mini|hochkant|Typische Windkraftanlage um 2020 (Teil eines Windparks zur Stromerzeugung) mini|hochkant|Entwicklung der Stromerzeugung aus Windenergie und weiteren modernen erneuerbaren Energien mini|hochkant|Anteil von Wind- und Solarenergie an der Stromerzeugung in ausgewählten Ländern weltweit Die Windenergie, Wind-Energie oder Windkraft ist die großtechnische Nutzung des Windes als erneuerbare Energiequelle. Die Bewegungsenergie des Windes wird seit dem Altertum genutzt, um Energie aus der Umwelt für technische Zwecke verfügbar zu machen. In der Vergangenheit wurde die mit Windmühlen verfügbar gemachte mechanische Energie direkt vor Ort genutzt um Maschinen und Vorrichtungen anzutreiben. Mit ihrer Hilfe wurde Korn zu Mehl gemahlen, Grundwasser an die Erdoberfläche gefördert, oder Sägewerke betrieben. Heute ist die Erzeugung von elektrischer Energie mit Windkraftanlagen die mit großem Abstand wichtigste Nutzung.

Ende 2025 waren weltweit Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von insgesamt etwa 1299 GW installiert. Ende 2024 waren es 1136 GW gewesen. 2025 lieferten die weltweit installierten Anlagen rund 2.715 TWh elektrischer Energie; entsprechend etwa 8,5 % der weltweiten Stromproduktion.Global Electricity Review 2026. Ember Climate. Abgerufen am 21. April 2026. Auf guten Standorten waren die Stromgestehungskosten von Windkraftanlagen bereits 2013 günstiger als die Stromgestehungskosten neuer Kohle- und Kernkraftwerke.Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz: Elektrische Energieversorgung: Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie für Studium und Praxis. 9. Auflage. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2013, S. 43. Abhängig von verschiedenen Faktoren wie z. B. Windhöffigkeit und Anlagenauslegung erreichen Windkraftanlagen etwa zwischen 1.400 und über 5.000 Volllaststunden (letzteres auf den besten Offshore-Standorten).Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Berlin/Heidelberg 2013, S. 819.

Geschichte der Windenergienutzung

mini|hochkant|Windmühle

Wann die ersten Windmühlen errichtet wurden, ist umstritten. Nach schriftlichen Überlieferungen aus dem Codex Hammurapi wurden sie vor mehr als 4000 Jahren genutzt, andere Forscher betrachten ihren Einsatz erst für das 7. Jahrhundert nach Christus als belegt. In Europa datieren die ältesten Erwähnungen aus England in die Mitte des 9. Jahrhunderts, im 11. Jahrhundert sind sie in Frankreich nachgewiesen. Im 13. Jahrhundert hatten sie sich bis nach Polen verbreitet.Piotr Michalak, Jacek Zimny: Wind energy development in the world, Europe and Poland from 1995 to 2009; current status and future perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews 15, (2011), 2330–2341, S. 2330, doi:10.1016/j.rser.2011.02.008. Eingesetzt wurde die Windenergie zur Verrichtung mechanischer Arbeit mit Hilfe von Windmühlen und Wasserpumpen.

In Europa existierten im 19. Jahrhundert einige 100.000 Windräder, die bei guten Windverhältnissen bis zu 25–30 kW Leistung erzielten.Jens-Peter Molly: Windenergie in Theorie und Praxis. Grundlagen und Einsatz. Karlsruhe 1978, S. 14. In Frankreich, England, Deutschland, den Niederlanden, Belgien und Finnland gab es in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts zwischen 50.000 und 60.000 Windmühlen. Um 1900 waren alleine in den Nordsee-Anrainerstaaten etwa 30.000 Windmühlen mit einer Gesamtleistung von mehreren 100 MW in Betrieb.Vaclav Smil: Energy in World History. Westview Press 1994, S. 112. Insbesondere in den Niederlanden waren Windmühlen stark verbreitet, hier gab es in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts alleine etwa 9.000 Mühlen. Einsatzzwecke waren das Mahlen von Getreide, die Baumwollspinnerei und die Tuchwalkerei, zudem dienten die Mühlen als Kraftquelle für das Stoßen von Leder, das Sägen von Holz, die Herstellung von Öl, Papier und Tabak sowie das Entwässern von Sumpfgebieten oder unter dem Meeresspiegel liegenden Landflächen.Paolo Malanima: Europäische Wirtschaftsgeschichte 10-19. Jahrhundert. UTB, Wien / Köln / Weimar 2010, ISBN 3-8252-3377-4, S. 97 f.

In Deutschland stieg die Zahl der Windmühlen während der Industriellen Revolution zunächst bis zur Hochindustrialisierung weiter an und erreichte in den 1880er Jahren ihr Maximum.Michael Mende: Frühindustrielle Antriebstechnik – Wind- und Wasserkraft. In: Ullrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 289–304, S. 291. In den Jahrzehnten darauf wurden viele der Windmühlen sukzessive durch fossile Kraftquellen bzw. elektrische Antriebe ersetzt. 1895 waren in Deutschland rund 18.000 Windmühlen in Betrieb. Man schätzt, dass 1914 etwa 11.400 und 1933 noch 4.000 bis 5.000 Windmühlen betrieben wurden.Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur: Introduction to Wind Energy Systems Basics. Technology and Operation. Berlin / Heidelberg 2013, S. 1. Ebenfalls bedeutend waren Windpumpen; die vielflügeligen Western-Windräder mit einer Leistung von wenigen 100 Watt waren weit verbreitet. Bis ca. 1930 wurden über sechs Millionen Westernmills produziert, von denen noch immer ca. 150.000 vorhanden sind.Erich Hau: Windkraftanlagen – Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. 5. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 2014, S. 21. Die ab 1854 in den USA entwickelten Western-Windräder (eng. Western Mill) verbreiteten sich als Wasserpumpe in Nord- und Südamerika, Australien und Teilen von Afrika und wurden später auch zur Stromerzeugung genutzt. In den USA gab es etwa 1000 Hersteller von Windmühlen, die jedoch nach dem Boom nahezu vollständig vom Markt verschwanden.

Nach der Entdeckung der Elektrizität und der Erfindung des Generators lag der Gedanke der Nutzung der Windenergie zur Stromerzeugung nahe. Die ersten Windkraftanlagen zur Stromerzeugung wurden im späten 19. Jahrhundert errichtet und blieben bis nach dem Zweiten Weltkrieg, als erste größere Anlagen mit wenigen 100 kW auf den Markt kamen, weitgehend unverändert. Seit den Ölpreiskrisen in den 1970er Jahren wird weltweit verstärkt nach Alternativen zur Energieerzeugung gesucht, womit auch die Entwicklung moderner Windkraftanlagen vorangetrieben wurde. 1979 begannen verschiedene dänische Unternehmen, Windkraftanlagen in Serie zu fertigen. Seit den frühen 1990er Jahren gehört die Windindustrie zu den am schnellsten wachsenden Industriebranchen der Welt.Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Energy for a sustainable world. Weinheim 2011, S. 235.

Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden in den amerikanisch besetzten Gebieten in Bayern mehrere tausend und in Oberösterreich zahlreiche Western-Windräder (Westernmills) aufgebaut, um Wasser zu pumpen. Um 1958 bzw. um 1970 waren noch einige zu sehen, überlebt bis heute in Bayern hat nur eine in Dietmannsried im Allgäu. Jene in Unterroithen in Oberösterreich ist Wahrzeichen von Edt bei Lambach und im 1980 verliehenen Wappen symbolisch golden und 12-flügelig dargestellt.

Stromerzeugung

mini|Windpark in Nordamerika mini|Windpark in Deutschland

Die Windenergie gilt aufgrund ihrer weltweiten Verfügbarkeit, ihrer niedrigen Kosten sowie ihres technologischen Entwicklungsstandes als eine der vielversprechendsten regenerativen Energiequellen.Zhen-Yu Zhao et al.: Development route of the wind power industry in China. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews, 34, (2014), 1–7, S. 2 doi:10.1016/j.rser.2014.01.071. Sie zählt mittlerweile zu den Mainstream­technologien in der Stromproduktion und spielt, auch aufgrund technologischer Fortschritte sowie der wirtschaftlichen Konkurrenzfähigkeit in vielen Märkten weltweit, eine zentrale Rolle in der Energiepolitik und den Energiestrategien in einer wachsenden Anzahl von Staaten der Erde.Sanjay Kumar Kar, Atul Sharma: Wind power developments in India. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 48, (2015), 264–275, S. 265, doi:10.1016/j.rser.2015.03.095

Windenergieanlagen können in allen Klimazonen, auf See und allen Landstandorten (Küste, Binnenland, Gebirge) zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Häufig wird nur zwischen der Windenergienutzung an Land (onshore) und der Nutzung auf See in Offshore-Windparks unterschieden. Bisher ist vor allem die Windenergie an Land von Bedeutung, während die Offshore-Windenergie Ende 2023 einen Anteil von ca. 7,4 % an der globalen installierten Leistung hatte (2017: 3,5 %). Auch langfristig wird mit einer Dominanz des Onshore-Sektors gerechnet, allerdings mit steigendem Anteil der Offshore-Installationen.

Physikalische Grundlagen Leistungsdichte des Windes Die Dichte der kinetischen Energie der Strömung steigt quadratisch mit der Windgeschwindigkeit v und hängt von der Luftdichte ρ ab: . Bei einer Windgeschwindigkeit von 8 m/s (≈ Windstärke 4 Bft) beträgt sie knapp 40 J/m³.

Diese Energie wird mit dem Wind herantransportiert. In der freien Strömung weit vor dem Rotor der Windkraftanlage beträgt die Leistungsdichte dieses Transports , im Beispiel wäre die Windleistungsdichte also 320 W/m².

Aufgrund dieses starken Anstiegs der Leistungsdichte mit der Windgeschwindigkeit sind windreiche Standorte besonders interessant. Die Turmhöhe spielt dabei eine große Rolle, besonders im Binnenland, wo Bodenrauigkeit (Bebauung und Vegetation) die Windgeschwindigkeit verringert und den Turbulenzgrad erhöht.

Verlustloser Leistungsbeiwert

mini|hochkant=1.2|Durch das Abbremsen des Windes weicht ein Teil der Strömung der Rotorfläche aus.

Die Leistungsfähigkeit eines Windrotors wird üblicherweise ausgedrückt, indem seine an die Welle abgegebene Leistung auf die Rotorfläche und auf die Leistungsdichte des Windes bezogen wird. Dieser Bruchteil wird nach Albert Betz als Leistungsbeiwert cP bezeichnet, umgangssprachlich auch als Erntegrad. Betz leitete 1920 aus grundlegenden physikalischen Prinzipien einen maximal erreichbaren Leistungsbeiwert ab. Der Grund für die Begrenzung ist, dass durch die Leistungsentnahme die Strömungsgeschwindigkeit sinkt, die Luftpakete in Strömungsrichtung kürzer werden und die Stromlinien ihre Abstände zueinander vergrößern, siehe Abbildung. Je stärker der Wind abgebremst wird, desto mehr strömt ungenutzt am Rotor vorbei. Das Optimum von 16/27 = 59,3 % würde durch einen verlustlosen Rotor erreicht, der die Strömung durch einen Staudruck von 8/9 der Energiedichte des Windes auf 1/3 der Windgeschwindigkeit abbremst.Vgl. Erich Hau: Windkraftanlagen – Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. 5. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 2014, S. 86. Der Rest dieser Leistung befindet sich noch in der Strömung: 1/3 = 9/27 in den Stromfäden, die dem Rotor ausgewichen sind, 1/9 von 2/3 = 2/27 in der abgebremsten Luftmasse.

Leistungsgrenzen und Verluste Wie alle Maschinen erreichen auch reale Windkraftanlagen das theoretische Maximum nicht. Aerodynamische Verluste ergeben sich durch Luftreibung an den Blättern, durch Wirbelschleppen an den Blattspitzen und durch Drall im Nachlauf des Rotors. Bei modernen Anlagen reduzieren diese Verluste den Leistungsbeiwert von cP,Betz ≈ 0,593 auf cP = 0,4 bis 0,5. Von den genannten 320 W/m² sind also bis zu 160 W/m² zu erwarten. Ein Rotor mit 113 m Durchmesser (10.000 m² Fläche) gibt dann 1,6 Megawatt an die Welle ab. Zur Berechnung der Leistung am Netzanschluss müssen zusätzlich noch die Wirkungsgrade aller mechanischen und elektrischen Maschinenteile berücksichtigt werden.