Kurs: Grundlagen und Perspektiven der Energiewende | OnCourse UB

  • Lektion 2

    • Grundlagen

    • Diese Zellen bewirken gemeinsam mit der Rotation der Erde die Hauptwindströmungen der Erde, die hier dargestellt sind:

      (Grafik Wissensplattform eskp.de, Lizenz: CC-BY 4.0)

      Die Winde, die durch die Verlagerung von Luftschichten entstehen, entfalten enorme Kräfte. Diese Kraft wird mit Windenergieanlagen (Abkürzung: WEA) eingefangen. Dafür gibt es zwei Anlagentypen: Solche, bei denen sich eine vertikale Achse dreht und solche, bei denen sich eine horizontale Achse dreht.

      Für die kommerzielle Stromgewinnung haben derzeit nur WEA mit horizontaler Drehachse Relevanz. Eine solche Windkraftanlage (umgangssprachlich Windrad) besteht aus einem Turm, auf dem eine drehbare Gondel sitzt, in der sich wiederum ein Getriebe, eine Bremse und ein Generator befinden. An der Gondel befestigt ist die drehbare Rotornabe, an der drei Rotoren beweglich befestigt sind. 

      Ein Windrad ist eine Turbine: hier wird die Luftströmung (Wind) an den Rotoren vorbeigeführt, die dann in eine gerichtete Bewegung gesetzt werden. Die dominante Form bei Großanalgen ist dabei der Dreiblattrotor. Die asymmetrische Form des Rotors führ dazu, dass die Luft auf der einen Seite Rotors einen längeren Weg zurücklegen muss, als auf der anderen Seite. Dadurch wird auf dieser Seite ein Unterdruck erzeugt, der die Bewegung des Rotors antreibt. Die drei Rotoren sind zentral an der Nabe befestigt und bewegen sich kreisförmig um die Achse, an der die Nabe befestigt ist. 

      Für das Funktionieren eines Windrads ist es wichtig, dass vor und hinter dem Windrad ein Luftstrom besteht. Durch das Windrad wird der Luftstrom abgebremst. Wenn dieses Abbremsen des Luftstroms zu stark ist, dreht sich das Windrad tatsächlich nicht mehr. Ein Windrad kann maximal 59% der Energie des Windes entnehmen.


    • Standort und Größe

      Windräder müssen also in ihrer Größe so ausgelegt sein, dass sie zu den örtlichen Gegebenheiten passen:

      • Ein Windrad, das zu groß geplant ist, wird wenig Strom gewinnen, weil es nur bei überdurchschnittlichen Windstärken Strom gewinnt.
      • Ein Windrad, das zu klein geplant ist, nutzt die Energie des Windes nicht voll aus. 
      • Es ist weiterhin wichtig, dass die Windräder gleichmäßig drehen und eine bestimmte Geschwindigkeit nicht überschreiten. 

      Dafür können je nach Bautyp auch die Rotoren gedreht werden, um dem Wind mehr oder weniger Energie zu entziehen. In bestimmten Situationen ist es auch notwendig, das Windrad ganz abzuschalten, auch das ist problemlos möglich.


      Windparks

       

      Windräder werden oft in Gruppen aufgebaut, wenn viele Windräder nah beieinanderstehen, wir dies als Windpark bezeichnet. Die Windräder werden so aufgestellt, dass sie in der Hauptwindrichtung optimal den Wind ausnutzen und sich gegenseitig keinen Windschatten geben. Dafür wird zwischen zwei Windrädern hintereinander der 8-fache Rotordurchmesser als Abstand gewählt und seitlich der 6-fache.

       

      Windräder können an Land, als sogenannte Onshore-Anlagen, oder im Meer in der Nähe von Küsten, als Offshore-Anlagen, aufgestellt werden. Die Fundamente von Onshore-Anlagen werden als Flachgründung oder Pfahlgründung ausgeführt. 

      Bei Offshore-Anlagen gibt es je nach Gewässertiefe und anderen Faktoren verschiedene Fundamenttypen.




    • Entwicklung von WEAs
      Die Technologie von WEA hat sich in den letzten 35 Jahren enorm entwickelt. Sichtbar wird dies, auch für Laien, an den immer größer werdenden Anlagen, die zum einen höher sind, als auch zum anderen deutlich größere Rotordurchmesser haben. Mit der Größe wuchs auch die Leistung der Anlagen. In der Abbildung ist die Entwicklung von WEAs in verschiedenen Jahren dargestellt. Die Leistung der Anlagen hat sich in der Zeit verzigfacht, was auch damit zu tun hat, dass in größerer Höhe der Wind stärker weht als an der Erdoberfläche.

      (Grafik: Leistungssteigerung bei Windenergieanlagen © BWE (Bundesverband WindEnergie))
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