500 bis 3.000 m2 Fläche für den Bau einer Anlage und teils temporär für das Wegenetz, die Anlage, den Kranstellplatz sowie für Bau- und Instandhaltungsmaßnahmen notwendig. Notwendige Rodungsarbeiten für temporär oder dauerhaft beanspruchte Flächen müssen an anderer Stelle ausgeglichen werden. Weist die eigene Grundstücksfläche schlechte Bedingungen auf (bspw. Bodenbeschaffenheit, Entfernung), kann der Standort durch Flächentausch optimiert werden.

Schattenwurf

Der sich drehende Rotorstern erzeugt einen sogenannten Schlagschatten, der sich störend auf umliegende Flächen oder Anwohner auswirken kann. Die Entstehung und die Reichweite des Schattens sind abhängig vom Bewölkungsgrad sowie dem jahres- und tageszeitlichen Stand der Sonne. Im Zuge des Genehmigungsverfahrens wird eine Schattenprognose erstellt.
Die Ergebnisse dieser Prognose fließen in das Genehmigungsverfahren ein und bestimmen darüber, ob eine WEA am gewählten Standort betrieben werden darf, ggf. mit der Auflage, dass der Schattenwurf in 2 m Höhe maximal 30 Stunden im Kalenderjahr und 30 Minuten pro Tag nicht überschreiten darf.

Schallschutz

Die Anforderungen des Lärmschutzes müssen ebenfalls erfüllt werden. Je nach Art des Gebietes (Gewerbe-, Misch-, allgemeines Wohn-, reines Wohngebiet) müssen die dafür zulässigen Schallgrenzwerte eingehalten werden. Lärmimmissionen der WEA werden anhand der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) beurteilt.
WEA erzeugen Infraschall. Der Schall hat eine sehr niedrige Frequenz und kann vom Menschen erst bei sehr hohem Schallleistungspegel wahrgenommen werden. Der Pegel wird durch WEA im laufenden Betrieb jedoch nicht erreicht. Nach aktuellem Stand der Wissenschaft (Bayerisches Landesamt für Umweltschutz: Windenergie in Bayern) verursachen WEA keine schädlichen Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen.

Anschluss an das Stromnetz

Der Netzbetreiber ist laut § 8 EEG-2017 verpflichtet die Anlage an das Stromnetz anzuschließen, wenn diese nicht zu weit vom Verknüpfungspunkt entfernt liegt. Die Entfernung zum nächsten Verknüpfungspunkt sollte geprüft werden, da die Kosten der Kabeltrasse, die über eine bestimmte Entfernung hinausgehen, vom Betreiber getragen werden müssen. Eventuell kann die Infrastruktur anderer Energieerzeugungsanlagen mitgenutzt werden. Der Ausbau und die Optimierung des Netzes ist Aufgabe des Netzbetreibers. Der Netzbetreiber hat die Verpflichtung, den gesamten von der Anlage produzierten Strom abzunehmen und nach den Erneuerbare Energie Gesetz (EEG)-Vorgaben zu vergüten.

4. Kosten der Windenergieanlagen

Der Preis für die Herstellung, die Montage und den Aufbau einer Kleinwindenergieanlage wird pro Kilowatt (kW) installierter Leistung errechnet. Anlagen mit einer Leistung bis 100 kW kosten im Durchschnitt 5.000,- €/kW. In den Neunzigerjahren waren WEA mit einer Leistung von 600 kW Standard. Heute liegen die Spitzenleistungen bei 7,5 Megawatt (MW) und einer Höhe bis zu 140 m.
ZeitraumKosten einer Windenergieanlage
aktuell5.000 €/kW bei Kleinwindenergieanlagen bis 100 kW
2010 bis 20121,60 bis 2 Mio. €/MW
2018 bis 20201,25 bis 1,45 Mio. €/MW bei Anlagengröße von 3 bis 4 MW
Die Betreiberstruktur von WEA ist vielfältig. Betreiber sind Privatpersonen, Gewerbebetriebe, Energieversorger, Genossenschaften oder Gesellschaftsformen wie die GmbH. Als sehr erfolgreich für die Finanzierung hat sich die Bürgerbeteiligung erwiesen. Dieses Modell erhöht gleichzeitig die Akzeptanz für eine WEA in unmittelbarer Nähe.

5. Voraussetzungen für den Betrieb

Für den Betrieb der WEA benötigt die in der Gärtnerei verantwortliche Person eine Schulung. Die Einbindung der WEA in den Energiemix des Betriebes erfordert eine Anlaufzeit von etwa 6 Monaten und von der betreuenden Person ein gewisses Maß an technischem Verständnis und Interesse. Arbeitet die Gärtnerei mit einem Klimacomputer, sollte dieser den neuen Gegebenheiten hardware- und softwaremäßig angepasst werden.
Für einen sicheren und ertragreichen Betrieb der Anlage ist anzuraten ein entsprechendes Versicherungspaket abzuschließen. Um die Betriebsgenehmigung zu erlangen, muss der Anlagenbetreiber eine Verpflichtungserklärung zum Rückbau der Anlage samt Beseitigung der Bodenversiegelung abgeben, wenn die Anlage nicht mehr genutzt wird. Das Grundstück muss dann in den ursprünglichen Zustand versetzt werden.

6. Vergütung Windenergie

Windanlagenbetreiber bekommen durchschnittlich 5,00 Cent/kWh (Stand: 01. Februar 2018) garantiert. Die Höhe der Vergütung für Anlagen mit einer Nennleistung von über 750 kW wird künftig durch ein staatliches Ausschreibungssystem ermittelt. Innerhalb festgelegter Zubaumengen pro Jahr können sich Windanlagenbetreiber für den Erhalt eines Zuschlags bewerben. Zuschläge erhalten all die Bieter, die im Rahmen der jährlichen Ausbaubegrenzung die niedrigsten Gebote abgegeben haben. Der erzielte Einspeiseerlös setzt sich aus dem Strombörsenpreis und der Marktprämie zusammen. Letztere wird durch die EEG-Umlage gebildet.
Kleinwindanlagen hingegen erhalten eine festgelegte Einspeisevergütung nach dem EEG über einen Zeitraum von 20 Jahren, die jedoch häufig unter deren Stromgestehungskosten liegt. Diese ist daher nur dann wirtschaftlich, wenn sie nicht weit entfernt vom Betreiber steht und nur für den Eigenverbrauch aufgestellt wurde.

7. Erfahrungen mit Windenergieanlagen im Gartenbau

Durch ein modernes Energiemanagement, d. h. Vernetzung aller Energieerzeuger und Verbraucher, können Gartenbaubetriebe ihre Energiekosten optimieren und den Eigenverbrauch (Autarkiegrad) maximieren.

Kleinwindenergieanlagen im Gartenbau

Kleine bis mittelgroße WEA unter einer Nennleistung von 100 kW sind im Gartenbau sowohl planerisch wie auch wirtschaftlich schwer zu realisieren. Ein wirtschaftlicher Betrieb ist nur möglich, wenn der erzeugte Windstrom günstiger ist, als der Strompreis des Energieversorgers und bei hohem Eigenverbrauch. Dennoch gibt es auch positive Beispiele.
In dem in der Abbildung 3 gezeigten Gemüsebaubetreib sind seit dem Jahr 2012 zwei Kleinwindenergieanlagen in Betrieb (Nennleistung 5,4 kW bzw. 3,5 kW). Die Anlagen haben eine Gesamthöhe von 12 m. Der produzierte Strom wird zu 100 Prozent in der Gärtnerei verbraucht. Die Anlagen laufen im Optimum bei einer Windgeschwindigkeit von 5 m/s. Die größere Anlage produziert im Jahr ca. 2.000 kWh. Anfangs wurden die Rotorblätter ausgetauscht. Seither laufen die Anlagen einwandfrei. Weitere oder größere WEA würde der Betrieb jedoch nicht bauen. Die bestehenden Anlagen befinden sich in unmittelbarer Nähe eines Wohngebiets und „man muss sich mit den Nachbarn verstehen“. Zum Energiemix der Gärtnerei gehört noch eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 186 kWp (Kilowatt Peak) die sicher und effizient arbeitet. Der Strombedarf im Betrieb wird durch erneuerbare Energien gedeckt, der Überschuss ins Netz eingespeist.

Schwachwindenergieanlage im Gartenbau

Anders sieht es beim Betreiben einer Großanlage aus. Seit dem Jahr 2012 hat sich eine bayerische Gärtnerei mit dem Gedanken beschäftigt, eine WEA zu bauen, um die stetig steigenden Stromkosten zu senken. Im Jahr 2016 ging die WEA in Betrieb. Dem Gedanken der Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit wurde hier Rechnung getragen, einen Teil des benötigten Stroms aus der Windkraft zu gewinnen. Die getriebelose Schwachwindenergieanlage mit einer Nennleistung von 800 kW und einer Einschaltgeschwindigkeit von 3,5 m/s steht in Betriebsnähe. Ein geeignetes Grundstück konnte durch Flächentausch erworben werden.
Die Anlage hat eine Gesamthöhe von 100 Meter und produziert im Jahr 1 bis 1,2 Mio. Kilowattstunden. Die Wartungsintervalle betragen vier Monate. Von der produzierten Strommenge können etwa 60 Prozent im Betrieb genutzt werden. Die übrigen 40 Prozent werden über einen Dienstleister an der Strombörse verkauft. Mit der Windkraft hat die Gärtnerei ihren Energiemix erweitert. Um auf die schwankenden Sonnen- und Windverhältnisse reagieren zu können, sind zwei Photovoltaikanlagen mit insgesamt 300 kW (über 50 % Eigenverbrauch) sowie ein Blockheizkraftwerk (BHKW) im betriebseigenen Energienetz integriert.

Ihr Ansprechpartner
Herr Stefan Kirchner
Tel.: 0931 9801-305
E-Mail: stefan.kirchner@lwg.bayern.de