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02 Einleitung
03 Energieverbrauch
04 Windkraft
05 Photovoltaik
06 Sonnenkollektoren
07 Geothermie
08 Sterlingmotoren
09 Biomasse
10 Inselsysteme
11 Solararchitektur
12 Umfrage
13 Förderungen
14 Danksagung
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Diplomarbeit
4 Windkraftanlagen (WKA)
4.1 Einleitung, Funktionsweise

Das wichtigste bei einer WKA ist das Windpotential. Deshalb gleich zu Anfang eine Übersichtskarte des Windpotentials an den Küsten Europas. Eine WKA arbeitet ab ca. 3-4 m/s in 10 Meter Höhe wirtschaftlich.
Abbildung 4-1 zeigt das Windpotential an Europas Küsten: [1].

In Binnenland nimmt die durchschnittliche Windgeschwindigkeit stark ab. Nur vereinzelte, hochgelegene Standorte kommen als ein wirtschaftlicher Standort in Frage. Dies zeigt die folgende Abbildung von der BRD:
Abbildung 4-2 zeigt die Windpotentialkarte der BRD.
Man erkennt, daß die größten Potentiale für WKA die
Küstengebiete und vereinzelte Gebirgsstandorte sind: [2]
Das Windpotential in Deutschland: [3]

Technisches Stromerzeugungspotential an Land: 127,7 TWh/a
Technisches Stromerzeugungspotential Off-Shore: 237,0 TWh/a
Stromerzeugung durch Windkraft 1994: 1,4 TWh/a

Die Amerikaner sind bereits übergegangen die verschiedenen Windpotentiale in Klassen einzuteilen.
Abbildung 4-3 zeigt das Windpotential der USA mit der Klasseneinteilung nach W/m2.
Die m² beziehen sich dabei auf die m² Rotorfläche der WKA.[4]
In Bayern existiert ein gutes
Windpotential an den Alpenrändern.

Abbildung 4-4 zeigt das Windpotential
in Bayern an den Alpenrändern: [5]
Abbildung 4-5 zeigt die WKA-Standorte in Deutschland.
Man erkennt, daß im Norden (besserer Wind) mehr WKA stehen als im Süden): [6]

In Bayern sind nur vereinzelt (siehe Karte oben) WKA vorhanden. Das kann aber nicht an der Binnenlage Bayerns liegen, da in Nordrhein-Westfalen bereits wesentlich mehr WKA aufgestellt sind (siehe Anhang 15.6). Zwar ist die mittlere Windgeschwindigkeit in Nordrhein-Westfalen um 1 m/s stärker, jedoch hat Bayern an den Alpenrändern bessere Windgeschwindigkeiten zu bieten. Zusätzlich ist die Netzferne von potentiellen Standorten zu berücksichtigen.



Die Deutschen müssen bis jetzt keinen Vergleich mit dem Ausland scheuen. In Europa ist die höchste Installierte Nennleistung von WKA in Deutschland. Weltweit steht Deutschland auf den zweiten Platz hinter den USA. Doch bei Beibehaltung des Booms von WKA wird Deutschland die USA in der installierten Nennleistung für WKA bald überholen.
In den nächsten Abbildungen sieht man einen weltweiten Vergleich: [7]



4.1.1 WKA-Typen

Man unterscheidet generell 2 Typen von WKA:
n vertikal drehende Anlagen
n horizontal drehende Anlagen

Rotoren mit vertikaler Drehachse:
Abbildung 4-6 zeigt die verschiedenen Typen von WKA mit vertikaler Drehachse: [8]

• Die vertikal drehenden Rotoren haben folgende Vorteile
   zu horizontal drehenden Rotoren:
- Weniger bewegte Teile (Wegfall des Nachführen
   in den Wind)
- Dadurch geringere Wartungskosten
- Dadurch bessere Aufnahme von Windböen aus
   verschiedenen Richtungen
- Besseres Statisches System durch Dreifuß
- Für Off-Shore Anwendungen gut geeignet

• Aber auch folgende Nachteile:
- Durch schlechtere Aerodynamik schlechterer Wirkungsgrad
- Lautes Drehgeräusch resultierend aus der schlechten
    Aerodynamik
- Noch keine Serienreife erzielt für Großanlagen

Abbildung 4-7 zeigt einen H-Rotor 300 der Firma Heidelberg aus Starnberg: [9]

Technische Daten: Nennleistung 300 KW
  Nabenhöhe 50 m
  Max. Blattgeschwindigkeit 31 m/s
  Überlebensgeschwindigkeit 71 m/s
  Lebensdauer (laut Firma) 30 Jahre
  Preis: k.A.
Generell muss man sagen, dass sich vertikal drehende Anlagen auf dem WKA-Markt nicht durchsetzten konnten.

Rotoren mit horizontaler Drehachse:

Diese Bauart hat sich auf dem Markt durchgesetzt.

• Ihre Vorteile Sind:
- Durch verstellbare Rotorblätter sehr leise. Beim vorbeistreichen der Rotorblätter an den
   Mast und an den Flügelenden entstehen Geräusche.
- Serienreife erreicht
- Neue Modelle ohne Getriebe (Enercon-40).
- Guter Wirkungsgrad durch regulierbare Rotorblätter und Drehzahl.

• Ihre Nachteile:
- Durch schlechtes statisches System (Kragarm) vibrationsanfällig (speziell bei starken Böen)
- Meiner Meinung nach, sind Sie in der Landschaft auffälliger als vertikal drehende Anlagen
- Nachführung in den Wind erforderlich
- Mehr bewegte Teile als beim vertikal drehenden Typ
Abbildung 4-8 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer WKA mit horizontaler Drehachse: [10]
4.2 Standortfaktoren

Windgutachten:

Ein Windgutachten ist auf jeden Fall vor Aufstellung einer WKA einzuholen. Die Risiken einer Fehlplanung sind viel zu groß, als daß sich das Windgutachten nicht rentieren würde.

Außerdem wird mit der Leistungskurve und verschiedenen Nabenhöhen einer (oder mehreren) ausgewählten WKA der Energieertrag pro Jahr errechnet. Das ist für eine wirtschaftliche Anlage der wichtigste Faktor.

Abbildung 4-9 zeigt das Windangebot und theoretisch berechneter WKA - Energieertrag für verschiedene Nabenhöhen: [11]


Im Anhang dieser Arbeit finden Sie einige Adressen von Windgutachtern. Man muß aber beachten, daß die jährlichen Erträge (kWh/a) um bis zu 20% von Ihrem Soll Abweichen können!

Jahresmittel der Windgeschwindigkeit: [12]

Ein Blick auf die Windpotentialkarte Zeigt schon einmal, ob das untersuchte Gelände für eine Nutzung in Frage käme. Ganz sollte man sich aber nicht darauf verlassen. Eine differenziertere Darstellung der Windstruktur wird erst durch empirisch ermittelte Häufigkeitsverteilungen möglich. Örtliche Sondergebiete wie z.B. Seen, Flüsse, Bodenrauhigkeit, steile Hügel und Gebirge (Düsenwirkung) können sehr stark das Windpotential beeinflussen. Außerdem ist die Höhe für die angegebene mittlere Jahreswindgeschwindigkeit ausschlaggebend. Meistens wird sie in 10 m Höhe angegeben. Nachfolgendes Diagramm macht klar, wie sehr die mittlere Windgeschwindigkeit mit der Höhe anwächst.

Abbildung 4-10 zeigt den Höheneinfluß für die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit: [13]



Wichtig für den Ertrag von WKA ist die Verteilung der Windstärke über die Zeit. Sie wird mit der Weibullverteilung beschrieben und ausgewertet.

Weibullverteilung: [14]

Empirisch ermittelte Häufigkeitsverteilungen, die mit Hilfe von Windmessungen gewonnen werden, können durch die Weibullverteilung approximiert und in verschiedene Höhen extrapoliert werden. Die Weibullverteilung aus der Gruppe der Gammaverteilungen wird durch den scale-Parameter c (Skalierung) und den shape-Parameter k (Form) beschrieben. Für k = 2 ergibt sich die sogenannte Rayleigh-Verteilung. Auf der Basis der Weibullfunktion ist eine Berechnung des WKA-Energiepotentials möglich.

Abbildung 4-11 zeigt den Unterschied bei zwar gleicher mittlerer Jahreswindgeschwindigkeit aber unterschiedlicher Häufigkeitsverteilung: [15]


M= Mittelwert der Windgeschwindigkeit

[m/s] c = scale Faktor [m/s]

k = shape Faktor [-]

Für nähere Informationen über die Verteilung
verweise ich auf die Internetseite der Uni Münster
(siehe Fußnote).

Es werden zwei Arten von Standortgutachten unterschieden:


- Standortgutachten auf Basis von Windmessungen (Genauigkeit abhängig von Dauer der Messungen; mind. 3 Monate besser 1 Jahr).

- Standortgutachten auf Basis von Computersimulationen (Genauigkeit ca. + 10%; Zeitaufwand 2-3 Wochen).

Küstennähe:

Durch die flachen Küstenbereiche von Deutschland folgt, daß in Küstennähe und für Off-Shore Anlagen eine Computersimulation durch Aufnahme des Geländes mittels Kartenmaterial und eine Auswertung auf der Basis von schon vorhandenen Winddaten ziemlich genaue Angaben über die Windverhältnisse gemacht werden können.

Binnenland:

Im Binnenland ist dies nur im leicht hügeligen Gelände möglich. Bei zu starken Höhenunterschieden wird die Simulation immer ungenauer. Für eine flächenmäßige Darstellung des Windpotentials ist aber eine numerische Lösung unumgänglich, da der Messungsaufwand sonst viel zu groß wird (zu viele Messungen nötig).

Im Binnenland sind die rentablen Windpotentiale nur im Gebirge anzutreffen, wo eine reine Computersimulation viel zu ungenau wird. Deshalb ist eine Kombination von Computersimulation mit anschließender Standortmessung am sinnvollsten und sichersten.

Abbildung 4-12 zeigt den Aufbau einer Messtelle, die angegebenen Meßhöhen können variieren: [16]


Die Resultate eines Windgutachtens sind:

- Jahresenergieertrag

- Windrichtungshäufigkeit

- Flautenhäufigkeit

- Windstärkenverteilung

In den folgenden zwei Abbildungen sehen Sie ein Beispiel über eine solches Windgutachten. Hier wird die Häufigkeit der Windrichtung in % angegeben, sowie deren minimale und maximale Geschwindigkeit. Außerdem wird eine Windgeschwindigkeitsmessung über die Meßzeit erstellt und daraus ein Mittel mit einer Standardabweichung errechnet. Eine Flautenanalyse ist ebenfalls abgebildet.



Abbildung 4-13 zeigt von einen Windgutachten die Windrichtungsstatistik mit max. und min. Geschwindigkeit: [17]
Abbildung 4-14 zeigt eine Flautenanalyse und Tagesgang der Windgeschwindigkeit: [18]
Abbildung 4-15 zeigt die Verteilung der Windgeschwindigkeit mit verschiedenen Verteilungsfunktionen: [19]

Preise:
Ich habe 15 Windgutachter angeschrieben und 6 Rückantworten erhalten. Die einzelnen Adressen sind im Anhang gegeben.

Alle Computersimulationen berechnen den durchschnittlichen jährlichen Betrag an kWh für die aufzustellende WKA anhand Ihrer Leistungskurve.

Eine Auswertung ergab folgende Preise:

Computersimulationen:

Fa. GERTEC 1.500.- bis 3.000.- DM

DEWI Deutsches Windenergie - Institut 1.400.- bis 3.500.- DM, Mehrkosten: Bei 70m über NN, Kilometergeld

ERGO NOVA 1.000.- bis 1.400.- DM + 250.- DM Fahrtkosten für Bayern +MwSt

Windparkanalyse 1.400.- bis 1.800.- DM. + Fahrtkosten (ab 250 Km auf. Absprache, sonst 0,52 DM/Km) + MwSt. je Anlage Kartenmaterial z.T. zu Lasten des Auftraggebers


Ingenieurbüro J. Kuntzsch 1.800.- bis 2.200.- DM inkl. Standortbesichtigung

Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein 1000.- DM inkl. MWSt Berechnung 30m über Grund und in Nabenhöhe mit Windanalysis System Programmes (WAsP); nur in Schleswig-Holstein!

Anemos 1500.- bis 2500.- DM (+MwSt.) je nach Entfernung des Standortes (Besichtigung mit Inbegriffen).


Standortmessungen:

Dabei ist darauf zu achten, daß der Standort mit einen PKW zu erreichen ist, und ein Fundament mit Abspannungen für den Meßmast (je nach geplanter Höhe) aufgebaut werden kann. Die Dauer der Messung sollte mindestens 3 Monate sein, besser 1 Jahr. Dadurch sind die Kosten für Standortmessungen sehr Variabel (Dauer, Höhe, Erreichbarkeit, Aufstellung).

Fa. GERTEC 5.000.- bis über 15.000.- DM, Meßhöhe 10 - 30m


Der günstigste Anbieter für eine Computersimulation ist somit die Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein, die aber kein Gutachten in Bayern erstellt. Diesen Platz nimmt Ergo Nova mit ca. 2000.- DM ein (100.- DM für Kartenmaterial + 1900.- DM für Windgutachten inkl. MwSt.). Leider braucht man in Bayern in sehr vielen Fällen auch eine Standortmessung. Diese Kosten sind von vielen Faktoren (s.o.) abhängig, so daß Sie nur geschätzt werden können: ca. 15. 000.- DM für eine gut zugängliche, nicht schwer aufstellbare und ein Jahr dauernde Messung.

Somit ergeben sich Gesamtkosten für ein Windgutachten von ca. 17.000.- DM inkl. MwSt.

Windparks:
Ein Windpark ist eine Ansammlung von mehreren WKA auf einem Gelände. Dadurch kann ein guter Standort besser ausgenutzt werden, als wenn man die noch viel zu teuren „Mammutanlagen“ (bis 3 MW) installieren würde.
Abbildung 4-16 zeigt die prinzipielle Aufstellungsart bei Windparks: [20]
4.3 Genehmigungsphasen [21]

1. Bauvoranfrage:

dient dazu, die prinzipielle Genehmigungsfähigkeit des geplanten WKA-Vorhabens von der unteren Bauaufsichtsbehörde prüfen zu lassen dazu werden i.a. folgende Unterlagen bei der Baubehörde eingereicht: Lageplan mit dem geplanten WKA-Standort, Angebot über die zu errichtende WKA mit technischer Beschreibung, Zeichnung bzw. ein Photo der Anlage sowie gegebenenfalls weitere Unterlagen, die z.B. für die Beurteilung von landschaftsschutz-, straßenrechtlichen und weiteren Aspekten des Genehmigungsverfahrens im Vorfeld einer WKA-Errichtung relevant sein können.

2. Baugenehmigung:

Die Zulässigkeit des WKA-Vorhabens wird vor dem Hintergrund aller öffentlich-rechtlichen Normen geprüft; dabei werden die Wirkungen von Windkraftanlagen auf Mensch und Natur berücksichtigt. Der Umfang der einzureichenden Bauvorlagen ist nicht einheitlich festgesetzt und wird von der zuständigen Baubehörde festgelegt. Neben Angaben zur Lagebeschreibung und Zeichnungen der Anlage sind auch Nachweise über die technische Sicherheit und Standsicherheit der Anlage (Bodengutachten), etc. zu erbringen. Im Verlauf des Baugenehmigungsverfahrens werden weitere Behörden eingebunden, indem ihre fachliche Stellungnahme zu dem Vorhaben eingeholt wird; dabei werden die Wirkungen von WKA insbesondere vor dem Hintergrund der bau-, natur- und landschaftsschutzrechtlichen Vorgaben geprüft

Baurecht (Gesetzliche Grundlagen):

Hier nur die entsprechenden Paragraphen:

1. WKA-Errichtung im Geltungsbereich eines Bebauungsplanes

Errichtung im qualifiziert beplanten Innenbereich (§ 30 Abs. 1 BauGB)

Errichtung im nicht qualifiziert beplanten Innenbereich (§ 34 BauGB)

2. Bauen im Außenbereich § 35 BauGB

Privilegierte Bauvorhaben

1. §35 Abs. 1 Nr. 1 BauGB

2. §35 Abs. 1 Nr. 4 BauGB

(Genehmigungsmöglichkeit vom BVerwG im Juni 1994 gestoppt), Sonstige Vorhaben (§35 Abs. 2 BauGB)

Natur- und Landschaftsschutzrechtliche Grundlagen:

Bundesnaturschutzgesetz:

Regelt die Belange des Natur- und Landschaftsschutzes auf Bundesebene. Wichtiges Instrument ist die in § 8 verankerte Eingriffsregelung, die Verursacher eines Eingriffs verpflichtet, "vermeidbare Beeinträchtigungen von Natur und Landschaft zu unterlassen, sowie unvermeidbare Beeinträchtigungen .. durch Maßnahmen des Naturschutzes und der Landschaftspflege auszugleichen" (§ 8 Abs. 2 BNatSchG). Die Errichtung von WKA ist in die Kategorie eines Eingriffs in Natur und Landschaft einzuordnen. Zur Ermittlung der Eingriffserheblichkeit werden die Wirkungen von WKA auf Natur und Landschaft untersucht.

Die einzelnen Landesgesetze sind zusätzlich zu beachten.

Zu beachtende Planungsvorgaben:

Hier sind zusammengefasst alle zu beachtenden Gesichtspunkte bei der Planung einer WKA:

Schallimmissionen:

Wirkung:
Beim Betrieb von WKA treten Betriebsgeräusche des Getriebes, Generators sowie der Rotorblätter auf, deren Größenordnung Anlagen- und standortspezifisch ist.

Planung:
Im Rahmen einer Standortanalyse ist für jeden WKA-Typ in Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten die Durchführung einer Schallprognose zu empfehlen. Angaben über einzuhaltende Schallimmissionsgrenzwerte bei verschiedenen Raumnutzungen finden sich z.B. in der TA LÄRM. Um die zulässigen Schallimmissionsgrenzwerte nicht zu überschreiten, sind bestimmte Mindestabstände zu den verschiedenen Nutzungen einzuhalten.

Grenzwerte der Schallimmissionen nach der TA LÄRM

Gebiete nach BauNVO

  Tag dB(A) Nacht dB(A)
Industriegebiet 70 70
Gewerbegebiet 65 50
Misch-, Kern-, Dorfgebiet 60 45
Allgemeines Wohngebiet 55 40
Reines Wohngebiet 50 35
Kurgebiete, Krankenhäuser, Pflegeanstalten 45 30


Avifauna

Wirkung:
Bisherige wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass von WKA nur ein geringes Vogelschlagrisiko ausgeht und sich Beeinträchtigungen eher in Änderungen des Zug-, Rast- und Brutverhaltens zeigen können.

Planung:
Bei der Planung von Windparks sollten avifaunistisch bedeutsame Gebiete von der Windkraftnutzung ausgegliedert werden.

Landschafts- und Ortsbild

Wirkung:
Bewertung der Auswirkungen von WKA auf das Landschafts- und Ortsbild unterliegt subjektiven Einflüssen; Erheblichkeit der Auswirkungen wird deshalb kontrovers diskutiert.

Planung:
Um die Bewertung der Auswirkungen zu objektiveren, gibt es Verfahren, die von den Umweltbehörden zur Ermittlung der Eingriffserheblichkeit eingesetzt werden können. Hilfreich kann auch die EDV-gestützte Visualisierung des Standortes sein, bei dem die vorgesehene WKA-Konfiguration an dem potentiellen WKA-Standort simuliert wird.

Elektromagnetische Störungen

Wirkung:
WKA-Betrieb kann in der näheren Umgebung zu Störungen des Fernseh- und Rundfunkempfangs führen sowie Beeinträchtigungen im Funkverkehr und bei Radaranlagen auslösen.

Planung:
Richtfunktrassen sind in die Bauleitpläne eingezeichnet, so daß bei Baumaßnahmen eine Beteiligung der jeweiligen Telekomdirektion bzw. des zuständigen Fernmeldeamtes notwendig ist.

Schattenwurf

Wirkung:
Insbesondere an sonnigen Tagen kann es beim Betrieb von WKA durch die Drehung der Rotorblätter zu Schatteneffekten kommen, die bei zu geringen Abständen zwischen WKA und Wohnbebauung zu Belästigungen von Anwohnern führen können.

Planung:
Die gesonderte Betrachtung möglicher Schattenwurfzeiten ist nicht prinzipiell erforderlich, da die aufgrund von Schallimmissionen einzuhaltenden Abstände i.d.R. größer sind als die abschattungsbedingten Entfernungen.

Eisansatz: [22]

Der Betrieb von Windkraftanlagen soll bei Umgebungstemperaturen von -10°C bis +40°C möglich sein. Insgesamt ist festzustellen, daß die heutigen Windkraftanlagen für unsere durchschnittlichen Winter ausreichend ausgelegt sind, aber noch Mängel im Detail beseitigt werden müssen. An extremen Standorten kann aus Gründen der Verfügbarkeit die Mehrinvestition in ein "Technisches Winterpaket" sinnvoll sein (Alpen!). Bei weiteren Informationen wenden Sie sich an Manfred Lührs, technischer Sachverständiger für Windkraftanlagen in Süderdeich/Dithmarschen.

In folgenden Bereichen dürfen keine Windkraftanlagen errichtet werden:

Nationalparks, Naturschutzgebieten, Kernzonen von Biosphärenreservaten und vergleichbaren Schutzkategorien, Europäischen Vogelschutzgebieten (IBA) gemäß EG-Vogelschutzrichtlinie, einzurichtenden Schutzgebieten gemäß der EG-Fauna - Flora - Habitat - Richtlinie, Europareservaten, Ramsar-Gebieten, 20c-Gebieten des Bundesnaturschutzgesetzes und entsprechenden landesrechtlich geschützten Bereichen, landesrechtlich geschützten Landschaftsbestandteilen kleinerer Ausdehnung (z. B. In Niedersachsen: "Besonders geschützte Landschaftsbestandteile"), naturschutzrechtlich nicht gesicherten, aber in entsprechenden Verfahren befindlichen bzw. nach Erkenntnissen der Biotopkartierung schutzwürdige Gebieten, in Vordeichgebieten und 500 m dahinter, und auf traditionellen Vogelzugwegen und -rastplätzen.


4.4 Kosten für eine WKA
4.4.1 WKA-Markt in Deutschland 1996


Der Markt für WKA hat sich 1996 etwas beruhigt. Das Wachstum ist nicht mehr ganz so stark, wie es auf den nachfolgenden Graphiken dargestellt wird. Im Binnenland holen die WKA etwas auf. Der Trend geht zu größeren WKA, die auch ausgediente kleinere Anlagen immer mehr verdrängen. Erste Konkurse von WKA Herstellern sind zu beklagen; Kennetech in den USA und Südwind in Deutschland, wobei letzere wieder saniert wird.
Abbildung 4-17 zeigt die Elektrizitätserzeugung durch WKA: [23]
Abbildung 4-18 zeigt die jährlich Installierte WKA Leistung aufgeteilt in Küstengebiet und Binnenland, man erkennt, daß Binnenanlagen aufgeholt haben: [24]


Abbildung 4-19 zeigt die Entwicklung zu größeren Anlagentypen: [25]
Hersteller und Preise:

In Deutschland bestimmen fünf Firmen über 65% des Marktes (siehe Graphik).

Abbildung 4-20 zeigt den WKA - Markt in Deutschland nach Stückzahlen und Leistung im Zeitraum von 1982 - 1995: [26]


Dabei ist ENERCON eindeutig der Marktführer in Deutschland. Sie brachten auch die erste WKA mit getriebelosen Generator auf den Markt.

Eine Analyse des Winkraftanlagenmarktes 1996 wurde aufgrund des Kataloges der Firma WINKRA RECOM durchgeführt. Eine Aufteilung in die Klassen 150 kW, 200 - 250 KW, 270 - 350 kW, 400 - 450 kW, 500 kW, 600 - 630 kW, 750 - 800 kW und 1 MW erbrachte folgendes Ergebnis:



Als billigste WKA ist hier eine Carter CTL mit einer Leistung von 300 kW und einem Preis von 1000 DM/kW zu nennen. Diese Anlage kommt aus Großbritannien. Die billigste Anlage der 150 kW Klasse kommt auf 2.313 DM/kW. Sie wird von der Firma WIND WORLD geliefert. In der nächsten Klasse bis 250 kW führt eine LAGERWAY mit 250 kW und 1.560 DM/kW. Für Leistungen bis 450 kW ist eine MICON zu nennen mit 400 kW Leistung zu einem Preis von 1.400,- DM/kW. Eine NORDIC gewinnt die Wertung für WKA mit 500 kW zu einem Preis von 1.480 DM/kW. ENERGOVARS erzielt in der 600 - 630 kW Klasse einen Preis von 1.143 DM/kW. WIND WORLD hat eine WKA mit 1.167 DM/kW bei der 800 kW Klasse. In der Königsklasse (1MW) hat eine NORDEX mit 1.679 DM/kW die Nase vorn.

Alle Preise sind ohne MwSt. und ohne Trafo.

Leider kann man nicht nur den Preis je installiertem kW Nennleistung betrachten. Sehr wichtig für den Ertrag ist auch die Rotorfläche der WKA. Je größer die Rotorfläche, desto größer ist der Ertrag der WKA. Deshalb ist nicht nur der Preis je kW Nennleistung entscheidend. Außerdem sind die Nabenhöhen nicht alle auf derselben Höhe, so daß auch hier unterschieden werden muß. Hinzu kommt die Leistungskurve einer WKA. Die WKA sollte so schnell und früh wie möglich eine hohe Leistung bringen (siehe Abbildung 4-21). Also auch bei niedrigen Windgeschwindigkeiten die Nennleistung erreichen. Das kann durch eine entsprechend große Rotorfläche erreicht werden.

Abbildung 4-21 zeigt die Leistungskurve
einer WKA: [27]


4.4.2 Wirtschaftlichkeit, Kosten

Faustformel für die Wirtschaftlichkeit einer WKA: Für eine DM an Investitionskosten sollte etwa 1 kWh/a erzeugt werden. [28]

Lebensdauer und Verfügbarkeit einer WKA:


Die Lebensdauer einer WKA wird bei einer Kalkulation mit 20 Jahren angegeben. [29] Die Herstellerfirmen sagen eine Lebensdauer von 20-30 Jahren voraus. Leider muß man sich auf die Herstellerangaben verlassen, da es noch keine genaueren Daten dafür gibt.

Die Verfügbarkeit für WKA liegt bei 98 %. Durch Verbesserungen und Vereinfachungen der WKA ist ein sehr hohes Niveau erreicht worden. [30]

Kosten einer WKA:

Die Kosten einer WKA unterteilen sich in folgende Bereiche:

- Investitionskosten (ca. 1500,- bis 2000,- DM/kW)

- Betriebskosten (ca. 0,039 DM/kWh)

- Finanzierungskosten (unterschiedlich, ca. 2300,- DM/kW)

Investitionskosten:

Nachfolgende Preisangaben sind von der Windwärts-Energie GmbH übernommen.

Grundstückskosten

Die Grundstückskosten sind relativ gering, da man kein Bauland für eine WKA kaufen muß.

Außerdem sollte eine WKA außerhalb bebautem Gebiet errichtet werden, da sonst mit Widerstand in der Nachbarschaft gerechnet werden muß (siehe auch Umfrage).

Windgutachterkosten:

Für ein Windgutachten werden ca. 17.000.- DM veranschlagt. Für detailliertere Informationen siehe 4.2.

Genehmigungskosten (ca. 8,- DM/kW)

Windgenerator (eigentliche WKA, ca. 1500,- DM/kW)

Siehe Marktübersicht in 4.4.1

Aufstellkosten

Die Aufstellkosten für die WKA bestehen aus:

- Planung (ca. 60,- DM/kW)

- Zuwegung (ca. 20,- DM/kW)

- Fundament ca. 130,- DM/kW)

- Montage der WKA (meist im Preis der WKA inbegriffen)

- Netzanschluß inkl. Trafo (ca. 180 DM/kW)

Für WKA wird ein Flachfundament verwendet. Die mittleren Fundamentkosten größerer Anlagen (600 KW) können mit 130,- bis 140.- DM/KW bei Flachgründungen angenommen werden. Bei Tiefgründungen über 200.- DM/kW.[31]

Die Montage einer WKA ist bei fertigem Fundament und Erreichbarkeit mit einem Autokran meistens innerhalb eines Tages vollendet.

Der Netzanschluß muß von einen Fachmann der zuständigen EVU installiert werden.

Die Kosten dafür sind im günstigen Fall dem des Fundaments ähnlich, also ca. 140.- DM/kW [32]. Bei manchen WKA ist durch eine große Distanz zum nächsten Netzanschluß und durch eventuell anfallende Trafokosten eine große Streuung nach oben möglich. Erdkabel mit 20 kV kosten ca. 200,- DM/lfdm.

Betriebskosten:

Wartung:

In der Regel werden Wartungsverträge abgeschlossen. Kosten pro Jahr: ca. 35.- DM/kW

Reparaturen:

Schäden durch Verschleiß sind zu reparieren und sind nicht durch Versicherungen oder Wartungsverträge gedeckt.

Versicherungen:


Sinnvoll! Versicherungen sind erhältlich für Haftpflicht, Sachschäden wie Brand, Blitz, Maschinenschaden, Diebstahl etc.

Rücklagen:

Für eventuelle anfallende Reparaturen etc.

Strombezug:

Strombedarf der WKA selbst (Nachführung, Steuerung etc.)

ggf. Geschäftsführung:

Vor allem bei Windparks oder mehreren Betreibern nötig

ggf. Grundstückspacht

Wenn nicht der Grund erworben wurde. Ansonsten ist der Grundstückspreis i.d.R. bei den Kreditkosten zu berücksichtigen

Finanzierungskosten:

Kreditkosten:

Laufende Kreditkosten sind mit ausschlaggebend

Steuern:

z.B. Umsatzsteuer, Einkommensteuer, Körperschaftssteuer, Gewerbesteuer (Gewerbeertragssteuer, Gewerbekapitalsteuer) und Vermögenssteuer.


Abbildung 4-22 zeigt die spezifischen Kosten (Investitionskosten) pro installiertem Kilowatt Nennleistung. Man erkennt, daß durch größere Anlagen Kosten gespart werden können: [33]


Die Amerikaner nennen folgende Zahlen: [34]

Von 1981 bis 1990 hat sich der Preis für eine kWh von 0,30 $/kWh auf 0,05 $/kWh gesenkt. Das ist ein Preisverfall von 84%. Vorhandene WKA verstromen den Wind bei einer mittleren Windgeschwindigkeit von 6,84 m/s (15,4 mph) zu einem Preis von 0,05 bis 0,08 $/kWh. Diese WKA kosteten 1000 $/kW an Installationskosten und haben eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren. Neuere WKA Kosten 750 $ pro installiertem kW und werden den Strom noch billiger als 0,05 $/kWh produzieren. Die erwartete Lebensdauer dieser Anlagen soll 20 bis 30 Jahre betragen. Außerdem sind die Wartungs- und Betriebskosten der WKA wesentlich niedriger als die der konventionellen Kraftwerke. Bis zum Jahr 2000 hoffen die Amerikaner einen Preis von 0,04 $/kWh zu erzielen. Damit könnten die WKA jedes konventionelles Kraftwerk unterbieten. (Anmerkung: 1 $ entspricht ca. 1,55 DM, Stand Herbst 1996).

Die Windwärts-Energie-GmbH nennt dagegen folgende Zahlen: [35]

Die Fortschritte im Windenergiebereich führen einerseits zu einer hohen technischen Verfügbarkeit der Anlagen (ca. 98%) und andererseits zu einer erhebliche Reduktion der Stromerzeugungskosten aus Windenergie. So sanken die auf zehn Jahre bezogenen Stromerzeugungskosten an einem guten Küstenstandort von 0,28 DM/kWh bei Anlagen der 150 kW-Klasse auf ca. 0,17 DM/kWh bei Anlagen der 500 kW-Klasse.

Für eine kurze Erläuterung des Kapitalwertes siehe Kapitel 3.


Abbildung 4-23 zeigt überschlägig die Grenzbereichsfunktionen der Vollastbenutzungsstundenzahl in Abhängigkeit von der installierten WKA-Leistung bei Entscheidungsdifferenz (Kapitalwert C0 = 0): [36]


Auch wichtig für eine Wirtschaftlichkeitsrechnung ist die Prognose der Vergütung. Wie steht es in 20 Jahren mit den fossilen Energieträgern? Wie hoch ist die Inflation? Gibt es wieder Kriege um Öl (Irak)? Die Windwärts-Energie GmbH schätzte die Vergütung für Ihre Wirtschaftlichkeitsrechnung in folgendem Diagramm ab. Ich habe sie für alle Wirtschaftlichkeitsrechnungen (auch für PV-Anlagen) als Grundlage übernommen.

Die angegebene Formel ist eine Trendlinie, so daß zukünftige Werte über 20 Jahre ermittelt werden könnten.


Abbildung 4-24 zeigt die Vergütung von Strom für Einspeiser aus regenerativen Energie: [37]


4.5 Wo sind WKA sinnvoll?

Zur Standortwahl einer WKA müssen einfach nur mehrere Karten des zu untersuchenden Gebietes übereinander gelegt werden. Dort, wo am meisten Wind, der Netzanschluß nicht weit entfernt, das Grundstück zu kaufen oder zu pachten ist, kein Naturschutzgebiet oder sonstige starke Auflagen für einen Betrieb einer WKA bestehen, ist der gefundene Standort.

Abbildung 4.5-1 Zeigt ein aufeinanderlegen von verschiedenen Karten zur Standortausweisung einer WKA im Stadtgebiet von Dortmund: [1]


Diese Aufeinanderlegen von Karten ist ideal um einen Standort für eine WKA ausfindig zu machen. Diese Vorgehensweise könnte man auch für die guten Windgebiete an den bayerischen Alpenrändern anwenden. Dabei müßten Karten des Windpotentials, des Mittelspannungsnetzes (ca. 20 KV), der Naturschutzgebiete, der Wohnlandschaft und des Straßennetzes (Erreichbarkeit) übereinander gelegt werden. Ist das gefundene Terrain zu kaufen oder zu pachten, so steht einer Investition nichts mehr im Wege. Die ungefähren Preise für Wald-, Acker- und Grünflächen entnehmen Sie der Anlage.


4.5.1 Wohnungsbau

Im Wohnungsbau sind WKA nur im Zusammenschluß mit mehreren Wohnanlagen, bei einem geeigneten Standort und einer netzgekoppelten WKA sinnvoll:

· Die Anlage erwirtschaftet Gewinn

· Die Umwelt wird entlastet

· Die Bewohner/Investoren unterstützen, durch Ihren Kauf die „saubere Energieerzeugung“

· Der Bau von zusätzlichen konventionellen Kraftwerken wird vermieden.

· Imagegewinn durch alternative Energietechniken.

Wobei man speziell bei WKA darauf achten muß, daß nicht alle umliegenden Bewohner mit dieser Art der Energieerzeugung einverstanden sind (siehe Kapitel 12). Dadurch ist sehr genau vor Planung einer WKA der Einfluß auf das gewonnene/verlorene Image zu achten.

- EFH

Für Einfamilienhäuser käme nur ein kleiner Rotor (ich verwende bewußt den Ausdruck WKA nicht) auf dem Dach in Frage. Dieser könnte mit einer Leistung von 500-2500 W und einem Rotordurchmesser von 3-4m die Stromversorgung des Hauses unterstützen, und bei Überschuß in das öffentliche Netz einspeisen.

Abbildung 4.5-2 zeigt Windräder auf einem Wohndach: [2]


Streiten kann man sich darüber, ob es schön ist, wenn auf allen Dächern Münchens ein Rotor steht, denn andererseits sind Satellitenschüsseln (Durchmesser 0,3-2m) auch nicht schön, aber sie rotieren wenigstens nicht.

- MFH

Auch hier kann ein größerer Rotor (ca. 2-3m) oder mehrere Kleinere (ungünstig wegen Wartung), auf dem Dach, die Stromversorgung unterstützen. Die Leistungsklasse sollte dabei ca. 2-3 KW und mehr pro Wohneinheit betragen, da kleinere WKA zu teuer kommen (siehe Abbildung 4.4-b). Prinzipiell ist nach dem heutigen Stand der Preisentwicklung von WKA unter 600 KW abzuraten, da hier die Wirtschaftlichkeit nur selten gegeben ist. Für kleine Anlagen der 1-3 KW Klasse ist Sie nur für Inselsysteme wirtschaftlich.

Ästhetik siehe oben.

- Wohnanlagen

Hier könnte durch zu Kauf eines Grundstücks auf einem Hügel, Berg oder Küste eine WKA (1,5 MW) errichtet werden, die direkt die Stromversorgung der Wohnanlage übernimmt. Allerdings ist der Speicher dieser Anlage heute noch nicht finanzierbar. Deshalb ist eine Einspeisung in das öffentliche Netz , die indirekt den Strombedarf deckt, am sinnvollsten.


4.5.2 Industriebau

Im Industriebau sind WKA nur zu empfehlen, wenn ein geeigneter Standort vorhanden ist, und der Fertigungsprozeß es zuläßt, daß das Stromangebot stark schwanken kann, und sogar ausfallen kann. Im Allgemeinen wird eine solche Regelungstechnik, allein schon wegen der schwierigen Speicherung des Stromes, zu kompliziert sein. Daher empfehle ich, bei geeigneten Standort auf dem Betriebsgelände die WKA als ausgegliederte Anlage zu betrachten und auch als solche zu führen, d.h. eine eigene GmbH für die WKA zu gründen, und auch den Netzanschluß separat vom Industrieprozeß anzubinden.


4.5.3 Gewerbebau

Hier gilt dasselbe wie bei der industriellen Nutzung aber in abgeschwächter Form. Der Energieverbrauch schwankt bei Gewerbebauten nicht ganz so stark wie bei den industriellen Fertigungsprozessen. Dadurch kann die WKA bei geeignetem Standort einen Großteil der Energieversorgung übernehmen. Der Pufferspeicher kann hier kleiner als der einer industriellen Anlage sein. Trotzdem ist eine Netzkopplung (wenn möglich) zu empfehlen, allein schon um den überschüssigen Strom verkaufen zu können.


4.5.4 Off-Shore-Anlagen (WKA auf hoher See)

Irgendwann werden wir in der BRD keinen Platz mehr für WKA haben (Bevölkerungsdichte, Protest aus der Bevölkerung, Platzverbrauch, keine guten Standorte mehr verfügbar), deshalb die Alternative: Netzgekoppelte Off-Shore-Anlagen, d.h. WKA die in flachen Gewässern (z.B. Ostsee) aufgestellt werden. Das Potential liegt hier bei 237 TWh/a, da auch das Windpotential auf offener See größer ist.

Off-Shore-Anlagen gehören nicht zum Thema dieser Diplomarbeit, da Sie nur der reinen Elektrizitätsversorgung dienen. Trotzdem werden Sie hier näher betrachtet, da Sie einige Vorteile haben, die Sie sehr wirtschaftlich machen ließen:

- Auf See ist meistens (siehe Karten) guter Wind (speziell Nord- und Ostsee).

- Wenn die Off-Shore Anlage auch als Leuchtturm, Seestraßenfeuer o.ä. genutzt wird, entstehen mehrere Vorteile:

* Leitungslegung kombinierbar è Ersparnis

* Stromerzeugung und Leuchtfeuer in einem

* Überwachung gegeben

- Niemand ist durch Schallimmissionen geschädigt

- Die Schiffahrt hat einen zusätzlichen Orientierungspunkt

Als Voraussetzung für eine Installation einer WKA auf hoher See ist zu beachten:

- Geringe Tiefe der See

- Verankern möglich

- Windpark und große Nennleistung für die Wirtschaftlichkeit wichtig

- nicht zu große Landentfernung wegen Wartung (ca. 2-3 km)

- Nicht in Schiffahrtsroute o. ä. aufstellen

Auch schwimmende WKA-Konstruktionen wären denkbar.

Als zu installierender Typ bei Leuchttürmen o.ä. bietet sich eine WKA mit vertikaler Drehachse an:

- Das Licht wird nicht durch einen Flügel verdeckt.

- Der Turm könnte auf ganzer Länge genutzt werden

Beispielanlage:

In Dänemark ist bereits ein Windpark auf offener See eingerichtet worden (Wassertiefe 3-4m, 11 WKA mit je 450 KW Leistung, Installationskosten im Vergleich zum Land doppelt so hoch). Man ist zuversichtlich, den Preissteigerungsfaktor im Vergleich zu einer Anlage, die an Land installiert wurde, auf unter 1,5 zu drücken. Der Steigerung der Installationskosten stehen nur 20-25% an Mehrerlösen, wegen des größeren Windpotentials auf offener See, gegenüber.

Abbildung 4.5-3 zeigt die verschiedenen Gründungsarten einer Off-Shore-Anlage: [3]
Abbildung 4.5-4 zeigt einen Vorschlag für eine WKA in der Nordsee: [4]


Vielleicht könnten sogar ausgediente Ölplattformen oder Versorgungsplattformen, die nach Erschöpfung der Ölfelder nicht mehr genützt werden würden (siehe Brent Spar, auch wenn dieser Vorschlag von SHELL abgelehnt worden ist), als billige Fundamente herhalten und die neue Art der Energieerzeugung so unterstützen können.


4.5.5 Beispielanlagen

Hanseatische AG: [5]

Die Hanseatische AG ist ein Negativbeispiel. Die Firma steht kurz vor einem Vergleich. Die Hanseatische AG hat laut LG Hamburg nicht genügend deutlich gemacht, daß bei einer Beteiligung jahrelang Verluste drohen. Die Hamburger Staatsanwaltschaft ermittelt wegen des Verdachts auf Kapitalbetrug.

Windwärts-Energie-GmbH: [6]

Es befinden sich im Stadtgebiet Laatzen einige Standorte mit für Binnenlandverhältnisse "ordentlich Wind". Für diese Standorte liegen Windgutachten des Instituts für Umweltmessung und Planung GmbH vor. Diese gehen von einer mittleren jährlichen Windgeschwindigkeit von 5,3 m/s in 34 m Höhe über Grund aus.

Projektbeschreibung:

2 Projekte betreut die Windwärts-Energie-GmbH: Laatzen/Streitberg und Sende/Hohenfels.


Bereits aufgestellt und in Betrieb seit Oktober 1995 sind zwei Enercon-40 am Standort Streitberg (1.Bauphase).

Technische Daten Enercon-40:

Nennleistung: 500 KW bei 12,8 m/s
Nabenhöhe: 50,3 m
Rotordurchmesser: 40,3 m
Rotortyp: 3-Blatt Luvläufer mit aktiver Blattverstellung
Blattmaterial: GFK/Epoxydharz
Drehzahl: Variabel, 18 - 38 U/min
Blattverstellung: Je Rotorblatt ein autarkes Stellsystem mit zugeordneter Notverstellung
Blitzschutz: Je Rotorblatt ein integriertes Blitzschutzsystem
Generator: direktgekoppelter, geregelter Ringgenerator
Netzeinspeisung: pulsweitenmodulierter Frequenzumrichter (Sinusförmiger Netzstrom, regelbare Blindleistung, keine Einschaltstromspitzen)
Bremssystem: drei autarke Blattverstellungen, Rotorhaltebremse, Rotorarretierung 30° rastend
Windnachführung: aktiv über zwei Stellgetriebe, Dämpfung über Reibungslager
Turm: konischer Schleuder-Spannbetonturm
Fundament: Flachgründung
Getriebelose WKA

Ertrag laut Windgutachten: 840.000 KWh pro Jahr und WKA. Dies ergäbe bei 0,172 DM/kWh einen Ertrag von ca. 144.000.- DM/a und WKA (1996).

Die beiden Enercon E-40 (500 kW) auf dem Streitberg bei Hannover sind seit Mitte Oktober ´95 in Betrieb. Im folgenden werden die monatlichen Betriebsergebnisse veröffentlicht. Aus der Fernüberwachung werden die Leistungsabgabe in den letzten zwei Monaten und die Energieproduktion beider Anlagen seit der Inbetriebnahme dargestellt und monatlich aktualisiert. Geringe Abweichungen zwischen Fernüberwachung und offizieller Zählung sind technisch bedingt.

Abbildung 4.5-6 zeigt die Monatserträge der WKA
auf dem Streitberg seit Inbetriebnahme: [7]


Bei der Kommanditgesellschaft handelt es sich um einen Gewerbebetrieb. Die Betreibergesellschaft zahlt daher Gewerbe- und Umsatzsteuer. Jeder der Mitunternehmerinnen und Mitunternehmer ist mit ihrem bzw. seinem Kapitalanteil an allen Gewinnen und Verlusten der Gesellschaft beteiligt. In den ersten Jahren entstehen durch die degressive Abschreibung der Windkraftanlagen hohe steuerliche Verluste, welche dem Kommanditist anteilig zugewiesen werden. Diese Verlustzuweisungen wirken sich bei der persönlichen Einkommens- bzw. Lohnsteuererklärung steuermindernd aus. Diese Steuerrückzahlung stellt den ersten Kapitalrückfluß dar. Ab 1998 kommt es zu Gewinnausschüttungen. Die mittlere Rendite der Kommanditbeteiligung liegt bei einen Betrachtungszeitraum von 20 Jahren bei ca. 7 %.

Bei einer Kommanditeinlage von 10.000,- DM spart eine Gesellschafterin bzw. ein Gesellschafter mit einem zu versteuernden Jahreseinkommen von jährlich 50.000,- DM durch die Verlustzuweisungen der ersten Betriebsjahre bis zu 3.600,- DM an Steuern (Einkommen-, Kirchensteuer und Solidaritätszuschlag).

Alle fünf WKA könnten 4.200.000 KWh/a einfahren, was ca. 723.000.- DM an Ertrag ergeben würde (1996).

Investitionskosten:

Investitionsphase erste Bauphase 2xE-40 reale Kosten zweite Bauphase 3x500-600 kW Kostenplanung Summe Spez. Kosten/kW nur für die Anlage am Streitberg Spez. Kosten f. Anlage Hohenfels
Systempreis inkl. Montage 1.780.000.- DM 2.700.000.- DM 4.480.000.- DM 1780,- DM/kW 1500,- DM/kW
Fundamente 129.000.- DM 195.000.- DM 324.000.- DM 129,- DM/kW 108,33 DM/kW
Netzanschluß inkl. Trafo 196.000.- DM 265.000.- DM 461.000.- DM 196,- DM/kW 147,22 DM/kW
Zuwegung 20.000.- DM 40.000.- DM 60.000.- DM 20,- DM/kW 22,22 DM/kW
Planung und Bauleitung 70.000.- DM 90.000.- DM 160.000.- DM 70,- DM/kW 50,- DM/kW
Kapitalvermittlung 60.000.- DM 90.000.- DM 150.000.- DM 60,- DM/kW 50,- DM/kW
Gründung und Beratung 17.000.- DM 8.000.- DM 26.000.- DM 17,- DM/kW 4,44 DM/kW
Baugenehmigung 8.000.- DM 12.000.- DM 19.000.- DM 8,- DM/kW 6,66 DM/kW
Kostenreserve 20.000.- DM 50.000.- DM 70.000.- DM 20,- DM/kW 27,77 DM/kW
Summe: 2.300.000.- DM 3.450.000.- DM 5.750.000.- DM 2.300,- DM/kW 1916,67 DM7kW

Wenn man nun Abbildung 4-23 hinzuzieht und den Wert für eine 500 kW Anlage abliest, so erhält man die Vollaststundenzahl von 2100 bis 2250 h. Das wären bei einer 500 kW Anlage dann 1.050.000 kWh an Mindestertrag für eine wirtschaftliche Ausrichtung der Anlage. Beide Anlagen zusammen müßten also 2.100.000 kWh pro Jahr erzeugen, was nach heutiger Vergütung (17,21 Pf/kW) 361.410.- DM/a entspricht. Laut Windgutachten ist für beide Anlagen ein Ertrag von 1.680.000 kWh/a errechnet worden. Daraus läßt sich erkennen, daß die Anlage nach dem Diagramm nach 4-23 nicht wirtschaftlich ist. Jedoch wird hier eine Lebensdauer von nur 10 Jahren angenommen, und der Kalkulationszinssatz ist mit 8% auch recht hoch, so daß eine Wirtschaftlichkeit doch noch gegeben sein kann, auch wenn diese dann nicht mehr ganz so gut im Vergleich zu konventionellen Geldanlagen abschneidet.

Finanzierungskosten:
Finanzierungsphase: erste Bauphase 2xE40 reale Kosten Zweite Bauphase 3x500-600 kW Kostenplanung Summe spez. Kosten Streitberg spez. Kosten Hohenfels
Eigenkapital 1.200.000,- DM 1.800.000,- DM 3.000.000,- DM 1200,- DM/kW 1000,- DM/kW
ERP-Kredit 1.100.000,- DM 1.650.000,- DM 2.750.000,- DM 1100,- DM/kW 916,67 DM/kW
Summe 2.300.000,- DM 3.450.000,- DM 5.750.000,- DM 2300,- DM/kW 1916,67 DM/kW

Betriebskosten:

Versicherungsprämien: 0,7%/a bezogen auf gesamte Investitionskosten

Wartungskosten: 0,6%/a bezogen auf Systempreis der WKA

Reparaturkosten: 1%/a bezogen auf Gesamtinvestitionskosten

Ferner entstehen Kosten für die Pacht der Grundstücke, die Betriebsüberwachung, die Geschäftsführung und Verwaltung der Gesellschaft (nach Stundenaufwand) sowie Gewerbesteuer, die ab dem Jahr 2008 durch die hohen steuerlichen Gewinne auf über 70.000,- DM/a ansteigt.

Die Betriebssicherheit der beiden E-40 des Laatzener Windkraftprojektes wird durch das ENERCON- Partnerkonzept gewährleistet. Im Rahmen dieses Versicherungspaket gleicht Enercon Ertragsausfälle aus, sofern die Verfügbarkeit unter 98% liegt und die versicherte Jahresproduktion (900.000 kWh pro Anlage) nicht erreicht wird. Mit beinhaltet ist eine Maschinenbruchversicherung, die Wartung und notwendige Reparaturen (ohne weiter Kosten). Das ENERCON- Partnerkonzept kostet pro Jahr und Anlage 18.000,- DM (36.- DM/kW).

In der Anlage ist eine tabellarisch dargestellte Wirtschaftlichkeitsrechnung der Windwärts GmbH einzusehen.

Eigene Berechnung der Wirtschaftlichkeit mit der Kapitalwertmethode:

Annahmen: Lebensdauer der WKA: 20 Jahre

Ertrag/a: 1.680.000 kWh

Anfangsinvestition I0: 2.300.000.- DM

Erlöse: siehe Tabellenblatt der Windwärts GmbH, ohne Zinseinnahmen

Darlehen: 6,5% über 10 Jahre

Zinsfuß p: 0,78% (bei C=0), sonst 2% für Inflation

Wartung/a: 62.900,- DM/a

Weitere Ergebnisse:

Die kWh kann bei keiner Berücksichtigung der Inflation mit 0,201 DM geliefert werden. Mit Inflation (2%) kommt die kostendeckende Vergütung (KV) auf 0,212 DM/kWh.

Bei einer Rechnung mit Inflation (2%) kommt über 20 Jahre ein Verlust von 365.000 DM zustande, ohne Inflation 271.000,- DM. Lässt man das Darlehen außer Betracht, so ergibt sich ein Zinsfuß von 3,74%.


Windenergiefarm in Wales: [8]

Penrhyddlan und Llidiartywaun Wind Farm

Der Strom, der in der Windfarm von Penrhyddlan und Llidiartywaun (P&L) erzeugt wird bewirkt eine Reduktion des Schadstoffausstoßes um 1.479.700 Tonnen Kohlendioxid während der berechneten Lebensdauer von 25 Jahren. P&L - eine der größten Windfarmen in Europa - besteht aus zwei Teilen, die als eine Einheit betrieben werden. Die Windfarm beinhaltet 103 Mitsubishi MWT-205G Windturbinen und hat eine installierte Leistung von 30,9 MW (durchschnittliche Leistung: 13 MW). Die Turbinen sind 300kW Aggregate mit voll verstellbaren 3-Blattrotoren. Die Turmhöhe beträgt 30m, der Rotordurchmesser beträgt 29m. Strom wird bei Windgeschwindigkeiten zwischen 5,5m/s und 24m/s erzeugt. Jede Turbine erzeugt Strom mit einer Spannung von 480V, der am Fuße des Turmes auf 33kV aufgespannt wird. Die Energie wird über eine nahegelegene Trafostation in das Netz eingespeist.

Die durchschnittliche Jahresproduktion der Windfarm beträgt ca. 72.000 MWh.

Konstruktion:

Die P&L Windfarm ist in zwei Sektionen aufgebaut. Die Penrhyddlan Sektion besteht aus 43 Turbinen, während die Llidiartywaun Sektion aus 60 Turbinen besteht. Jede Sektion ist mit einem 33kV Kabel mit der Trafostation verbunden.

Detaillierte Vorbereitungen für die Windfarm begannen 1990. Mit dem Bau der Windfarm wurde im Juni 1992 begonnen, wobei hauptsächlich lokale Unternehmen beschäftigt wurden. Die Türme wurden in den USA durch die Firma SeaWest erzeugt, die Turbinen wurden in Japan durch die Firma Mitsubishi gefertigt. Die Stromproduktion begann im November 1992 und die volle Leistung wurde im Januar 1993 erreicht.

Nachfolgende Arbeiten verbesserten das Geräuschverhalten der Rotoren. Die Wartung erfolgt durch 8-10 Vollzeitbeschäftigte - ein nicht unwesentlicher Faktor in einer Region mit hoher Arbeitslosigkeit.

Kosten:

Die Kosten beliefen sich auf ca. 50 Millionen US$ (Preisbasis 1993). Das sind nach heutigem Kurs ca. 77 Mio. DM. Die Investitionskosten pro voraussichtlichen Ertrag in kWh beträgt damit 77.000.000,- DM /72.000.000 kWh = 1,07 DM/kWh an spez. Investitionskosten, was der Faustregel für 1DM an Investitionskosten pro produzierte kWh entspricht.

Finanzierung:

80% der Finanzierung wurde durch ein Bankenkonsortium aufgebracht, die restlichen 20% durch das Elektrizitätsunternehmen CeltPower.

Betriebskosten:

Die Betriebskosten betragen ca. 0,025 US$/kWh bei einer Jahreserzeugung von 72.000 MWh.

Wirtschaftlichkeitsrechnung:

Annahmen:

Investition: 77.000.000,- DM

Ertrag: 72.000.000 kWh

Darlehen: 6,5% über 10 Jahre

Lebensdauer: 20 Jahre

Betriebskosten: 232.500*12 = 2.790.000 DM/a (entspricht 0,025 US$ pro kWh)

Ergebnisse:

Rentabilität 6,92% (Inflationsbereinigt). Überschuss nach 20 Jahren von 29 Mio. DM, Amortisation nach 18 Jahren. Ohne Inflation ist die Rentabilität bei 8,98%, der Überschuß beträgt dann 61 Mio. DM, Amortisation nach 15 Jahren.

Nun wird C = 0 gesetzt, die Inflationsrate belassen mit 2% und die KV ausgerechnet mit 0,181 DM/kWh. Ohne Inflation beträgt die KV 0,167 DM/kWh.

Der Zinsfuß wird errechnet mit 4,7%. Läßt man das Darlehen außer Betracht ergibt sich ein Zinsfuß von 7,78%.

Windkraftanlagen auf dem Himmelberg: [9]

Die technischen Daten:

Betreiber : SoWiTec GmbH, Engstingen bei Reutlingen, Frank und Gerd Hummel sowie rund 30 weitere ortsansässige Beteiligte

Anlagen : 3x Micon 1500/600 kW

Anlagenkosten : 2,7 Millionen Mark (1.500,- DM/kW)

Fundamente : 180.000 Mark (100,- DM/kW)

Zuwegung, Erschließung :30.000 Mark (17,- DM/kW)

Netzanschlußkosten : 320.000 Mark (178,- DM/kW)

Planungskosten : 40.000 Mark (22,- DM/kW)

Ausgleichsmaßnahmen : 60.000 Mark (33,- DM/kW, Ausräumung von Dolinen/Löchern direkt vor den Anlagen; ferner sollen in der Ortschaft Melchingen entlang der Hauptstraße Bäume gepflanzt werden).

Sonstiges : 70.000 Mark (39,- DM/kW)

Gesamtinvestitionen

vor Zuschüssen : 3,4 Millionen Mark (1889,- DM/kW)


Zuschüsse : Zwei Anlagen mit BMFT-Betriebskostenzuschuß von sechs Pf./kWh bis 25% der Investitionskosten bezahlt sind.

Landeszuschuß : Im Juli wurde das neue Landesförderprogramm veröffentlicht, es liegt noch zur Prüfung bei der Europäischen Union. Unbedenklichkeitsbescheinigung vom Land liegt vor, Förderbescheid des Landes über 20 bis 25% Investitionskostenzuschuß (=700.000-800.000 Mark) in Aussicht.

Finanzierung : Deutsche Industriebank, Stuttgart

Prognostizierter Jahresertrag : drei Mio. kWh, Jahresstrombedarf von ca. 937 Vier-Personen-Haushalten

Schadstoffentlastung (gegenüber Kohleversorgung): 2.850 t Kohlendioxid, 1.170 kg SO2, 1.455 kg Stickoxide im Jahr. Damit ergibt sich für die Faustregel: 1,13 DM/kWh. Für die Wartungskosten wurde der Preis der Windenergiefarm in Wales um 10% erhöht, was somit ca. 0,0426 DM/kWh ergibt (127.875,- DM/a).

Annahmen:

Investitionskosten: 3,4 MIO. DM

Betriebskosten/a: 127.875,- DM/a

Inflation: 2%

Darlehen: 6,5% über 10 Jahre

Ertrag/Leistung: 3.000.000 kWh/a

Ergebnisse:

Rentabilität 5,93%, Amortisation 18 Jahre, Überschuß von 633.000,- DM. Ohne Berücksichtigung der Inflation ergibt sich eine Rentabilität von 7,74%, Amortisation nach 16 Jahren, Überschuß von 1,8 Mio. DM. Nun wird C = 0 gesetzt und es ergibt sich eine KV von 0,194 DM/kWh (Inflationsbereinigt), ohne Inflation ergibt sich 0,178 DM/kWh. Der interne Zinsfuß ergibt sich zu 3,38%; ohne Darlehen zu 6,36 %.


4.6 Fazit Wind

Potentiale in der Entwicklung, Standortausnutzung:

Die Windenergietechnik ist bereits so weit fortgeschritten, daß mit ihr bis Ende dieses Jahrzehnts mehrere Kernkraftwerke ersetzt werden könnten, wenn der Bau der Anlagen nicht behindert würde [10]. Prognosen gehen davon aus, daß bis Ende dieses Jahres bereits die 2 GW Grenze erreicht werden könnte.

Abbildung 4.6-1 zeigt die derzeitige installierte WKA-Leistungen in Europa: [11]
Abbildung 4.6-2 zeigt die Prognose der WKA-Entwicklung bis zum Jahr 2000: [12]


In dieser Abbildung steht unter den Kontinent die 1995 installierte Nennleistung. Die andere Zahl zeigt den voraussichtlichen Zuwachs bis zum Jahr 2000. In Europa entsteht somit ein WKA-Markt mit ca. 8 Mrd. DM Umsatz bis zum Jahr 2000 (4.700.000 kW * 1.800,- DM7kW).

Heute liegt das größte Marktwachstum für die Windenergie in Europa (Deutschland, Großbritannien, Spanien,..) und Asien (Indien, China). Deutschland wurde 1994 zum zweitgrößten "Windland" der Welt, nach den USA, und verdrängte damit Dänemark auf den dritten Platz. Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, daß Indien innerhalb kurzer Zeit diesen zweiten Platz einnehmen wird, und daß langfristig China die führende Wind-Nation werden könnte.

In Bayern waren 1995 5 MW Nennleistung aus WKA installiert, in Sachsen 32,1 MW und in Schleswig-Holstein 448,8 MW.

Durch die Förderungen des Bundes und der Länder haben die WKA Ihre Kinderkrankheiten hinter sich gelassen, und sind nun in der Phase der Serienfertigung übergegangen. Auch ohne Förderungen des Bundes kann heute an einem windreichen Standort wirtschaftlich Strom durch Wind erzeugt werden.

Der Trend zu größeren Anlagen wird andauern, und kleinere Anlagen werden durch die neu aufkommende 800-1500 KW-Klasse ersetzt werden.

Leider werden die „guten“ Standorte für WKA immer weniger werden, so daß in nächster Zukunft eher kleinere WKA durch größere Ersetzt werden.

Kostenentwicklung:

Die Kosten für WKA werden noch weiter sinken. Der WKA-Markt hat zwar jetzt einen starken Rückgang in der BRD zu verzeichnen, aber der Export von WKA verspricht interessant zu werden. Viele Länder in Europa (siehe Abbildung oben) haben, was die Nutzung der Windkraft betrifft, noch Aufholbedarf.

Ein Preis von 1000 DM je installiertem KW Nennleistung sollte erreichbar sein (siehe Abbildung 4-22).

Akzeptanz in der Bevölkerung: [13]

Die Akzeptanz von Windkraftanlagen hängt von den Auswirkungen auf die Umwelt ab. Dazu gehören sowohl Menschen und Tiere, die in der Nähe dieser Anlagen leben, als auch die Elektrizitätsversorgungsunternehem (EVU), die den Strom dieser Anlagen kaufen und an deren Kunden verteilen.

Grundsätzlich ist natürlich auch zu Überdenken, ob überhaupt eine WKA in einer Wohngegend aufgestellt werden soll.

Optik

Der visuelle Eindruck von Windkraftanlagen gehört zu den umstrittensten Aspekten der Nutzung der Windenergie. Der Anblick von Windkraftanlagen ist ein Zeichen der industriellen Gesellschaft. Während historische Windmühlen oft als romantisch empfunden werden, wird eine "moderne" Windturbine nicht so leicht akzeptiert. Über Geschmack läßt sich streiten, aber Paul Gipe hat in seinen Aesthetic Guidelines [14] aufgeführt, was Mensch nicht machen sollte, um eine Windturbine oder einen Windpark häßlich zu gestalten. Was dann immer noch bleibt ist der Landschaftsverbrauch der Windenergie. Bei einer Ansammlung von kleinen Windkraftanlagen wird mehr Land benötigt als bei größeren Anlagen, aber sie sind nicht so weit sichtbar.

Interessanterweise liegt der Landschaftsverbrauch bei "üblichen" Energieerzeugung (Kohle, Wasser, Nuklear) in der gleichen Größenordnung wie bei der Windenergienutzung, wenn der Abbau, die Verarbeitung und der Haldenbedarf mitgerechnet wird. Es ist nur die Frage ob Mensch lieber Landschaft in Südafrika, im Ruhrgebiet oder auf landwirtschaftlichen Nutzflächen "verbrauchen" möchte. In Naturschutzgebieten haben Windkraftanlagen als Ausdruck industrieller Produktion nichts zu suchen, aber Windkraftanlagen sind als regenerative Energiequellen praktizierter Landschaftsschutz und somit nach auch in Landschaftsschutzgebieten zu akzeptieren. Hier ist allerdings die Einhaltung der Aesthetic Guidelines besonders wichtig.

Früher wurden die Rotorblätter von Windkraftanlagen, wie bei Segelflugzeugen, wegen der Aerodynamik glänzend weiß gestrichen. Die Folge waren weithin sichtbare periodische Reflexionen des Sonnenlichtes bei schönem Wetter und laufender Anlage, die Discoeffekt genannt wurden. Die Rotorblatthersteller haben Jahre gebraucht, bis sie sich trauten die Rotorblätter lichtgrau zu streichen, weil sie Ertragseinbußen fürchteten. Heute sind matte Rotorblätter üblich. Die Belästigungen durch den Discoeffekt beschränken sich daher hoffentlich nur noch auf alte Anlagen.

Was bleibt, ist allerdings eine eventuelle Belästigung durch Schattenwurf im Nahbereich der Windkraftanlage. Wegen der Auswirkung der TA Lärm (siehe nächsten Punkt) dürfte die aber kaum eine Beeinträchtigung auf Siedlungsgebiete haben.

Zur Verdeutlichung der Relationen: Um einen Anteil von 10 % unseres heutigen Energieverbrauches zu erzeugen, müßten etwa 50 - 100.000 mittelgroße Windkraftanlagen aufgestellt werden, In Deutschland stehen heute etwa 1,4 Mio. Hochspannungsmasten

Lärm

Bei einer Windkraftanlage entstehen im Betrieb eine Reihe von Geräuschen. An den Rotorblättern, im Triebstrang und am Turm. Akustisch sind dabei ein breitbandiges Rauschen, einige Einzeltöne und eventuell periodische Ereignisse zu hören. Um den Lärm zu bewerten, wird nach einer Messung der Schalleistungspegel einer Windkraftanlage berechnet. Typisch sind Werte von ca. 100 dB(A) (Abbildung 4.6-3 zeigt eine Schallprognose: ).

Dies ist allerdings nur ein theoretischer Wert. Alle Geräuschquellen einer Windkraftanlage werden zu einem Punkt zusammengefaßt. Man kann sich auch im Zentrum einer Windkraftanlage normalerweise noch gut unterhalten. Mit der Entfernung nimmt der Schall ab. Die Messung wird üblicherweise bei 8 m/s gemacht. Bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten ist der Lärmpegel der Windkraftanlage niedriger. Bei höheren Windgeschwindigkeiten sind die Umgebungsgeräusche lauter.

Nach TA Lärm /2/ darf nachts in Wohngebieten ein Lärmpegel von 35 dB(A) (das entspricht etwa dem Ticken einer Uhr) nicht überschritten werden. Daher wird normalerweise ein minimaler Abstand von 300 - 400 Metern zu Wohngebieten eingehalten. Auf den Autoverkehr wird diese Regel leider nicht angewandt, auch wenn es vorgeschrieben ist.

Durch Abreißen der Strömung am Flügel entsteht ein Windgeräusch, das sehr laut werden kann. Bei WKA passiert dies entweder bei verstellten Flügeln, oder wenn der Flügel am Mast vorbeidreht. Eine Lösung wäre es, wenn man ein großes T als Statisches System wählen würde. An einem Ende sind die Flügel befestigt, am anderen Ende ein Gegengewicht. Dadurch wird ein vorbeistreifen der Flügel am Mast vermieden, und die WKA arbeitet leiser.

Um aber Einsprüche der Nachbarschaft schon im vorhinein im Keim ersticken zu können, sollte vor Installation einer WKA ein Schallgutachten erstellt werden:

Abbildung 4.6-3 zeigt eine Schallprognose: [15]


Anlagen der neueren Generation werden trotz steigender Nennleistung nicht mehr lauter:

Abbildung 4.6-4 zeigt, daß der Schalleistungspegel bei den neuen WKA mit größeren Rotordurchmesser nicht mehr stark ansteigt: [16]


Einfluss auf die Tierwelt (siehe auch Abbildung 4.6 -6)

Vogelschlag:

Windkraftanlagen haben einen Einfluss auf die Tierwelt. Entgegen landläufiger Meinung gibt es in der Bundesrepublik fast kein Vogelschlagproblem. In den USA und bei Gibraltar stehen viele Windparks auf Bergkanten, die Ablösepunkte für Thermik sein können, die von großen Scharen von Zugvögeln ausgenutzt werden. Dort kreisen die Vögel stundenlang um laufende Rotoren in Aufwinden. Selbst bei niedriger Wahrscheinlichkeit ist durch die hohe Anzahl von Gelegenheiten ein Verlust von Vögeln zu beklagen. In solche Bereiche sollten zur Steigerung der Lebensdauer von Vögeln und Windkraftanlagen keine Anlagen aufgestellt werden. In der Bundesrepublik sind solche Kombinationen aus extremer Thermik und hoher Vogeldichte selten. "Fremde" Zugvögel wechseln die Flughöhe in Windparknähe, "bekannte" Vögel kennen "ihre" Anlagen. Bei stürmischen Verhältnissen in Kombination mit schlechten Sichtverhältnissen (Nacht, Nebel) stellen Masten und Bäume und Häuserwände allerdings eine Gefahr für Vögel dar .

Scheucheffekt:

Nachgewiesen ist auch der Scheucheffekt auf einige Watvögel im Küstenbereich. Daher wird eine Baugenehmigung im bekannten Brutbereich dieser Vögel normalerweise nicht erteilt.

Eine extreme Haltung dazu nimmt Hermann Scheer (Eurosolar, MdB) an: "Was ist der Scheucheffekt von Windkraftanlagen gegenüber den Auswirkungen des Scheucheffekts durch das Ansteigen des Meeresspiegels".

Abbildung 4.6-5 zeigt die Brutplätze von Vögeln vor und nach Errichtung einer WKA: [17]



Allgemein sollte vor der Installation eines WKA ein Simulationsfoto angefertigt werden, um die Nachbarn, Stadträte und Bürgermeister eine Vorstellung über eine WKA zu geben.

Abbildung 4.6-6 zeigt eine solche Simulation: [18]


[1] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[2] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[3] Quelle: http://emsolar-tu-berlin.de/[zurück]
[4] Quelle: http://www.nrel.gov/data/wind/images/wind.gif[zurück]
[5] Quelle: Bayerischen Solar- und Windatlas[zurück]
[6] Quelle: http://www.iwr.de [zurück]
[7] Quelle: http://keynes.fb12.tu-berlin.de/luftraum/konst/overview.html[zurück]
[8] Quelle: „Windkraftanlagen“, Seite 47, von Erich Hau, Springer Verlag[zurück]
[9] Quelle: Prospekt der Firma Heidelberg Motor GmbH[zurück]
[10] Quelle: „Windkraftanlagen“, Seite 52, Erich Hau, Springer Verlag[zurück]
[11] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[12] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[13] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[14] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[15] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[16] Quelle: http://www.uni-muenster.de/Landschaftsoekologie/FG-Windenergie/
           bilder/mast2.jpg[zurück]
[17] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[18] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[19] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[20] Quelle: Andreas Wiese, Simulation einer Energieerzeugung aus regenerativen
           Energien[zurück]
[21] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[22] Quelle: Interessenverband Windkraft Binnenland e.V.[zurück]
[23] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[24] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[25] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[26] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[27] Quelle: Broschüre Erneuerbare Energien in Bayern des bayerischen Ministeriums für
           Forschung, Wissenschaft ...[zurück]
[28] Quelle: Broschüre Erneuerbare Energien in Bayern des bayerischen Ministeriums für
           Forschung, Wissenschaft ...[zurück]
[29] Quelle:http://ourworld.compuserve.com/homepages/windwaerts/[zurück]
[30] Quelle:Windwärts Energie-GmbH[zurück]
[31] Quelle: Aus „Hinweise zur Windenergienutzung in Bayern“ des Bayerischen
           Staatsministeriums für Wirtschaft, Verkehr und Technologie[zurück]
[32] Quelle: Aus „Hinweise zur Windenergienutzung in Bayern“ des Bayerischen
           Staatsministeriums für Wirtschaft, Verkehr und Technologie[zurück]
[33] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[34] Quelle: http://www.nrel.gov/documents/energy/re-wind.html[zurück]
[35] Quelle: http://ourworld.compuserve.com/homepages/windwaerts[zurück]
[36] Quelle: http://www.iwr.de[zurück]
[37] Quelle: Windwärts Energie GmbH[zurück]



[1] Quelle: http://www.iwr.de [zurück]
[2] Quelle: Aus: Heinz Schulz, Kleine Windkraftanlagen, Freiburg Ökobuch 1991 [zurück]
[3] Quelle: Aus: Erich Hau, Windkraftanlagen [zurück]
[4] Quelle: Aus: Erich Hau, Windkraftanlagen [zurück]
[5] Quelle: FOCUS 25/1996 [zurück]
[6] Quelle: http://ourworld.compuserve.com/homepages/windwaerts/betriebs.htm [zurück]
[7] Quelle: http://ourworld.compuserve.com/homepages/windwaerts/betriebs.htm [zurück]
[8] Quelle: Internet [zurück]
[9] Quelle: http://www.iwr.de [zurück]
[10] Quelle: Erscheinungsdatum 08.05.1993 Süddeutsche Zeitung NR. 105 VOM 08.05.1993
           SEITE f22 [zurück]
[11] Quelle: http://www.iwr.de [zurück]
[12] Quelle: http://www.iwr.de [zurück]
[13] Quelle: http://keynes.fb12.tu-berlin.de/luftraum/konst/ [zurück]
[14] Quelle: Literaturangabe in: http://keynes.fb12.tu-berlin.de/luftraum/konst/ [zurück]
[15] Quelle: http://www.iwr.de [zurück]
[16] Quelle: http://www.iwr.de [zurück]
[17] Quelle: http://www.iwr.de [zurück]
[18] Quelle: http://www.iwr.de [zurück]