Windenergie

Windenergie nutzt den Luftstrom als mechanische Energie, die in elektrische Energie umgewandelt wird. In Windkraftanlagen wird dieses Prinzip angewandt. Da der Luftstrom immer weht, handelt es sich bei der Windenergie auch um eine erneuerbare Energie.

 

Fakten zur Windenergie

Die Windernergie zählt zu den wichtigsten und besten Energiequellen neben der Sonne. Hierbei wird die Luft durch große Windräder in Ökostrom umgewandelt.

Funktionsweise der Windenergie

Durch Windkraft werden die einzelnen Rotorblätter an den Windrädern bewegt und damit ein Generator angetrieben, der dadurch wiederum Strom produziert. Die Windenergie ist eine indirekte Form von Sonnenenergie, da sie abhängig ist von der unterschiedlichen und ungleichmäßigen Einstrahlung der Sonne auf die Erdoberfläche.

Nachteile der Windenergie

Ein Nachteil durch die Gewinnung von Energie durch die Windkraft ist der relativ erhebliche Lärm der durch die Windräder verursacht wird, und dass die erzeugte Energie nicht gespeichert werden kann.
Zwar wird die Energie schon zum Betrieb eingesetzt aber für die Stromerzeugung müssen Windkraftanlagen mit eingebracht werden, da der Wind nicht ständig in der gleichen Stärke weht.

Somit kann diese Energieart nur in Verbindung mit einer anderen Energiequelle genutzt werden.

Techniken von Windkraftanlagen

Um die entstehenden Schwankungen bei der Nutzung von Windenergie auszugleichen werden folgende Anlagetechniken eingesetzt, um die Luftmassen in kinetesche Energie umzuwandeln:

  • Pumpspeicherwerke
  • Schwungradspeicher
  • Druckluftspeicherwerke

 

In sogenannten Thermikkraftwerken werden zudem Sonnenenergie und Windkraft unmittelbar kombiniert, um aus durch Sonneneinstrahlung entstehenden, aufsteigenden Wärmeströmungen Energie zu erzeugen.

Unterscheidung von Windkraftanlagen

Die Rotoren der Windräder wandeln die Windenergie in eine mechanische Drehbewegung um.

In den Windkraftanlagen werden zwischen den asynchronen und den synchronen unterschieden, wobei die Gleichstromzufuhr unterschiedlich schwankt.

Unterschieden werden die einzelnen Kraftwerke durch drei Kriterien:

  • Die Stellung ihrer Rotorachsen, je nachdem ob diese horizontal oder vertikal stehen
  • Die Art des eingebauten Generators
  • Die Anzahl der vorhandenen Rotorblätter

 

Seit der Nutzung der Windkrafträder haben Forschungen gezeigt dass horizontale Rotorachsen am besten geeignet sind um ein Höchstmaß an Energie zu erzeugen.

 

Geschichte der Windenergie

Die Geschichte der Windenergie beginnt wahrscheinlich mit dem amerikanischen Gründer der Elektrizitätswirtschaft Charles F. Brush (1849 – 1929). Er entwickelte zum Beispiel einen sehr effektiven Gleichstromgenerator, eine kommerzielle Lichtbogenlampe, sowie eine effiziente Methode zur Herstellung von Blei-Säure-Batterien.

Meilensteine der Windenergie: die ersten Windkraftanlagen

In den Jahren 1887 bis 1888 baute er die erste vollautomatische Windkraftanlage zur Stromerzeugung. Die Ausmaße dieser Maschine waren, mit einem Rotordurchmesser von 17 Metern und insgesamt 144 Rotorblättern, gigantisch.
Die Anlage lieferte 20 Jahre lang die Energie, um alle Batterien im Keller seines Wohnhauses mit Energie zu versorgen. Trotz der enormen Größe der Anlage betrug die Leistung des Generators nur 12 kW. Das lag an den langsam rotierenden Blättern.

Verbesserung der Windkraftanlage

Der Däne Poul la Cour (1846 – 1908) machte die Entdeckung, dass Anlagen mit weniger Rotorblättern, aber mehr Geschwindigkeit für die Stromerzeugung wesentlich effizienter eingesetzt werden können.
Poul la Cour war ausgebildeter Meteorologe, beschäftigte sich mit den Gesetzen der Aerodynamik und verfügte über einen Winkanal, in dem er Experimente durchführte.
La Cour war vor allem an der Speicherung von Energie interessiert und benutzte den Strom einer Windkraftanlage um mittels Elektrolyse Wasserstoff für das Gaslicht in der Schule zu erzeugen. Die Beleuchtung des Gebäudes war zwar gesichert, aber es kam immer wieder zu Explosionen, die die Fenster des Schulgebäudes zerstörten, da der Wasserstoff kleine Spuren von Sauerstoff enthielt.

Schon 1904 hielt Poul la Cour regelmäßig Kurse für angehende Windkraft-Elektroingenieure an der Volkshochschule und baute in diesem Rahmen mehrere Testanlagen. Gleichzeitig gründete er die Gesellschaft der Windkraft-Elektroingenieure, die schon bald fast 400 Mitglieder verzeichnete.

Windkraftanlagen in Dänemark

Im Jahre 1918 wurden in Dänemark 120 Elektrizitätswerke durch eine Windkraftanlage mit Energie versorgt. Die Anlagen deckten zu diesem Zeitpunkt rund 3% des dänischen Stromverbrauches ab. In den nachfolgenden Jahren wurde das Interesse an Windkraft weniger, bis im 2. Weltkrieg Versorgungsengpässe auftragen

Gleichstrom-Windkraft-Anlage

Die die dänische Firma F.L. Smidth baute während des 2. Weltkrieges eine größere Anzahl von zwei- und dreiblättrigen Windkraftanlagen. Alle Anlagen erzeugten Gleichstrom. Die dreiblättrige Anlage auf der Insel Bogø wurde 1945 erbaut. Sie kombinierte Wind- und Dieselenergie und konnte die ganze Insel mit Energie versorgen. Diese Anlage spielte eine wichtige Rolle und diente als Grundlage für zentrale Studien über die Windenergie in den 50ger Jahren.

Wechselstrom-Windkraftanlage

In dieser Zeit baute Johannes Juul, ein ehemaliger Schüler von Poul la Cour die weltweit erste Windkraftanlage zur Erzeugung von Wechselstrom.
Diese Konstruktion war richtungweisend für alle modernen Anlagen von heute und war lange Zeit die größte Anlage der Welt. Sie zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit aus, denn sie lief elf Jahre komplett ohne Wartung.
1975 ließ die Nasa die Windkraftanlage generalüberholen und verwendete die Anlage für Messungen im Rahmen des amerikanischen Windenergie-Programms.

Ölkrise entfacht Interesse an Windenergie

Nach der ersten großen Ölkrise im Jahre 1973 erwachte das Interesse an der Windenergie in verschiedenen Ländern, wie Deutschland, Dänemark, Schweden, Großbritannien und den. USA

In diesen Ländern wurden von den Elektrizitätsversorgern schnell große Windkraftanlagen errichtet. Da der Bau von Anlagen jedoch sehr teuer war und sich dies auf den Strompreis auswirkte, wurde verstärkt wieder auf andere Technologien gesetzt.

Förderungsprogramme für Windenergie

In den 80iger Jahren wurden in Deutschland und Amerika staatliche Förderprogramme für die Windkraft ausgeschrieben. Dies erleichterte die Forschung und den Bau von diesen Anlagen.
Nun begann der Bau von groß angelegten Windparks, teils in Küstennähe, teils auf hoher See, um die Effektivität der Windnutzung zu erhöhen. Vor allem in Kalifornien und Dänemark entstanden große Anlagen mit einer Vielzahl von Windrädern.
Mit dem Auslaufen des amerikanischen Förderprogramms verschwand dieser Markt sozusagen über Nacht. Seit diesem Zeitpunkt werden in Amerika nunmehr kleinere Anlagen gebaut.

Vorreiter der Windenergie: Deutschland

Führend in der Energiegewinnung aus Windenergie ist derzeit Deutschland. Hier wird derzeit weltweit am meisten Leistung aus Windkraftanlagen gewonnen.

 

Zurück