Die
Nutzung der Windkraft
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Wind in der Atmosphäre
entsteht durch thermische Strömungen, wenn die Sonnenstrahlen die
Luftschichten unterschiedlich erwärmen. Die Nutzung der Windenergie
reicht noch weiter zurück als die der Wasserkraft. Segelschiffe wurden
schon vor über 5000 Jahren gebaut. Die ersten
Windmühlen kamen im 12. Jahrhundert nach Mitteleuropa. Zur
effektiven Nutzung der Windenergie ist jedoch eine ausreichende Windgeschwindigkeit
notwendig. Aus diesem Grund findet man die alten Windmühlen und auch
die heutigen Windkraftanlagen vorwiegend in Küstenregionen oder im
Gebirge.
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Zur
Ausbeutung des maximalen Wirkungsgrades müssen die Rotoren moderner
Windkraftanlagen möglichst schnell laufen. Dabei gilt: Je geringer
die Zahl der Flügel ist, umso schneller laufen sie. Obwohl große
Rotoren viel langsamer als kleine laufen, nehmen sie trotzdem viel mehr
Energie auf. Bei einem Zweiblattrotor lassen sich die Rotorblätter
verstellen. Der Turmkopf an der Spitze des Turms kann nach der Windrichtung
ausgerichtet werden. Die Energie der Rotorblätter wird über die
Rotorwelle und ein Getriebe auf den Generator zur Erzeugung von elektrischem
Strom übertragen. Aufgrund der wechselnden Windgeschwindigkeiten kommt
ein Gleichstromgenerator zum Einsatz. Ein nachgeschalteter Wechselrichter
wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um. Der
Wirkungsgrad einer Windkraftanlage kann nach physikalischen Berechnungen
maximal 59,3% betragen ("Leistungsbeiwert nach Betz"). Überschreiten
die Rotoren den zulässigen Drehzahlbereich, können Schäden
am Rotor und am Getriebe auftreten. Daher sind die Rotorblätter zur
Leistungsreduzierung verstellbar und dem Getriebe ist eine Bremse nachgeschaltet.
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Windpark mit Dreiblatt-Rotoren
in Küstennähe auf Lanzarote
Dreiblattrotoren laufen
etwas ruhiger als Zweiblattrotoren, sie sind sogar etwas leistungsfähiger.
Allerdings ist der Materialaufwand höher. Darüber hinaus gibt
es auch Windkraftanlagen, bei denen der Rotor in einer vertikalen Rotationsachse
liegt. Ein Beispiel dafür ist der Darrieus-Rotor, den von dem französischen
Ingenieur Georges Darrieus (1888-1979) im Jahr 1931 patentiert wurde. Die
bogenförmigen Rotorblätter sind oben und unten an einer Achse
befestigt. Dieser Rotorentyp ist zwar von der Windrichtung weitgehend unabhängig,
er erreicht aber nicht den Wirkungsgrad eines Zwei- oder Dreiblattrotors.
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Dieser weithin sichtbare
Darrieus-Rotor findet sich bei der Kläranlage Martigny.
Windkraftanlagen weisen aufgrund
der im Betrieb fehlenden Schadstoffemissionen eine hervorragende Ökobilanz
auf. Sie erzeugen jedoch einen Geräuschpegel, der unangenehm wirken
kann. In der kalten Jahreszeit besteht die Gefahr durch Eisabwurf. Daher
sollten Windkraftanlagen nur außerhalb von Ortschaften aufgebaut
werden. Gefährdet sind bestimmte Tierarten wie Fledermäuse, die
zu ihren Flug- oder Zugzeiten in die Rotoren fliegen. Bei Offshore-Windkraftanlagen
werden ganze Serien von Rotoren auf dem Meer installiert, sofern die Tiefe
des Wassers nicht mehr als 50 Meter beträgt. Offshore-Anlagen gelten
als umweltverträglicher; auf dem Meer steht mehr Wind zur Verfügung.
Der Nachteil besteht darin, dass ihre Wartung mit mehr Aufwand verbunden
ist.
Literaturquellen
Literaturverzeichnis
Internet
Alpha
Ventus - Der erste deutsche Offshore-Windpark wurde im April 2011 eröffnet
IG-Windkraft
- Interessengemeinschaft der Windkraft in Österreich
Suisse-Eole
- Förderung der Windkraft in der Schweiz
Wind
Energy Network - Verein zur Förderung der Windkraft in Ostdeutschland,
Informationen über Offshore-Windparks |