Windenergie ist eine der am schnellsten wachsenden erneuerbaren Energiequellen, die die niedrigsten Kohlendioxidemissionen (CO2) verspricht. Also mussten wir uns fragen: Wie ist der Kohlenstoff-Fußabdruck der Windenergie?
Windenergie hat den niedrigsten Kohlenstoff-Fußabdruck aller Energiearten. Auf Lebenszyklusbasis emittiert Onshore-Wind 11 und Offshore-Wind 12 Gramm CO2-Äquivalent pro kWh produzierten Stroms. Windenergie trägt zur Bekämpfung des Klimawandels bei und hat verschiedene zusätzliche Umweltvorteile.
Windenergie macht einen stetig wachsenden Anteil am Gesamtenergieverbrauch aus und hat verschiedene Auswirkungen auf die Umwelt. Lesen Sie weiter, um mehr über den gesamten Kohlenstoff-Fußabdruck der Windenergie, ihren Kohlenstoff-Fußabdruck während ihres gesamten Lebenszyklus und ihre Umweltauswirkungen zu erfahren.
Wie wird Windenergie definiert
Wind ist eine Form der Sonnenenergie, die durch die ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche, Unregelmäßigkeiten der Erdoberfläche und die Erdrotation verursacht wird. Um Windenergie nutzbar zu machen, dreht der Wind die Turbinenschaufeln um einen Rotor, der einen Generator dreht, um Strom zu erzeugen. Eine durchschnittliche jährliche Windgeschwindigkeit von 9 Meilen pro Stunde (mph) oder 4 Meter pro Sekunde (m/s) für kleine Turbinen und 13mph (5,8 m/s) für Utility-Skala Turbinen ist notwendig, um wirtschaftlich nutzen Windenergie.
“ Wind: Eine Luftströmung, die sich ungefähr horizontal bewegt, insbesondere eine, die stark genug ist, um gefühlt zu werden“
Cambridge Dictionary
Es gibt zwei Haupttypen von Windenergie:
- Onshore-Windenergie: Turbinen befinden sich an Land. Die Bau-, Transport-, Instandhaltungskosten und die Infrastruktur, die für die Übertragung von Strom von Onshore-Turbinen an die Verbraucher erforderlich sind, sind gering. Sie können jedoch weniger effizient sein, da Windgeschwindigkeit und -richtung an Land unvorhersehbar sein können.
Der größte Onshore-Windpark der Welt ist der Windpark Gansu in China. Es besteht aus rund 7.000 Windturbinen in mehreren Windparks, obwohl es sich noch im Bau befindet, die geplante Kapazität beträgt 20 (Gigawatt) GW und die derzeit installierte Kapazität beträgt 8 GW.
- Offshore-Windenergie: Turbinen befinden sich im Meer oder Süßwasser. Bau-, Transport-, Wartungskosten und Infrastruktur, die für die Übertragung von Strom von Offshore-Turbinen an Verbraucher erforderlich sind, sind hoch. Offshore-Turbinen sind deutlich größer als Onshore-Turbinen und können bis zu 20% mehr kosten. Da Windgeschwindigkeit und -richtung konstanter sind, ist das Potenzial zur Energieerzeugung viel höher. Lärmbelästigung, Landnutzung und Auswirkungen auf die Tierwelt sind im Vergleich zu Onshore-Turbinen minimal.
Der größte Offshore-Windpark der Welt ist der Walney Extension Windpark in der Irischen See. Auf einer Fläche von 56 Quadratmeilen (149 Quadratkilometern) haben die 87 Windturbinen ein Stromerzeugungspotenzial von 659 Megawatt (MW) Leistung. Dies reicht aus, um 600.000 Haushalte in Großbritannien mit Strom zu versorgen.
Allein in den USA gibt es über 57.000 Windenergieanlagen onshore und offshore. Sie können entweder als eigenständige Strukturen existieren oder sich zu Windparks zusammenschließen.
Die beiden Arten von Windkraftanlagen sind:
- Windkraftanlage mit horizontaler Achse (HAWT): Die Rotorblätter werden auf einer horizontalen Achse parallel zum Boden montiert. Sie können Wind nur frontal empfangen und verarbeiten.
- Vertikale Achse Windturbine (VAWT): Blätter werden auf einer vertikalen Achse senkrecht zum Boden montiert. Sie können Wind aus allen Richtungen empfangen und verarbeiten, wodurch sie ein größeres Energieerzeugungspotenzial haben.
Kleine, einzelne Windturbinen können bis zu 100 Kilowatt (kW) Leistung erzeugen, was ausreicht, um ein Haus oder eine Wasserpumpstation mit Strom zu versorgen. Größere Turbinen bestehen aus 260 Fuß (80 Meter (m)) hohen Türmen und 130 Fuß (40 m) langen Schaufeln, die bis zu 1,8 MW Leistung erzeugen können. Und die größten kommerziellen Turbinen bestehen aus 780 Fuß (240 m) hohen Türmen und 530 Fuß (162 m) langen Schaufeln, die zwischen 4,8 und 9,5 mw Leistung erzeugen können.
Was ist der Kohlenstoff-Fußabdruck der Windenergie?
Der Kohlenstoff-Fußabdruck ist eine der Möglichkeiten, die Auswirkungen des vom Menschen verursachten globalen Klimawandels zu messen. Es konzentriert sich hauptsächlich auf die mit dem Verbrauch verbundenen Treibhausgasemissionen und umfasst andere Emissionen wie Methan (CH4), Lachgas und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW).
“ Carbon Footprint: Die Menge an Treibhausgasen und insbesondere Kohlendioxid, die von etwas (wie den Aktivitäten einer Person oder der Herstellung und dem Transport eines Produkts) während eines bestimmten Zeitraums emittiert wird“
Merriam Webster
Grundsätzlich ist es die Menge an Kohlenstoff, die von einer Aktivität oder einer Organisation emittiert wird. Dazu gehören Treibhausgasemissionen aus Brennstoffen, die wir direkt verbrennen (z., heizen eines Hauses, Autofahren) und Treibhausgasemissionen aus der Herstellung der von uns verwendeten Produkte (z. B. Kraftwerke, Fabriken und Deponien).
Was ist der gesamte Kohlenstoff-Fußabdruck der Windenergie?
Auf Lebenszyklusbasis emittiert Onshore-Windenergie 11 und Offshore-Windenergie emittiert 12 Gramm CO2-Äquivalent pro kWh produzierten Stroms, die zweitniedrigste aller Kraftstoffarten.
Die weltweit installierte Leistung der Windenergie stieg zwischen 1997 und 2018 um den Faktor 75 von 7,5 GW auf über 564 GW. Alle Windturbinen der Welt deckten damals mehr als 6% des weltweiten Strombedarfs. Der Markt für Windenergie wuchs allein im Jahr 2019 um über 10%, wobei die Weltmarktführer China und die USA den Weg ebneten.
Die sechs größten windenergieerzeugenden Länder (Menge pro Jahr) der Welt sind:
- China – 221 GW
- USA – 96,4 GW
- Deutschland – 59,3 GW
- Indien – 35 GW
- Spanien – 23 GW
- Großbritannien – 20,7 GW
Weil Windenergie als eine der billigsten und am schnellsten wachsenden Technologien für erneuerbare Energien mit einem niedrigen Kohlenstoffemissionsprofil ist es wichtig zu verstehen, was ihr Kohlenstoff-Fußabdruck ist und wie sich ihre Kohlenstoffemissionen auf den globalen Klimawandel auswirken.
Um den Kohlenstoff-Fußabdruck der Windenergie zu verstehen, müssen wir ihren Lebenszyklus und den Kohlenstoff-Fußabdruck jeder Stufe bewerten. Diese Ökobilanz (LCA) ist eine Methode zur Bewertung der Umweltauswirkungen von Produkten und Materialien. Im Laufe der Jahre haben Unternehmen die Ökobilanz strategisch genutzt, um nachhaltigere Produkte zu erforschen und zu entwickeln. Werfen wir also einen Blick auf die Ökobilanz der Windenergie!
| Die Lebenszyklusstufen der Windenergie | Der Kohlenstoff-Fußabdruck jeder Stufe |
| Gebäude der Windenergie | CO2-Emissionen aus dem Bau von Windkraftanlagen und Stromliefermechanismus |
| Betrieb von Windenergie | Geringe bis keine CO2-Emissionen oder Abfallprodukte |
| Rückbau der Windenergie | CO2-Emissionen aus Stilllegung der Windenergieanlagen und Flurbereinigung |
Der gesamte Kohlenstoff-Fußabdruck der Windenergie würde dem Kohlenstoff-Fußabdruck vom Gebäude + dem Kohlenstoff-Fußabdruck vom Betrieb + dem Kohlenstoff-Fußabdruck vom Zurückbauen entsprechen.
Was ist der Kohlenstoff-Fußabdruck des Gebäudes Windenergie
CO2-Emissionen in diesem Stadium entstehen beim Bau der Windparks und Stromliefermechanismus.
Für den Bau eines Windparks sind viele Komponenten erforderlich, und für den Bau dieser Komponenten sind Maschinen erforderlich, die CO2 ausstoßen. Turm, Rotor, Gondel, Generator und Fundament der Turbinen sowie die Übertragungsleitungen, Transformatoren und Umspannwerke, die für die Stromversorgung der Verbraucher erforderlich sind, haben alle einen Kohlenstoff-Fußabdruck.
Was ist der Kohlenstoff-Fußabdruck des Betriebs von Windenergie?
Einzelne Windkraftanlagen nutzen die aerodynamische Kraft von Rotorblättern, um kinetische Energie in Elektrizität umzuwandeln. Cluster von Turbinen (Windparks) arbeiten zusammen, um große Mengen an Strom zu erzeugen.
Windenergie funktioniert wie folgt:
- Wind strömt über eine Turbinenschaufel und erzeugt einen Luftdruckunterschied zwischen den beiden Seiten der Schaufel
- Die Klinge dreht sich als Reaktion darauf und dreht dadurch den Rotor
- Das Drehen des Rotors treibt einen Generator an, der Strom erzeugt
Eine Windkraftanlage besteht aus vielen einzelnen Turbinen an einem Ort. Turbinen erzeugen Strom, der dann zu einem Umspannwerk transportiert wird, wo er über Übertragungsleitungen an die Verbraucher übertragen wird. Transformatoren erhalten den Strom und erhöhen oder verringern die Spannung nach Bedarf, bevor sie an die Verbraucher geliefert werden können.
Mit dem Betrieb von Windenergie sind nur sehr wenige CO2-Emissionen oder Abfallprodukte verbunden, wodurch der Kohlenstoff-Fußabdruck dieser Phase sehr gering ist. Die CO2-Emissionen in diesem Stadium sind mit dem Betrieb der mechanischen Ausrüstung (z. B. Turbinen, Generatoren, Umspannwerke, Transformatoren) im Kraftwerk verbunden.
Was ist der Kohlenstoff-Fußabdruck des Rückbaus von Windenergie?
Der Rückbau von Windenergie beinhaltet den Einsatz von Baumaschinen zur Stilllegung von Windkraftanlagen und die Wiederherstellung der ursprünglichen Form des Landes.
Windenergieanlagen müssen alle 6 Monate routinemäßig gewartet werden und haben eine Lebenserwartung von rund 20 Jahren. Windkraftanlagen selbst sind eine wertvolle Ressource. Die Türme, Fundamente, Generatoren und Getriebe werden normalerweise recycelt, da sie aus Beton, Stahl und Gusseisen bestehen. Windturbinenschaufeln sind schwieriger zu entsorgen, da sie aus Verbundwerkstoffen bestehen. Die Zementkoverarbeitung wird am häufigsten zur Behandlung von Klingenabfällen eingesetzt.
Welche Rolle spielt die Windenergie bei der Bekämpfung des Klimawandels?
Die Verbrennung fossiler Brennstoffe ist der Hauptverursacher des atmosphärischen CO2-Gehalts. Der Klimawandel tritt auf, wenn CO2 und andere Luftschadstoffe Sonnenlicht und Sonnenstrahlung in der Atmosphäre absorbieren, die Wärme einfangen und als Isolator für den Planeten wirken. Seit der industriellen Revolution ist die Temperatur der Erde um etwas mehr als 1 Grad Celsius (C) oder 2 Grad Fahrenheit (F) gestiegen. Der aktuelle globale jährliche Temperaturanstieg beträgt 0,18 C oder 0,32 F für alle 10 Jahre.
Die Nutzung von Windenergie anstelle fossiler Brennstoffe trägt dazu bei, die folgenden negativen Auswirkungen des Klimawandels zu mildern:
- Steigende Temperaturen: Die Erdatmosphäre hat sich seit 1880 um 1,5 ℃ erwärmt. Dies mag nicht viel erscheinen, aber diese Grade erzeugen regionale und saisonale Temperaturextreme, reduzieren das Meereis, intensivieren die Schwere von Regenfällen und Dürren und verändern die Lebensraumbereiche für Pflanzen und Tiere.
- Steigende Meeresspiegel: Der globale Meeresspiegel ist seit 1880 um etwa 8 bis 9 Zoll gestiegen, wodurch Menschen entlang der Küsten vertrieben und Küstenlebensräume zerstört wurden. Straßen, Brücken, U-Bahnen, Wasserversorgungen, Öl- und Gasbohrungen, Kraftwerke, Kläranlagen und Deponien sind weiterhin gefährdet, wenn der Anstieg des Meeresspiegels nicht kontrolliert wird.
- Schmelzen des Meereises: Seit 1979 ist das arktische Meereis um 30% zurückgegangen. Meereis spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Erdklimas, indem es Sonnenlicht in den Weltraum reflektiert und Lebensraum für Tierarten bietet. Wenn alle Gletscher auf der Erde schmelzen würden, würde der Meeresspiegel um ungefähr 70 Fuß steigen und effektiv jede Küstenstadt auf dem Planeten überfluten.
- Sich ändernde Niederschlagsmuster: Extreme Wetterereignisse (z. B. Hurrikane, Überschwemmungen, Dürren) werden immer häufiger und intensiver. In von Stürmen betroffenen Gebieten kommt es zu vermehrten Niederschlägen und Überschwemmungen, während in Gebieten, die weiter von den Sturmspuren entfernt liegen, weniger Niederschläge und Dürren auftreten.
- Ozeanversauerung: Der Ozean absorbiert 30% des in die Atmosphäre freigesetzten CO2, wodurch der pH-Wert (erhöht den Säuregehalt) des Ozeans verringert wird. In den letzten 200 Jahren ist der pH-Wert der Ozeane um 0, 1 pH-Einheiten gesunken, was einem Anstieg des Säuregehalts um 30% entspricht. Wasserlebewesen, die sich nicht an diese schnelle Versauerung anpassen können, sterben ab. Ein Paradebeispiel dafür ist die Korallenbleiche, bei der Korallen die in ihrem Gewebe lebenden Algen (Zooxanthellen) aufgrund von Temperatur-, Licht- oder Nährstoffänderungen ausstoßen.
Experten behaupten, dass wir die globale Erwärmung bis 2040 auf 1,5 C begrenzen müssen, um eine Zukunft zu vermeiden, die von steigenden Meeresspiegeln, versauerten Ozeanen, Verlust der biologischen Vielfalt, häufigeren und schwereren Wetterereignissen und anderen Umweltkatastrophen durch die heißeren Temperaturen geplagt wird.
Je mehr wir die CO2-Emissionen reduzieren, desto mehr verlangsamen wir den Temperaturanstieg, den Anstieg des Meeresspiegels, die Eisschmelze und die Versauerung der Ozeane. Wenn diese Raten verlangsamt werden, muss die Biodiversität der Erde nicht kämpfen, um sich an Temperatur- und pH-Änderungen anzupassen. Menschen werden aufgrund der Überschwemmung von Küstengebieten nicht vertrieben. Und Eisberge werden weiterhin für Klimaregulierung sorgen.
Wie umweltfreundlich ist Windenergie
Die Umweltauswirkungen der Windenergie hängen weitgehend davon ab, wo Windparks errichtet werden.
“ Umweltfreundlich: (von Produkten), die die Umwelt nicht schädigen.“
Cambridge Dictionary
Insgesamt ist Windenergie nachhaltig, da sie keine Treibhausgase ausstößt und die Landnutzung, die Auswirkungen auf die Tierwelt und die öffentliche Gesundheit durch die richtige Planung und Standortwahl von Windparks gemildert werden können.
Was sind die ökologischen Vorteile der Windenergie
Hier sind die Möglichkeiten, wie Windenergie der Umwelt zugute kommt:
- Schützt die Luftqualität: Anstatt Materialien zu verbrennen, nutzen Windkraftanlagen die kinetische Energie des Windes zur Stromerzeugung. Turbinen produzieren keine Treibhausgase und emittieren kein Schwefeldioxid oder Stickoxide.
- Wenige Abfallprodukte: Windparks erzeugen keine messbaren Abfallnebenprodukte.
- Klimaschutz: Windenergie hat einen durchschnittlichen CO2-Äquivalent-Emissionswert über den Lebenszyklus, der viel geringer ist als Kohle, 11 g CO2 (Onshore) und 12 g CO2 (Offshore) Äquivalent pro kWh im Vergleich zu 820 g CO2-Äquivalent pro kWh. Diese Verringerung der CO2-Emissionen verringert wiederum die Auswirkungen des globalen Klimawandels, einschließlich steigender Temperaturen, steigender Meeresspiegel, Schmelzen des Meereises, sich ändernder Niederschlagsmuster und Ozeanversauerung.
- Energieunabhängigkeit: Die Möglichkeit, in den USA ohne fremde Hilfe eigenen Strom zu produzieren, ist ein wichtiger Schritt, um autarker zu werden. Der ehemalige Präsident George W. Bush unterzeichnete den Energy Independence and Security Act von 2007, um die US-Energiekosten zu senken. abhängigkeit von Öl, Ausbau der Produktion erneuerbarer Brennstoffe (und Bekämpfung des globalen Klimawandels).
- Beschäftigungsmöglichkeiten: Wind unterstützte allein in den USA im Jahr 2019 rund 7.000 Arbeitsplätze. Und diese Zahl hat wahrscheinlich zugenommen, weil die Beschäftigungsaussichten in den nächsten zehn Jahren bei 61% liegen und der Sektor der erneuerbaren Energien im Jahr 2019 insgesamt 11,5 Millionen Menschen weltweit beschäftigte. Die Beschäftigung im Bereich der erneuerbaren Energien nimmt weiter zu, da wir allmählich erkennen, wie vorteilhaft erneuerbare Energien für unsere Umwelt sind.
Während ihres gesamten Lebenszyklus erzeugt Windenergie 0.02% der CO2-Emissionen pro Einheit Strom als Kohle produziert. Und nach 3 bis 6 Monaten Betrieb hat eine Windkraftanlage alle Emissionen aus ihrer Konstruktion effektiv kompensiert, was bedeutet, dass sie für den Rest ihrer Lebensdauer praktisch kohlenstofffrei arbeiten kann. Es schafft auch Arbeitsplätze und fördert die Energieunabhängigkeit, was es zu einer umweltfreundlichen Energiequelle macht.
Was sind die Umweltnachteile der Windenergie?
Die drei Hauptanliegen der Windenergie sind Landnutzung, Auswirkungen auf die Tierwelt und die öffentliche Gesundheit.
- Flächennutzung: windparks nehmen eine beträchtliche Menge an Land ein, aber die Bereiche zwischen und um Turbinen können für Viehweiden, Landwirtschaft, Autobahnen und Wanderwege genutzt werden. Die Menge an Land, die beim Bau einer Turbine gestört wird, ist minimal, und sie können auf verlassenem Land platziert werden, um die Auswirkungen auf das Land weiter zu reduzieren.
- Auswirkungen auf die Tierwelt: Turbinenschaufeln sind groß und stellen eine Bedrohung für fliegende Wildtiere wie Vögel und Fledermäuse dar. Während dies wahr ist, ist die Bedrohung ziemlich minimal. Umfangreiche Forschung und technologische Fortschritte haben den durch Turbinen verursachten Tod von Wildtieren reduziert. Zum Beispiel werden Turbinen bei niedrigen Windgeschwindigkeiten bewegungslos gehalten, da Fledermäuse bei diesen Geschwindigkeiten am aktivsten sind.
- Öffentliche Gesundheit: Turbinen können mechanische und aerodynamische Lärmbelästigung verursachen, wenn sie in der Nähe von Wohngebieten gebaut werden. Die Ansiedlung von Windparks an abgelegenen Orten oder auf verlassenem Land kann diesen Effekt verringern.
Die richtige Planung und Standortwahl von Windparks kann dazu beitragen, diese ökologischen Nachteile zu mindern.
Abschließende Gedanken
Windenergie ist eine umweltfreundliche Energiequelle mit einem geringen Kohlenstoff-Fußabdruck über seine Gebäude-, Betriebs- und Bauphasen. Es produziert die niedrigsten CO2-Emissionen aller Energiearten, schafft Arbeitsplätze und fördert die Energieunabhängigkeit. Umweltbelange wie Auswirkungen auf die Tierwelt, Landnutzung und Lärmbelästigung können durch die richtige Standortwahl von Windparks gemildert werden. Wenn wir in eine Zukunft blicken, die von erneuerbaren Energien angetrieben wird, ist Windenergie eine nachhaltige Energiequelle, die sowohl unserer Atmosphäre als auch der Biota der Erde zugute kommt.
Bleiben Sie wirkungsvoll,
Quellen
- Amt für Energieeffizienz & Erneuerbare Energien: Wie funktionieren Windkraftanlagen?
- US Energy Information Administration: Wind erklärt – Wo Windkraft genutzt wird
- Kiwi Energy: Unterschiede zwischen Onshore & Offshore-Windenergie
- NS Energy: Profilierung der zehn größten Onshore-Windparks der Welt
- National Geographic: Windenergie
- Energie sparen Zukunft: Der Vergleich von Windkraftanlagen mit horizontaler und vertikaler Achse
- Britannica: Carbon Footprint
- United States Environmental Protection Agency: System of Registers
- World Nuclear Association: Kohlenstoffemissionen aus Elektrizität
- Internationale Agentur für erneuerbare Energien: Windenergie
- World Wind Energy Association: Weltweite Windkapazität bei 650,8 GW, Coronakrise wird die Märkte in Europa verlangsamen 2020, erneuerbare Energien als Kern der Konjunkturprogramme
- Unsere Welt in Daten: Windkraft
- Reve: Top 10 Länder in der Windenergiekapazität
- Science Direct: Ökobilanz
- MIT SMR: Strategische Nachhaltigkeit Anwendungen der Lebenszyklusanalyse
- Electrical Academia: Teile und Funktionen von Windkraftanlagen
- Amt für Energieeffizienz & Erneuerbare Energien: Wie eine Windkraftanlage funktioniert – Textversion
- US Environmental Protection Agency: Erneuerbare Energien Energy Fact Sheet – Windkraftanlagen
- WindEurope: Was passiert, wenn Windkraftanlagen alt werden? Neuer Branchenleitfaden für Demontage und Stilllegung
- General Electric: Konkrete Vorteile – Das Recycling alter Windturbinenblätter könnte der Zementindustrie helfen, die CO2–Emissionen zu senken
- Union of Concerned Scientists: Die versteckten Kosten fossiler Brennstoffe
- National Resources Defense Council: Globale Erwärmung 101
- Die National Wildlife Federation: Klimawandel
- National Oceanic and Atmospheric Administration: Klimawandel – globale Temperatur
- National Oceanic and Atmospheric Administration: Klimawandel – globale Temperatur
- United States Geological Survey: Wie würde sich der Meeresspiegel ändern, wenn alle Gletscher schmelzen würden?
- National Aeronautics and Space Administration, U.S.A.: Wie wirkt sich der Klimawandel auf Niederschläge aus?
- National Oceanic and Atmospheric Administration: Ozeanversauerung
- National Ocean Service: Was ist Korallenbleiche?
- Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen: Das Pariser Abkommen
- Amt für Energieeffizienz & Erneuerbare Energien: Vorteile und Herausforderungen der Windenergie
- Archiv des Weißen Hauses: Fact Sheet – Energy Independence and Security Act von 2007
- United States Environmental Protection Agency: Zusammenfassung des Energy Independence and Security Act
- Internationale Agentur für erneuerbare Energien: Arbeitsplätze im Bereich erneuerbare Energien wachsen weiter auf 11,5 Millionen weltweit
- U.S. Bureau Of Labor Statistics: Windturbinentechniker – Handbuch zum beruflichen Ausblick
- Union Of Concerned Scientists: Umweltauswirkungen der Windkraft
- Amt für Energieeffizienz und erneuerbare Energien: Umweltauswirkungen und Standortwahl von Windprojekten