Windkraftanlagen

Windkraftanlagen haben einen Anteil von 40,4 % an der Stromerzeugung der erneuerbaren Energien in Deutschland (Stand 2009). Aufgrund von Wirkungsgradverbesserungen und Leistungssteigerungen sind diese Anlagen heutzutage ein sehr wichtiger Bestandteil einer nachhaltigen Energiepolitik. Deutschland besitzt in Bezug auf Fertigung, Entwicklung und Vertrieb eine Spitzenposition auf dem Weltmarkt für Windkraftanlagen.

Einteilung

Es gibt sowohl Windkraftanlagen mit Widerstandsrädern, als auch mit Auftriebsläufern. Widerstandsräder folgen vergleichsweise dem Prinzip von Wassermühlen, bei dem die Widerstandskraft des Wassers zum Antreiben des Rades genutzt wird. Der Wind trifft auf die Rotorblätter und bringt diese durch das „Wegdrücken“ zum Drehen. Auftriebsläufer besitzen hingegen eine ähnliche Funktionsweise wie Flugzeugtragflächen. Die Oberseite ist aufgrund einer Krümmung größer als die Unterseite. Der Wind muss auf der Oberseite einen längeren Weg zurücklegen, um den Rotor zu passieren. Dadurch ist die Windgeschwindigkeit auf der Oberseite größer. Dies bewirkt einen Unterdruck, der die Rotoren anzieht und diese somit in Drehung versetzt.

Funktionsweise / Arbeitsweise

Der Wind bringt die Rotoren der Anlage beim Durchströmen zum Drehen. Dies geschieht entweder mit Widerstandsrädern oder mit Auftriebsläufern. Diese Drehung treibt über eine Welle einen Generator an, der aus der mechanischen Energie elektrischen Strom erzeugt. Dabei werden Synchrongeneratoren und Asynchrongeneratoren unterschieden. Synchrongeneratoren arbeiten ohne Getriebe und sind an Windkraftanlagen an einer „Eiförmigen“ Kanzel zu erkennen.

Die Drehzahl der Anlage wird über die Zu- und Abschaltung von Polpaaren geregelt. Asynchrongeneratoren besitzen hingegen ein Getriebe, welches für eine Drehzahlübersetzung zwischen Windrad und Generator sorgt. Es haben sich Windkraftanlagen mit drei Rotorblättern, welche vertikal ausgerichtet sind, durchgesetzt. Windkraftanlagen sind von der Windrichtung abhängig und müssen durch Nachführung zum Wind ausgerichtet werden.

Übersicht zu Vorteilen und Nachteilen

keine Abgase

keine Brennstoffkosten

starke Standortabhängigkeit

Abhängigkeit vom Wind (Geschwindigkeit)

Allgemeines

Die Windgeschwindigkeiten und Turbulenzen sind die ausschlaggebenden Indikatoren für die Leistung einer Anlage. Im Mittel ist die Windgeschwindigkeit im Sommer etwas geringer als im Winter. Dies wirkt sich positiv auf die konstante Stromerzeugung im Mix mit der Photovoltaik aus, da diese im Sommer den meisten Strom bereitstellt.

In Deutschland sind die norddeutschen Küsten der beste Standort für Windkraftwerke, da dort im Jahresmittel die höchsten Windgeschindigkeiten herrschen (ca. 7,5 m/s). Weniger vorteilhafte Standorte sind Gebiete in Süddeutschland mit mittleren Windgeschwindigkeiten von unter 2 m/s.

Wirkungsgrad und weitere Informationen

Oftmals werden gleich mehrere Windkraftanlagen in so genannten Windparks zusammengeschlossen. Durch stetige Verbesserungen erreichen Windkraftanlagen Leistungsklassen von 6 MW und mehr. Da der Wind nicht bis zum Stillstand abgebremst werden kann, ist der theoretische Wirkungsgrad auf maximal 59% begrenzt (Betz'sche Faktor). Moderne Anlagen erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 45%.