In Deutschland hat die Nutzung „erneuerbarer Energien“ im Stromsektor im Jahr 2024 einen Anteil von 54,4 Prozent erreicht. Der Ausbau „erneuerbarer Energien“ ist ein zentraler Bestandteil der deutschen Energiewende, mit dem Ziel, bis zum Jahr 2050 einen Anteil von mindestens 80 Prozent der Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen zu erreichen.
Sowohl an Land („Onshore“) als auch auf See („Offshore“) ist „Windenergie“ ein wichtiger Energieträger. Weitere wichtige „Energieerzeuger“ sind:
Die Nutzung von „Sonnenenergie“ durch Solaranlagen ist ebenfalls ein bedeutender Faktor. Allein auf deutschen Hausdächern waren im April 2024 bereits 3,4 Millionen Photovoltaik-Anlagen installiert, was einem Anstieg von fast 30 Prozent gegenüber dem Jahr 2023 entspricht. Die installierte Leistung wuchs im gleichen Zeitraum um 20,5 Prozent auf 81500 Megawatt.
„Biogene Festbrennstoffe“ und andere Formen der „Biomasse“ tragen zur Stromerzeugung bei. „Biogene Festbrennstoffe“ sind feste Brennstoffe, die aus „Biomasse“ gewonnen werden und zur Wärme- oder Stromerzeugung in Feuerungsanlagen eingesetzt werden. Sie umfassen verschiedene Materialien wie Holz (Scheitholz, Hackschnitzel, Pellets), Stroh, Getreide und andere Halmgüter.
Auch die „Wasserkraft“ spielt bei der „Energieerzeugung“ eine Rolle, wenn auch mit einem geringeren Anteil. Etwa 4 Prozent des gesamten deutschen Strombedarfs werden durch Wasserkraft gedeckt, wobei der Anteil „erneuerbarer Energien“ aus Wasserkraft bei rund 14 Prozent liegt. Deutschland verfügt über rund 7300 Wasserkraftanlagen, die eine installierte Leistung von etwa 5600 Megawatt (MW) aufweisen.
- Der Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch ist in den letzten Jahren deutlich gestiegen.
- Im Juli 2025 lag der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung in Deutschland bei rund 65,5 Prozent.
- Deutschland strebt eine „vollständige Umstellung“ auf „erneuerbare Energien“ für Strom und Wärme bis zum Jahr 2035 an, was eine „Abkehr von fossilen Brennstoffen“ wie Kohle, Öl und Gas bedeutet.
- Der Ausbau „erneuerbarer Energien“ soll nicht nur zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen beitragen, sondern auch die „Energiesicherheit“ und die „Unabhängigkeit“ von „fossilen Brennstoffimporten“ (Erdöl, Gas) erhöhen, laut Informationen des Bundeswirtschaftsministeriums.
Derzeit (2025) gibt es In der „deutschen Nordsee“ über „41 Windparks“ mit mehr als 4500 „Windenergieanlagen“ und rund 2630 Turbinen. Die über „4500 Windenergieanlagen“ haben zusammen eine „Kapazität“ von über 10 Gigawatt.
Die „einzelnen Windräder“ in den „Windparks“ haben „unterschiedliche Turmhöhen“ und „unterschiedliche Rotordurchmesser“. Bei den Bundesländern ist Niedersachsen „Spitzenreiter“ mit den meisten Anlagen. Hier stehen über 18 Prozent aller „Windräder Deutschlands“. Mit 10 Gigawatt (GW) können grob „30 Millionen Haushalte“ versorgt werden, wenn man von einem „durchschnittlichen Jahresverbrauch“ von 3500 kWh pro Haushalt ausgeht.
„Windenergieanlagen“, die in der Nordsee stehen, bezeichnet man als sogenannte „Offshore-Anlagen“. Weil die Meeresböden „wenig tragfähig“ sind, sind für die „Gründung von Offshore-Anlagen“ „Pfahlgründungen“ erforderlich. Für die „Pfahlgründungen im Seewasser“ werden entweder „Bohrpfähle mit relativ glattem Schaft“ oder meistens „Rammpfähle aus Stahl“ verwendet.
Allein im „vergangenen Jahr“ wurden in „Norddeutschland“ insgesamt 745 „Windenergieanlagen“ mit mehr als „3560 Megawatt Leistung“ errichtet. Der „Großteil der Anlagen entstand im „Norden“ und im „Nordwesten“. Mit 131 „neuen Windenergieanlagen“ konnte Niedersachsen seinen „Spitzenplatz“ als „deutscher Windkraft-Meister“ behaupten. Im Jahr 2023 wurden in Niedersachsen „50,8 Terrawattstunden Strom“ durch „Windkraft“, „Solaranlagen“ oder mit „Biogas“ erzeugt. Somit deckte Niedersachsen im Jahr 2023 „100,6 Prozent des eigenen Strombedarfs“ „klimaneutral durch erneuerbare Energien“ ab. Niedersachsen verfügte Ende des Jahres 2023 über rund „12,55 Gigawatt installierte Windenergieleistung“ an Land.“ Niedersachsen produzierte im Jahr 2023 so viel Energie aus „Wind“, wie kein anderes Bundesland. Niedersachsen trägt „20,6 Prozent“ zu der bundesweit installierten Stromleistung“ bei.
„Windenergieanlagen“, die in Norddeutschland „küstennah“ oder im „norddeutschen Marschenland“ stehen, stehen in der Regel in „sehr wenig tragfähigen Klei- und Moorböden“. Auch hier ist häufig eine „Gründung der Windenergieanlagen auf Pfählen“ notwendig, auf denen die „Stahlbetonfundamente dann abgesetzt“ werden. Für die Fundamente werden „Bohrpfähle mit relativ glattem Schaft“, „Rammpfähle“ oder „Schraubbohrpfähle“ verwendet. Das nachfolgende Foto zeigt mehrere „Windenergieanlagen“ bei Schwanewede.
„Windenergieanlagen“ können eine „Gesamthöhe“ von bis zu „200 Metern“ erreichen. Dies entspricht zirka „70 Stockwerken eines Hochhauses“. Die „Nabenhöhe“ (Höhe des Turms) beträgt bis zu „140 Meter“. Der „Rotordurchmesser“ kann bis zu „100 Meter“ betragen. Damit ein „Windkraftwerk auch sicher“ steht, ist ein „entsprechendes Stahlbeton-Fundament“ erforderlich. Dies hat in der Regel einen „Durchmesser“ von „20 bis 30 Meter“ und eine „Tiefe“ beziehungsweise eine „Dicke“ von bis zu „4 Meter“. Wegen „vereinfachter Schalung“ sind die „Stahlbetonfundamente von Windenergieanlagen“ für das „Betonieren“ oft „nicht kreisrund“, sondern „achteckig“ eingeschalt. Die nachfolgende „Prinzipskizze“ zeigt die „Gründung“ einer „Windenergieanlage“ auf Pfählen.
„Prinzipskizze“ der „Gründung“ einer „Windenergieanlage“
Für ein „Fundament einer Windenergieanlage“ werden zirka „1300 Kubikmeter Frischbeton“ und zirka „180 Tonnen Stahl“ verbaut. Insgesamt hat das „Fundament der Anlage“ ein „Gewicht“ von bis zu „3500 Tonnen“.
Der „Frischbeton“ wird mit „Betonmisch-Fahrzeugen“ zur „Baustelle „transportiert, deren „Mischtrommel“ zirka 7,5 bis 8 „Kubikmeter Frischbeton“ enthält. Das „Fahrzeug“ wiegt dann „voll beladen“ zirka 32 Tonnen. Für das „Betonieren des Stahlbeton-Fundaments“ einer „Windenergieanlage“ sind zirka „160 Fahrten“ eines beziehungsweise mehrerer „Betonmischfahrzeuge“ erforderlich.
Für die „Bemessung der Pfahlgründung einer Windenergieanlage“ sind „Baugrunduntersuchungen“ mit „Bohrungen“ und mit „Drucksondierungen“ notwendig. Für den „Vorentwurf einer Pfahlgründung“ werden in der Regel auf der Grundlage der inzwischen zurückgezogenen DIN 4014 „Herstellung, Bemessung und Tragverhalten, Bohrpfähle“, vom März 1990, die Ergebnisse von „Probebelastungen“, die bei anderen „vergleichbaren Bauvorhaben“ durchgeführt wurden, verwendet. „Kennwerte“ für den „Mantel- und für den Spitzenwiderstand“ werden meistens schon im Vorfeld aus den oben erwähnten „Pfahlprobebelastungen“ abgeleitet. Weil sich für den „Baugrund im norddeutschen Raum“ für die „sehr wenig tragfähigen Klei- und Moorboden“ keine „Zuordnung zu Lockergestein oder zu Festgestein“ treffen lässt, sondern es sich im wesentlichen um „unterschiedlich starke Verwitterungsgrade der Böden“ handelt, ist eine „Zuordnung zu den Tabellenwerten der DIN 4014“ mit „gewissen Unsicherheiten“ behaftet.
Der „Entwurf“, die „Berechnung“ und die „Ausführung von Bohrpfählen“ erfordert „gründliche Kenntnisse der Bauart“ und „große Erfahrung“. Es dürfen nur solche „Unternehmen und Fachingenieure“ mit der „Planung“, dem „Entwurf“ und der „Berechnung“ betraut werden, die diese „Voraussetzungen erfüllen“ und eine „fachgerechte Planung und Ausführung“ sicherstellen. Als „verantwortlicher Bauleiter des ausführenden Unternehmens“ darf nur derjenige bestimmt werden, der die „Bauart“ und die „Ausführung der Pfähle“ „gründlich“ kennt. Die „Bauarbeiten“ dürfen nur durch „erfahrene Bohrmeister“, die „Bohrpfähle bereits mit Erfolg“ hergestellt haben, beaufsichtigt werden. Die „Unfallverhütungsvorschriften (UVV) der gewerblichen Berufsgenossenschaften“ sind zu beachten. Die nachfolgende „Prinzipskizze“ zeigt einen „bewehrten Bohrpfahl“, der im „oberen Bereich“ in „nichttragfähigem Boden“ und im unteren Bereich in „tragfähigem Boden“ steht.
„Prinzipskizze“ eines „bewehrten Bohrpfahls“
Zur „Absicherung der Pfahltragfähigkeiten“ und zur „Optimierung im Hinblick auf wirtschaftliche Pfahllängen“ werden daher meistens die oben schon erwähnten „Pfahlprobebelastungen“ geplant und durchgeführt.
Grundsätzlich sollten die „Versuche“ durch eine entsprechend „ausgebildete Messtechnik“ den „Verlauf“ der „Pfahlmantelreibung“ in den „verschiedenen Bodenschichten“, sowie den „Pfahlspitzendruck“ erfassen, so dass die aus den „Pfahlprobebelastungen“ abgeleiteten „Bemessungswerte“ auf der „Grundlage“ vorliegender „Ergebnisse von Drucksondierungen“ auf den „gesamten Bereich des Fundamentes einer Windenergieanlage“ übertragen werden können.
Zur „Ableitung der Kräfte in den Baugrund“ werden bei „Pfahlprobebelastungen“ „Reaktionspfähle“ vorgesehen, die mit „Messinstrumenten instrumentiert“ werden, um die „gewonnene Datenbasis“ zu erweitern.
Das nachfolgende Foto zeigt ein „Bohrgerät“ der „Firma PORR GmbH & Co. KgaA“, München, mit dem „Bohrpfähle für Fundamente von Windenergieanlagen“ hergestellt werden. Das Foto wurde mir vom „Bauunternehmen PORR“ freundlicherweise zur Verfügung gestellt.
„Bohrgerät“ der Firma „PORR GmbH & Co. KgaA“, München
Ein „gewaltiger Kostenfaktor“, gerade bei „geringen Pfahl-Stückzahlen“, ist die „Baustelleneinrichtung für die Pfahlbaustelle“. Die „Baustelleneinrichtung“ ist bei „Pfählen“ von „40 bis 60 cm Durchmesser“ mit zirka „10000,- Euro“ zu kalkulieren. Der „laufende Meter Pfahl“ schlägt mit etwa „200,- Euro“ zu Buche. „Großbohrpfähle mit „80 bis 120 cm Durchmesser“ bedingen „deutlich größere und schwerere Bohrgeräte“, die die „Kosten für die „Bautelleneinrichtung“ auf zirka „13000,- bis 15000,- Euro“ erhöhen. Ein „Pfahl“ selbst muss mit etwa „250,- Euro pro laufendem Meter Pfahl“ kalkuliert werden. Deutlich „günstiger“ sind unter Umständen „Sonderverfahren“ wie zum Beispiel „Rüttelstopfpfähle“ oder „Schottersäulen“.
In „Umspannstationen“ wird der von den „Windenenergieanlagen“ erzeugte „Gleichstrom“ in „Wechselstrom“ umgewandelt. Auch hier sind in der Regel „Pfahlgründungen“ für die „Umspannstationen“ erforderlich. „Weitere technische Herausforderungen“ und „Kostenschwerpunkte“ bei der „Netzanbindung eines Offshore-Windparks“ sind die „seeseitig zu errichtenden Konverter“, die entweder als „Drehstrom“- oder als „Gleichstromvarianten“ ausgelegt werden. Ein auf dem „Meer“ errichtetes, auch als „Seekonverter“ bezeichnetes „Umspannwerk“ ist eine „zwei- bis dreistöckige Seeplattform“, die in der „Drehstromausführung“ „Abmessungen“ von zirka „20 Meter mal 20 Meter mal 15 Meter“ aufweist. „Offshore-Umspannstationen“ sind in der „Gleichstromausführung“ mit etwa „40 Metern mal 18 Metern mal 23 Metern“ fast doppelt so groß, wie „Drehstrom-Trafos“ mit „Gewichten“ von bis zu „500 Tonnen“.
Für den Bau von „Umspannstationen an Land“ sind „etliche Schwertransporte“ notwendig. Die „Lastkraftwagen“ mit ihren „Transportaufliegern“, die die „Bauteile für die Umspannstationen“ transportieren, wiegen „voll beladen“ bis zu „600 Tonnen“. Wegen der „extrem hohen Radlasten der Schwerlastkraftwagen“ sind „besondere Anforderungen an die Fahrbahnen“, die in der Regel nur für „Lastkraftwagen“ mit einem „zulässigen Gesamtgewicht“ bis zu „40 Tonnen“ ausgelegt sind, erforderlich.
Fotos und Grafiken: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Vogel, Hannover
Foto oben: „Windenergieanlagen“ bei Schwanewede
Porträt Prof. Dr.-Ing. Jürgen Vogel, geboren am 17.11.1959
Abitur 1978, danach Wehrdienst
von 1979 bis 1985 Studium des Bauingenieurwesens an der Universität Hannover, dabei mehrere Jahre wissenschaftliche Hilfskraft am Institut für Unterirdisches Bauen der Universität Hannover
von 1985 bis 1991 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Grundbau, Bodenmechanik und Energiewasserbau der Universität Hannover, Abschluss mit einer Promotion zum Dr.-Ing. mit dem Thema: Untersuchungen bauschadensrelevanter Faktoren beim Vorpressen begehbarer Rohre
von 1991 bis 1992 Fachingenieur für Geotechnik bei der Ingenieurgesellschaft Prof. Dr.-Ing. Victor Rizkallah und Partner GmbH in Hannover
von 1992 bis 2019 Fachingenieur für Geotechnik bei der Ingenieurgesellschaft Dr.-Ing. Meihorst und Partner GmbH in Hannover, davon einige Jahre als Geschäftsführer
von 2003 bis 2019 Professor für Geotechnik an der Hochschule in Hildesheim