Windenergie

Wind ist Luft, die sich in horizontaler Bewegung über die Erdoberfläche bewegt. Wind entsteht durch Druckunterschiede, die dadurch entstehen, dass Luft von hohem zu niedrigem Druck beschleunigt wird. Außerdem ist Wind ein Produkt des Sonnenlichts – pure Solarenergie.

Windkraft entsteht durch die Umwandlung von Windenergie (die kinetische Energie von Luft in Bewegung) in eine nutzbare Form von Energie, wie beispielsweise durch Windturbinen zur Stromerzeugung, Windmühlen für mechanische Kraft und Windpumpen für Wasserpumpen oder für Segel, um Schiffe anzutreiben.

Um die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umzuwandeln (z.B. um Elektrizität zu erzeugen), benötigt man Windturbinen. Diese besitzen Rotorenblätter, die durch die Kraft des Windes in Bewegung kommen. Diese Turbinen können anhand von horizontalen oder vertikalen Achsen rotieren. Windturbinen mit Horizontalachsen sehen aus wie große aber dünne Windmühlen und haben einen elektrischen Generator mit Rotorenblättern an der Spitze eines Turmes. Solche Windtürme müssen sehr hoch sein, um den Wind mit der stärksten Windstärke abzubekommen. Turbinen mit vertikalen Achsen haben zwei oder drei Blätter, welche sich um eine vertikale Achse drehen. Hauptvorteil der Turbinen mit vertikalen Achsen ist die Tatsache, dass sie nicht in Richtung des Windes ausgerichtet sein müssen, um effektiv zu sein. Sie produzieren jedoch geringere Mengen an Elektrizität als Horizontalachsenturbinen, da die Blätter näher an der Erde sind, wo der Wind langsamer bläst.

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Abbildung 1. Aufbau eines Windgenerators. Eine Windturbine besteht aus Rotorenblättern, die an einer Nabe befestigt sind. Der Rotor in dieser Zeichnung ist durch eine Achse an dem Generator angebracht. Sobald sich die Blätter drehen, wird Elektrizität erzeugt.

Die Größen von Windturbinen können stark variieren – von winzigen Turbinen zur Energieversorgung eines Gebäudes bis hin zu riesigen Windmaschinen. Mehrere Windturbinen am gleichen Ort nennt man einen Windpark.

Ein Windpark kann sich sowohl an Land als auch vor der Küste befinden. Windparks, die vor der Küste liegen, können mehr Energie erzeugen. Zudem ist ihre Lokalisierung weniger problematisch für menschliche Populationszentren. Auf der anderen Seite ist es komplizierter, Offshore-Windparks an Stromnetze anzuschließen.

FAKTEN:Die größten an Land betriebenen Windparks befinden sich in den USA. Der größte Offshore-Windpark der Welt mit einer Kapazität von 367MW ist der Walney Windpark im Vereinigten Königreich. Die weltgrößte schwimmende Windturbine befindet sich 10 Kilometer von der Küste entfernt in 220m tiefem Wasser, südwestlich von Karmøy, Norwegen. Sie wurde September 2009 in Betrieb gesetzt und verwendet 2,3MW-Turbinen. Ein anderes „großes“ Beispiel ist Dänemark, welches 20% seiner Energie aus Windenergie speist – das ist der größte Anteil von allen Ländern.

Kleine Windenergieanlagen

Bei kleinen Windenergieanlagen handelt es sich um Erzeugungssysteme mit einer Kapazität von 50 KW.

Im Gegensatz zu großen Windturbinen können kleine Anlagen auch dort genutzt werden, wo die Bedingungen weniger günstig sind. Sie benötigen keine großen Flächen ungenutztes Land und sorgen nicht für Lärmbelästigung, welche Rotorblattspitzen von großen Generatoren produzieren. In einer Stadt können sie beispielsweise auf Laternenpfählen oder Gebäudedächern befestigt werden.

Nutzung von kleinen Windenergieanlagen

Kleine Windenergieanlagen werden hauptsächlich für selbständige Telekommunikations- und Navigationssysteme, für Sommerhäuser, Pumpen, unabhängige Beleuchtungsanlagen und viele andere vom Netz abgelegene Systeme verwendet. Kleine Windenergieanlagen kooperieren häufig in Mischsystemen mit Photovoltaikmodulen. Solche Kombinationen sind zuverlässige und optimale Lösungen, um den lokalen Energiebedarf zu decken.

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Abbildung 2. Nutzung kleiner Windenergieanlagen

 Warum sollte man Windturbinen verwenden?

Wind ist eine unerschöpfliche und zuverlässige Energiequelle.

Man muss einmalig die Kosten für den Erbau des Windgenerators zahlen – die danach erzeugte Energie ist kostenlos.

Die Technologie der Windturbinen ist sehr robust und sowohl für einen lokalen als auch abgelegenen Betrieb geeignet. Nur eine periodische Instandhaltung ist nötig.

Die Nutzung von Windenergie hat geringere Auswirkungen auf die Umwelt als viele andere Energiequellen. Es werden keine Treibhausgase oder andere Schadstoffe ausgestoßen. Eine Windturbine hat im Verhältnis zu der Menge an erzeugter Energie eine kleine physikalische Grundfläche.

Wo sollte man Windturbinen verwenden?

Man sagt, dass die Windgeschwindigkeit mit der Höhe steigt und dies besonders über offenen Flächen, wo es keinen Windschutz gibt. Gute Standorte für Windturbinen sind runde Hügelspitzen, offene Flächen, Küstenlinien oder Gebirgsspalten, die den Wind leiten. Die Windgeschwindigkeit ändert sich während des Tages und ist abhängig von den Jahreszeiten. Um die Windbedingungen in einem bestimmten Gebiet zu untersuchen, müssen zwei Merkmale festgestellt werden: die Geschwindigkeit und die Richtung.

Die Grundlage für die Errichtung einer Windkraftanlage ist eine zuverlässige Durchführbarkeitsstudie. Diese Untersuchung betrachtet im Detail alle Schlüsselprobleme, so dass schließlich bestimmt werden kann, ob der Standort sich für den Bau einer Windkraftanlage eignet. Neben anderen Aspekten wird vor allem die minimale Energieerzeugung geschätzt, die eine Anlage bei einer bestimmten Höhe an einem bestimmten Platz produzieren kann. Windmessungen (eine Dauer von 12 Monaten wird empfohlen) werden mit einem Messungsmast einer bestimmten Höhe durchgeführt.

Die Abbildung unten zeigt, was Windbehinderungen bewirken können und wie man sie vermeiden kann.

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Abbildung 3.  Platzierung von Windturbinen

Windkraftanlagen nutzen gewöhnlich Windgeschwindigkeiten von 4 bis 25 m/s. Bei einer Geschwindigkeit von weniger als 4 m/s wird die Windkraft als gering erachtet. Bei Geschwindigkeiten von mehr als 25 m/s werden die Anlagen aus Sicherheitsgründen angehalten.

Bei kleinen Windkraftanlagen werden die Messungen an dem Ort durchgeführt, wo die kleine Windturbine platziert werden soll. Die Messungen dauern nicht weniger als drei Monate und werden beendet, wenn die Ergebnisse mit dem generellen Trend der Windbedingungen in dem Untersuchungsgebiet übereinstimmen. general trend of wind conditions in the study area.

FACTS: Windturbinen können von einem MW bis hin zu fünf MW pro Einheit bei Handelsmodellen produzieren. Kernreaktoren befinden sich in einem Bereich von 600MW bis 1399MW. Angenommen, dass eine Windturbine durchschnittlich 2MW produziert, würde man 433 Windturbinen und konstanten Wind benötigen, um der Kapazität eines Kernkraftwerks gleichzukommen.

Was sind mögliche Hindernisse?

Die Begrenzung der Windenergie besteht darin, dass keine Energie erzeugt werden kann, wenn kein Wind bläst. Außerdem benötigen die Anlagen (ebenso so wie Sonnenkollektoren) eine große Fläche. Ein Windpark benötigt zwanzigmal mehr Land, um ein Kilowatt Strom zu erzeugen als ein konventionelles Gas- oder Kohlekraftwerk.

Windturbinen machen Lärm. Jede erzeugt so viel Lärm wie ein Familienauto. Außerdem können die Rotorenblätter Vögel treffen.

Windkraft ist relativ schwierig in die Umgebung zu integrieren, da die Anlagen das Landschaftsbild zerstören können.