Dem Himmel so nah

Von Daniel Hautmann

Wann und wo genau sich das erste Windrad der Menschheit drehte, ist nicht überliefert. Es gilt aber als sicher, dass die Perser schon vor über 2000 Jahren die Kraft des Windes nutzten. Ihre kleinen Anlagen bestanden vermutlich aus kaum mehr als Holz und Stoff. Heutige Turbinen hingegen sind computergesteuerte Riesenmaschinen aus Hightech-Materialien.

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 darum ging, die Grenzen des Machbaren zu erweitern, neue Technologien zu entwickeln, bessere Materialien zu finden und mehr Leistung aus den Anlagen herauszuholen.

Der Reihe nach. Jeder kennt die alten Gemälde von holländischen Windmühlen. Zu Tausenden drehten sich ihre Flügel, um das Land zu entwässern, um Körner zu zerkleinern oder andere mechanische Arbeit zu verrichten. Die Windkraft spielte 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 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 dann wurde es still um die Windfänger. Sie wurden verdrängt – erst von der Dampfmaschine, später vom Verbrennungsmotor.

Von der Öffentlichkeit fast unbemerkt tauchte die Windkraft allerdings fast zeitgleich mit der Erfindung des Ottomotors Ende des 19. Jahrhunderts wieder auf. Es war die Zeit des elektrischen Stroms, erste Glühbirnen eroberten die Straßen, der Magnetismus beschäftigte die Wissenschaft. Der schottische Erfinder James Blyth 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. 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 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. „Natürlich sind all die Übergänge fließend. Entwicklungen wachsen selten auf dem Mist einzelner Erfinder, sondern vielmehr aus den Gedanken und Versuchen vieler”, sagt Alois Schaffarczyk. „Technik ist Evolution.”

In den Folgejahren boomte die Windkraft. Zahlreiche Wissenschaftler erforschten ihre Grundlagen. Einer von ihnen war Albert Betz, 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“ gilt bis heute.

Von der Technik inspiriert, setzte der deutsche Erfinder und Windenergiepionier Hermann Honnef zu Höhenflügen an. Er entwarf in den Dreißigerjahren 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.

1941 knackt ein Windrad in den USA die Grenze von einem Megawatt Leistung

Dafür wurde 1941 in den Vereinigten Staaten eine Monsteranlage gebaut: Die Smith Putnam 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 profilierten 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.

Ungefähr zur gleichen Zeit formierte sich in Dänemark um den Ingenieur Johannes Juul das, was zur heute bekannten Windkraftindustrie heranwuchs. Damals tüftelten etliche Erfinder an Windrädern und tauschten sich rege aus. Es entstand das „Dänische Design”: 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 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”, 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 abgebaut. Es heißt, die beteiligten Energieunternehmen wollten beweisen, dass die Windkraft nicht funktioniere.

Heute weiß man, dass das Gegenteil richtig ist. Ungefähr zur selben Zeit wurden in Kalifornien tausende kleine Windkraftanlagen aufgebaut. Ölpreiskrisen und das wachsende Umweltbewusstsein trieben den Ausbau an. Die Steuergesetzgebung in Kalifornien erzeugte einen regelrechten Windrausch. „Da war Geld da”, sagt Schaffarczyk.

Insgesamt wurden in den Achtzigerjahren 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 ins Meer wagten. Vor dem kleinen Örtchen Vindeby auf der Insel Lolland entstand 1991 der erste Offshore-Windpark der Welt. Die elf Windräder, die nur wenige Hundert Meter vom Ufer entfernt auf kegelförmige Betonsockel gestellt wurden, haben wenig mit modernen Hochseewindrädern gemein – aber sie liefern noch heute zuverlässig Strom.

Nicht nur beim Windkraftboom in Kalifornien, auch in Europa spielten die politischen Rahmenbedingungen eine wesentliche Rolle für den Durchbrauch der Branche. Ohne das 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, vollgestopft mit Hightech. Vor allem aber sind sie mit den Jahren enorm gewachsen: von wenigen Kilowatt Leistung und 15 Metern Rotordurchmesser um 1980, auf aktuell neun Megawatt und bis zu 180 Meter große Rotoren – Growian lässt grüßen.

Windräder decken heute vier Prozent des globalen Strombedarfs

Viele Erfindungen und unablässige Tüftelei haben das möglich gemacht. Eine einzelne Innovation herauszupicken, die den Durchbruch brachte, fällt schwer. „Was meiner Meinung nach die Windturbine grundlegend verändert hat, ist die Halbleitertechnik”, sagt Po Wen Cheng von der Universität Stuttgart.

„Erst mit dem Umrichter war es möglich, das variable Drehzahlkonzept kostengünstig umzusetzen und verlässlich Strom ins Netz zu speisen.”

Trotz des Erfolgs: Noch ist die Windkraft ein kleines Licht. Nur etwa vier Prozent des globalen Energiebedarfs werden von Windstrom gedeckt. Dafür sind die Aussichten umso besser: Beim Global Wind Energy Council in Brüssel heißt es, bis 2050 könne der Wind bis zu 30 Prozent liefern.

Vor allem Offshore ist noch Luft, sagt John Olav Tande, Windkraft-Forscher im norwegischen Energieforschungsverbund Sintef: „Das Potenzial durch die vorhandene Meeresoberfläche ist um ein Vielfaches größer als der globale Energiebedarf.”