Bildnachweis: Bundesverband Windenergie www.wind-energie.de Bildnachweis: Energieforschungspark Lichtenegg-Pesendorf www.energieforschungspark.at Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung _ Handwerkskammer Düsseldorf 27. November 2013
EnergieAgentur.NRW Neutrale, unabhängige Einrichtung des Landes Ansprechpartner für Unternehmen, Kommunen und Privatleute rund um Energieeffizienz, Erneuerbare Energien und Klimaschutz Leistungen: Energieberatung & Informationsvermittlung Berufliche Weiterbildung Forschung & Entwicklung Kompetenznetzwerke Folie 2 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
EnergieDialog.NRW Informations- und Beratungsplattform für erneuerbare Energien Die Zielgruppe: Kommunalverwaltung, Bürger/innen, Investoren, Presse, u. a. Die Ziele Gezielte Beratung bei der Initiierung von Projekten Frühzeitige Einbindung Betroffener / Abbau von Vorbehalten Stärkung der kommunalen Wertschöpfung / Bürgerbeteiligung Die Methoden Information und Beratung (Vorträge, Workshops, Internetblog, Online-Tools, Schulungen und Gestaltung runder Tische ) Vermittlung (Klärungsgespräche auf neutralem Boden bis hin zu standardisierten Mediationsverfahren) Folie 3 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Planung und Genehmigung I. Standort II. III. IV. Wirtschaftlichkeit Förderung Genehmigung Folie 4 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
I. STANDORT Folie 5 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Standort Windgeschwindigkeit und Leistung P = Theoretische Leistung des Windes v = Windgeschwindigkeit A = Umstrichene Rotorfläche D = Luftdichte P = v³ x A x D/2 Windgeschwindigkeit x 2 = Leistung x 8 Folie 6 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Standort Örtliche Windverhältnisse (Windhöffigkeit) Klimaatlas NRW Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe in m/s Bildnachweis: www.klimaatlas.nrw.de Folie 7 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Standort Örtliche Windverhältnisse (Windhöffigkeit) Mehrmonatige Windmessung (Ideal 1 Jahr) Vergleich mit gemessenen Daten aus der näheren Umgebung (Wetterstationen, Flughäfen, etc.) Mittlere Windgeschwindigkeit: mind. 4 m/s in Rotorhöhe Grobe Abschätzung der Eignung, keine Ertragsprognosen! Folie 8 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Standort Örtliche Windverhältnisse (Häufigkeitsverteilung) Mittlere Windgeschwindigkeit: 4,85 m/s Bildnachweis: HTW Berlin 2013 Folie 9 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Standort Örtliche Windverhältnisse (Energetische Häufigkeitsverteilung) Bildnachweis: HTW Berlin 2013 Anlage sollte im Bereich von 5-9 m/s möglichst effizient arbeiten Folie 10 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Standort Leistung und Stromertrag BRAUN Antaris, Stadtwerke Witten Bildnachweis: www.kleinwindkraftanlagen.de Kombination von gemessenem Histogramm und Leistungskurve ermöglicht Ertragsprognose Folie 11 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Standort Windverteilung Richtungsverteilung der Häufigkeit der Richtungsverteilung der im Wind enthaltenen Energie in kwh/m² Windgeschwindigkeit Bildnachweis: HTW Berlin 2013 Ausrichtung der Anlage nach Süd-Westen Folie 12 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Standort Hindernisse/Oberflächenrauigkeit Bildnachweis: www.klein-windkraftanlagen.com Abstand zwischen KWEA und Hindernis rund zwanzigmal so groß, wie Höhe des Hindernisses In unmittelbarer Nähe zum Gebäude sollte der Mast die Gebäudehöhe um mind. 1/3 übersteigen Folie 13 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
II. WIRTSCHAFTLICHKEIT Folie 14 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Wirtschaftlichkeit Stromertrag abhängig von Nennleistung Nabenhöhe Rotorfläche Wirkungsgrad Lebensdauer und Störungsempfindlichkeit Windgeschwindigkeit und -verteilung am konkreten Standort Hindernisse und Oberflächenrauigkeit am konkreten Standort Folie 15 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Wirtschaftlichkeit Einspeisung Einspeisevergütung im Vergleich: England 29-42 ct/kwh Japan 40 ct/kwh Deutschland 8,80 ct/kwh (2013), 8,67 ct/kwh (2014) Kleinwindenergieanlagen in D sind Eigenverbrauchsanlagen! Folie 16 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Wirtschaftlichkeit Eigenverbrauch Entscheidende Gegenüberstellung: Spezifische Stromgestehungskosten (über 20 Jahre!) und orts- und tarifabhängiger Strompreis (25 bis 30 ct/kwh) Entscheidender Parameter: mittlere Windgeschwindigkeit! Beispiel: Nennleistung 6,5 kw Investitionskosten 28.000 Betrachtungszeitraum 20 Jahre Masthöhe 24 m Mittlere Windgeschwindigkeit Stromertrag (kw/h) Stromgestehungskosten ( pro kw/h) 4 m/s 73.600 0,38 5 m/s 145.060 0,19 Ab 5 kw Anlage: Stromkosteneinsparung möglich! Folie 17 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Wirtschaftlichkeit Investitionskosten Anschaffungskosten: 750 bis 4000 pro installiertem kw Planung, Genehmigung, Installation, ggf. Netzanschluss, ggf. Speicher Betriebskosten Wartung, Reparatur, Versicherung Mittlere jährliche Betriebskosten pro kwh/a [Fraunhofer IWES, 2008]: Mikro-/Hauswindanlage: 16 ct / kwh Nebenanlagen: 3,5 ct./kwh Gewerbliche Anlagen: 1,5 ct / kwh Ggf. Kapitalkosten Zins und Tilgung Folie 18 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
III. FÖRDERUNG Folie 19 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Förderung EEG Aktuell: 8,80 ct/kwh (2014: 8,67 ct/kwh) KfW Programm Erneuerbare Energien (270) Privatpersonen, Landwirte, gemeinnützige Einrichtungen, Unternehmen Langfristige (5/10/20 Jahre), zinsgünstige (derzeit ab 1,36 % effektiv p.a.) Finanzierung Teil der Energie (10 %) muss ins öffentliche Netz eingespeist werden! Landwirtschaftliche Rentenbank Programm Energie vom Land sehr ähnlich dem KfW-Programm Stadtwerke/Regionale Energieversorger oder Ökostromanbieter als potenzielle Förderer Folie 20 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
IV. GENEHMIGUNG Folie 21 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Genehmigung Genehmigungsbedürftigkeit: WEA bis 10 m Gesamthöhe (außer in Wohn- und Mischgebieten): Verfahrensfreiheit ( 65 BauO NRW) Materiell-rechtliche Anforderungen sind dennoch einzuhalten! Möglichkeit des freiwilligen Baugenehmigungsverfahrens! WEA bis 50 m Gesamthöhe: Baurechtliche Genehmigungspflicht 11-30 m: Vereinfachtes Verfahren ( 68 Abs. 1 Nr. 2 BauO NRW) 31-50 m: Förmliches Verfahren WEA > 50 m Gesamthöhe: Immissionsschutzrechtliche Genehmigungspflicht Folie 22 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Genehmigung Bauplanungsrechtliche Zulässigkeit: Planungsrechtliche Zulässigkeit richtet sich danach, ob sich der Standort der Anlage 1. innerhalb eines Bebauungsplangebiets ( 30 BauGB) oder 2. im unbeplanten Innenbereich ( 34 BauGB) oder 3. im unbeplanten Außenbereich ( 35 BauGB) befindet. Folie 23 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Genehmigung 1. KWEA im Bebauungsplangebiet ( 30 BauGB) Darf den Festsetzungen des BPlans nicht widersprechen Keine ausdrückliche Regelung zur Zulässigkeit von KWEA in bestimmten Baugebieten hinsichtlich der Art der baulichen Nutzung KWEA kann als untergeordnete Nebenanlage ( 14 BauNVO) genehmigungsfähig sein! Muss Baugebiet oder dort gelegenen Grundstücken dienen funktionale Unterordnung mind. 50 % Eigenverbrauchsstrom räumlich-gegenständliche Unterordnung Einzelfall Darf nicht im Widerspruch zur Eigenart des Baugebiets stehen Einzelfall Folie 24 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Genehmigung 2. KWEA im unbeplanten Innenbereich ( 34 BauGB) Muss sich in die Eigenart der näheren Umgebung einfügen Orientierung an den in der BauNVO vorgesehenen Baugebieten Welchem Gebietstypus entspricht das Gebiet? Folie 25 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Genehmigung 3. KWEA im Außenbereich ( 35 BauGB) (Klein)WEA sind im Außenbereich grds. privilegiert zulässig, wenn keine öffentlichen Belange entgegenstehen a) Nach 35 Abs. 1 Nr. 1: Anlagen, die land- oder forstwirtschaftlichen Betrieben dienen und diesen räumlich untergeordnet sind (mitgezogene Privilegierung) Voraussetzungen: Angemessene räumliche Nähe Mind. 50 % Eigenverbrauchsstrom (OVG Lüneburg, 2008) Folie 26 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Genehmigung 3. KWEA im Außenbereich ( 35 BauGB) (Klein)WEA sind im Außenbereich grds. privilegiert zulässig, wenn keine öffentlichen Belange entgegenstehen b) Nach 35 Abs 1. Nr. 5: Anlagen zur Nutzung der Windenergie Beachte: Planvorbehalt des 35 Abs. 3 Satz 3 BauGB führt grds. zum Entgegenstehen öffentlicher Belange! In der Regel Unzulässigkeit von (Klein)WEA außerhalb von ausgewiesenen Konzentrationszonen! Im atypischen Ausnahmefall Zulassung möglich: FNP auslegen und konkretes Steuerungsziel der Konzentrationsflächenausweisung sowie eventuelle Beeinträchtigung durch KWEA beurteilen Folie 27 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Genehmigung Bauordnungsrechtliche Zulässigkeit: Abstandsflächen Tiefe der Abstandsfläche bemisst sich nach der Hälfte der Anlagengesamthöhe ( 6 Abs. 10 BauO NRW) Abstandsfläche ist ein Kreis um den geometrischen Mittelpunkt des Mastes Schallschutz KWEA müssen die gebietsbezogenen Immissionsrichtwerte der TA Lärm einhalten Bspw. Allgemeines Wohngebiet: Tag 55 db(a), Nacht 40 db(a) Folie 28 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Genehmigung Schattenwurf Keine verbindlichen Regelungen im Kleinwindbereich Im Großwindbereich: Maximal zulässige (tatsächliche) Beschattungsdauer 8 Stunden im Jahr und 30 Minuten am Tag Im städtischen Bereich gilt das Gebot der gegenseitigen Rücksichtnahme Beeinträchtigungen der Nachbarn durch Schattenwurf vermeiden Folie 29 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Genehmigung Zertifizierung Internationale DIN/IEC 61400-2; kein extra Kleinwind-Zertifikat in D Zertifizierungsprozess für Hersteller sehr teuer! Eine zertifizierte KWEA hat folgende Vorteile: Unabhängige Prüfung/Dokumentation von Sicherheit und Zuverlässigkeit Unabhängige Angabe der Leistungskurve und des Schallleistungspegels Vergleichbarkeit verschiedener Anlagen Erleichterung von Genehmigung/Finanzierung/Risikobeurteilung bei Behörde/Kreditinstitut/Versicherungsgesellschaft Aber auch gute nicht-zertifizierte Anlagen auf dem Markt! Folie 30 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Hinweise und Links Themenseite Kleinwind (inkl. Kleinwindrechner): www.energieagentur.nrw.de/kleinwind Unabhängiges Verbraucherportal: www.klein-windkraftanlagen.com Informatives Forum: www.kleinwindanlagen.de BWE Marktübersicht spezial - Kleinwindanlagen Folie 31 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Bildnachweis: Energieforschungspark Lichtenegg-Pesendorf www.energieforschungspark.at Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Simon Trockel EnergieAgentur.NRW trockel@energieagentur.nrw.de www.energiedialog.nrw.de
BACKUP Folie 33 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Erfolgskriterien und Tipps Evaluierung der Windverhältnisse am Standort! Klärung der Genehmigungslage und Kontakt mit Bauamt sowie Nachbarn! Hohe Leistung der Anlage! Hoher Eigenverbrauch des Stroms! Hoher Mast für die Maximierung der mittleren Jahreswindgeschwindigkeit! Standort im ländlichen Raum oder am Rande von Industriegebieten fernab von Wohngebieten und Nachbarn! Offene Lage des Standorts mit hohen Windgeschwindigkeiten! Folie 34 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
I. BEGRIFFSBESTIMMUNG Folie 35 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Begriffsbestimmung Keine allgemein anerkannte Definition! Planungsrechtlich (BauGB, BImSchG, BauNVO, BauO NRW, Windenergie-Erlass NRW) Anlagen unter 50 m Anlagengesamthöhe Keine immissionsschutzrechtliche Genehmigung In NRW bis 10 m Anlagengesamthöhe Keine Baugenehmigung (außer in Wohn- und Mischgebieten) Technisch (IEC-NORM 61400-2:2006) Rotorfläche < 200 m² bei 350 W/m² maximale Leistung 70 kw Förderrechtlich (EEG) Installierte Leistung bis 50 kw Dauerhaft hohe Anfangsvergütung Folie 36 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
II. MARKTSITUATION Folie 37 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Marktsituation Führende Märkte: USA, GB, China, Italien In Deutschland bisher vernachlässigt Förderung nicht differenziert genug Sehr unübersichtliche Marktsituation Viele Hersteller mit Sitz in Deutschland (Export) Forschung an deutschen Hochschulen Potential bisher kaum erschlossen! Folie 38 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
III. ANWENDUNGSGEBIETE Folie 39 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Anwendungsgebiete Nennleistung Nutzungsart Spannung I. Mikrowindanlagen bis 1,5 kw Batteriegestütztes Inselsystem 12, 24, 48 V DC Netzgekoppelt 230 V AC II. Hauswindanlagen 1,5 5 kw Gebäudeintegriert 230 V AC Freie Aufstellung III. Nebenanlagen 5 30 kw Gewerbegebiete, Landwirtschaft IV. Gewerbliche Anlagen 30 50 kw Gewerbegebiete, Landwirtschaft 230 V AC 400 V AC 20 kv AC Quelle: In Anlehnung an BWE-Studie Qualitätssicherung im Sektor der Kleinwindenergieanlagen (2011) Folie 40 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Anwendungsgebiete I. Mikrowindanlagen bis 1,5 kw Nennleistung Bestandteil einer autarken Insellösung (Off-Grid) Eigenverbrauchsanlagen, ggf. mit Batteriespeicher Oft Gleichstrom-Systeme Einsatzmöglichkeiten: Ferienhaus, Camping, Segelschiff, Notrufsäule, abgelegene Messstation, etc. Jahresenergieertrag (im Mittel für einen windhöffigen Standort): 300 bis 500 kwh/a; maximal 1.000 kwh/a Folie 41 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Anwendungsgebiete I. Mikrowindanlagen bis 1,5 kw Nennleistung 500 W Air Wind Turbine Power Generator Mobile Kit www.solarenergystore.com.au Folie 42 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Anwendungsgebiete II. Hauswindanlagen bis 5 kw Nennleistung Eigenverbrauchsanlagen mit Überschusseinspeisung ins öffentliche Stromnetz (On-Grid) Einsatz in Wohngebieten möglich Freie Aufstellung oder Gebäudemontage (Dach oder Fassade) Einsatzmöglichkeiten: Ein-/Mehrfamilienhaus, Privathaushalt Jahresenergieertrag (im Mittel für einen windhöffigen Standort): 1.000 bis 2.500 kwh/a; maximal 5.000 kwh/a Folie 43 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Anwendungsgebiete II. Hauswindanlagen bis 5 kw Nennleistung Quiet Revolution RWE Innogy www.microgenscotland.org.uk Folie 44 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Anwendungsgebiete III. Nebenanlagen 5 bis 30 kw Nennleistung Eigenverbrauchsanlagen mit Überschusseinspeisung ins öffentliche Stromnetz (On-Grid) Einsatz in ländlichen Regionen, im Außenbereich außerhalb dichtbesiedelter Stadtgebiete Freistehend, bis 30 m Anlagengesamthöhe, i.d.r. keine Dach- oder Fassadenmontage möglich Einsatzmöglichkeiten: Landwirtschaftliche Betriebe, Gartenbau, Kleingewerbe Jahresenergieertrag (im Mittel für einen windhöffigen Standort): 5.000 bis 20.000 kwh/a; maximal 35.000 kwh/a Folie 45 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Anwendungsgebiete III. Nebenanlagen 5 bis 30 kw Nennleistung EN-Drive, Fa. PSW Energiesysteme GmbH Nennleistung: 10 kw, Nabenhöhe: 10 m Folie 46 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Anwendungsgebiete IV. Gewerbliche Anlagen 30 bis 50 kw Nennleistung Vorwiegend Eigenverbrauchsanlagen mit Überschusseinspeisung ins öffentliche Stromnetz (On-Grid) Einspeisung dreiphasig ins Nieder-/Mittelspannungsnetz Einsatz in ländlichen Regionen, im Außenbereich oder in Gewerbe-/ Industriegebieten außerhalb dichtbesiedelter Stadtgebiete Freistehend, bis 50 m Anlagengesamthöhe Einsatzmöglichkeiten: Landwirtschaftliche Betriebe und Gewerbe mit dauerhaft hohem Eigenstromverbrauch Jahresenergieertrag (im Mittel für einen windhöffigen Standort): 20.000 bis 35.000 kwh/a und mehr Folie 47 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Anwendungsgebiete IV. Gewerbliche Anlagen 30 bis 50 kw Nennleistung Alaskan Wind Industries - Endurance E Series Nennleistung: 50 kw, Nabenhöhe: 36,42 m Jahresenergieertrag: 100.000 bis 250.000 KW/h Folie 48 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
IV. TECHNIK Folie 49 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Technik Konstruktionstypen Horizontalachsanlagen EasyWind GmbH www.easywind.org Vertikalachsanlagen Eolienne UGE www.eolienne31.fr Folie 50 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Technik Vorteile horizontaler WEA Höhere Wirkungsgrade und Energieerträge Aufstellungshöhe wird durch Schwingungsresonanzen nicht limitiert Vorteile vertikaler WEA Schallemissionen und Schattenwurf geringer Einfachere Wartung, da Maschinenteile in Bodennähe Niedrigere Anlaufgeschwindigkeit (Windgeschwindigkeit 2 bis 2,5 m/s) Geeigneter für turbulente Windverhältnisse Ansprechendes Design und Laufruhe Folie 51 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Technik Horizontale Bauformen Luv-/Leeläufer Anzahl der Rotorblätter Mantelturbine Bundesverband Windenegie www.wind-energie.de AW 1000 www.all-wind.com Honeywell WindTronics www.wind-tronics.com Folie 52 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Technik Vertikale Bauformen Darrieus-Rotor H-Darrieus-Rotor Savonius-Rotor Quiet Revolution RWE Innogy www.microgenscotland.org.uk Vata H 5 Neuhäuser Windtec www.wind-energy-market.com Israel Wind Energy s custum wind turbine. www.explow.com Folie 53 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Technik Installationsvarianten Aufstellung auf Freifläche (Betonfundament) Fassadenmontage Dachmontage Flachdach Sattel- und Steildachmontage Folie 54 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Technik Schwingungsdämpfer Folie 55 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Technik Turm / Mast Freistehend Abgespannt Klappbar Folie 56 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.
Technik Leistungsbegrenzung Furling (Rotor wird aus dem Wind geklappt): 33 % Stall (Automatischer Strömungsabriss): 10 % Pitch (Rotorblätter werden aus dem Wind gedreht) aktiv: 2 % passiv: 14 % Keine: 3 % Andere: 38 % Folie 57 Kleinwindenergieanlagen Planung und Genehmigung Simon Trockel, M.Sc.