Windkraft-Die Energie aus der Luft

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Agentur für Erneuerbare Energien
Windkraft – Energie aus Luft
Luft umgibt uns immer und überall. Wir können sie nicht greifen und auch nicht
sehen – und doch ist sie allgegenwärtig und unverzichtbar. Denn ohne Luft könnte
auf der Erde kein Lebewesen überleben. Sie enthält Sauerstoff, den Menschen und
Tiere zum Atmen brauchen, und Kohlendioxid, das von Pflanzen aufgenommen wird.
Aber Luft kann noch viel mehr. Nämlich enorme Kraft entwickeln, wenn sie sich
bewegt. Diese Kraft ist der Wind. Sie wird für uns erlebbar, wenn wir mit dem
Fahrrad gegen den Wind fahren müssen oder im Herbst, wenn der Wind die Blätter
von den Bäumen weht. Die ganze Kraft des Windes zeigt sich bei einem Sturm.
Dann werden sogar ganze Hausdächer abgedeckt oder Bäume umgeknickt. Der
Mensch kann den Wind aber auch für sich nutzen. Zum Beispiel auf dem Wasser
zum Windsurfen und Segeln oder an Land beim Drachen steigen lassen. Doch auch
bei der Arbeit macht sich der Mensch die Windkraft seit Jahrtausenden zu Nutze.
Wind gibt es überall auf der Welt. Auf allen Meeren, an allen Küsten, in jeder
Landschaft und jedem Gebirge. Aber was ist Wind eigentlich genau und wie entsteht
er? Eigentlich ist der Wind eine indirekte Form der Sonnenenergie. Die Sonne gibt
täglich ihre Strahlen auf die Erde ab. Dies passiert allerdings nicht überall in gleicher
Stärke, so dass Temperaturunterschiede entstehen. Die warme Luft steigt in die
Atmosphäre auf, während kältere Luft am Boden zurückbleibt. Diese Unterschiede in
der Temperatur erzeugen ein Druckgefälle. Wenn sich ein Druckausgleich zwischen
warmen und kalten Luftschichten vollzieht, entsteht Wind. Er ist also ein
Druckausgleich zwischen zwei Luftschichten. Dabei gilt: Je höher der
Druckunterschied, desto stärker der Wind. In den unteren Luftschichten, nahe der
Erde, hängt die Stärke des Windes ganz wesentlich von der Beschaffenheit der
Oberfläche ab. Während eine Wasserfläche kaum Widerstand für den Wind darstellt,
führen Gebäude oder Wälder zu einer Verringerung der Windgeschwindigkeit. Daher
gilt: Je größer die Entfernung von der Erdoberfläche, desto höher ist auch die
Windgeschwindigkeit.
Schon sehr lange nutzt der Mensch die Strömungen der Luft für seine Zwecke. Auf
dem Wasser dient der Wind seit alters her als Antrieb für Segelschiffe. An Land ist
Windenergie über Jahrhunderte hinweg vor allem zur Verrichtung mechanischer
Arbeit genutzt worden. Bereits vor unserer Zeitrechnung kamen im antiken Persien
und in China Windmühlen zum Einsatz. Mit ihrer Hilfe wandelte der Mensch die Kraft
des Windes in Arbeitsenergie um. Dank dieser Technik konnte zum Beispiel Getreide
einfacher gemahlen oder Wasser bequemer aus dem Boden gepumpt werden. Seit
dem 12. Jahrhundert ist die Windmühlentechnik auch in Europa bekannt. Damit gilt
die Windenergie als eine der ältesten vom Menschen genutzte Energieform. Mit der
Entdeckung der Elektrizität und der Erfindung des Generators im 19. Jahrhundert
entstand die Idee, die Windenergie zur Stromerzeugung nutzbar zu machen.
Seitdem haben viele Wissenschaftler, Techniker und Erfinder die Windkrafttechnik
zur Stromgewinnung beständig weiterentwickelt. Doch auch den modernen
Windkraftanlagen, die man heute auf den Feldern sehen kann, liegt noch immer das
alte Prinzip der Windmühle zugrunde.
Eine moderne Windkraftanlage besteht aus fünf Hauptelementen: Fundament,
Transformator, Turm, Gondel und Rotor.
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Fest im Boden verankert ist das Fundament. Es gibt der hohen, schlanken Anlage
die nötige Standfestigkeit. Im Fundament eingelassen ist der Turm. Er ist das größte
und schwerste Bauteil einer Windkraftanlage. Sein Gewicht kann mehrere hundert
Tonnen betragen. Die Höhe des Turms ist abhängig vom Standort der Anlage. Wie
bereits erwähnt, nimmt die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zu und der Wind weht
regelmäßiger. Der Turm muss so hoch gebaut werden, dass die Rotoren einer
möglichst gleichmäßigen und ausreichend starken Windströmung ausgesetzt sind.
Durch unterschiedliche Höhen der Türme kann man so an fast jedem Standort gute
Stromerträge erzielen. Als Faustregel gilt: Pro Meter Höhe steigert sich der Ertrag
der Windkraftanlage um ein Prozent. In einer Höhe von 120 Metern über dem Boden
weht der Wind in Deutschland mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 8
Metern pro Sekunde. Heutzutage werden Türme von bis zu 160m gebaut.
Auf dem Turm ist die so genannte Gondel installiert. In ihr befindet sich die gesamte
Technik, die zur Stromerzeugung nötig ist. An der Gondel sind auch die Rotoren
befestigt. Die einzelnen Rotorblätter (1) sind die sich drehenden „Flügel“ der Anlage.
Die meisten Anlagen verfügen heutzutage über drei Rotorblätter, da diese
Konstruktion sich als ertragreichste Methode zur Energiegewinnung erwiesen hat.
Der Rotor „fängt“ die Bewegungsenergie des Winds ein, indem die Blätter zu rotieren
beginnen. Die Windenergie wird so in mechanische Rotationsenergie umgewandelt.
Die Rotorendrehzahl ist dabei von Anlage zu Anlage verschieden. Manche Anlagen
drehen sich sogar bis zu tausend Mal pro Minute. Generell gilt, dass große Anlagen
eine niedrigere Drehzahl haben als kleinere Anlagen. Im Inneren der Gondel wird die
„eingefangene“ Energie über das Getriebe (2) auf den Generator (3) übertragen, der
die mechanische Energie in elektrischen Strom umwandelt. Dieser Vorgang
funktioniert wie bei einem normalen Fahrraddynamo, bei dem Strom für die
Fahrradlampe durch die Bewegung der Pedale erzeugt wird. Der Strom wird dann
mit Hilfe eines Umrichters und Transformators (4) auf die entsprechende Spannung
des Stromnetzes gebracht und kann daraufhin in das Stromnetz eingespeist werden.
In den zurückliegenden Jahren hat die Technik der Windkraftanlagen große
Fortschritte gemacht. Es gibt mittlerweile große Anlagen mit einer Leistung von fünf
bis sechs Megawatt. Solche liefern bis zu 17 Millionen Kilowattstunden Strom in
einem Jahr. Mit dieser Menge Strom können 4.900 Haushalte oder 14.600 Personen
ein Jahr lang ihren Strombedarf decken. Das ist eine ganze Kleinstadt. Im Jahr 2009
waren in Deutschland insgesamt 21.164 Windkraftanlagen mit einer Leistung von
25.777 Megawatt in Betrieb. Sie „ernteten“ 38 Milliarden Kliowattstunden Strom, rein
rechnerisch genug für 10 Millionen Haushalte. Damit hat die Windenergie unter den
so genannten erneuerbaren Energien den größten Anteil an der Stromproduktion. 6,5
Prozent des gesamten deutschen Stromverbrauchs konnte allein die Windenergie
2009 in Deutschland decken. Bis 2020 sollen es bereits 25 Prozent sein.
Die Windenergie ist ein echter Star unter den Energiequellen. Sie ist
unerschöpflich und überall auf der Welt verfügbar. Die Menschen
werden sich also nie um den Wind streiten. Zudem ist der Wind,
wenn die Anlage einmal gebaut ist, praktisch kostenlos, so dass ihn
sich jeder leisten kann. Windenergie ist aber vor allem auch ein
echter Klima- und Umweltfreund: Die ganze Energie, die benötigt
wird, um eine Windkraftanlage zu bauen und zu errichten, wird
innerhalb weniger Monate durch den Betrieb der Anlage wieder
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zurück gewonnen. Außerdem werden bei der Erzeugung von Strom
aus Windkraftanlagen keine klimaschädlichen Abgase in die
Atmosphäre entlassen. Je mehr Windkraftanlagen die Menschen
also nutzen, desto weniger klimaschädliche Kohlekraftwerke
müssen zur Stromproduktion eingesetzt werden. So ist die
Windenergie ein echter Partner der Umwelt und des Klimas.
Da der Wind indes nicht kontinuierlich und mit immer gleicher
Stärke weht, sondern zeitweise im Überfluss und dann wieder nur
als laues Lüftchen zur Verfügung steht, ist er seinerseits auf
Partner angewiesen. Andere Energieformen, die gut speicherbar
sind und somit Schwankungen des Windes ausgleichen können,
müssen ihm zur Seite stehen. Wasser, das in Stauseen
zurückgehalten werden kann, oder Biogas aus nachwachsenden
Energiepflanzen bilden die ideale Ergänzung zur Windenergie. Als
vernetztes und zentral gesteuertes „Kombikraftwerk“ können die
unterschiedlichen Arten erneuerbarer Energien eine verlässliche
und umweltfreundliche Stromversorgung gewährleisten – zu jeder
Tageszeit und bei jedem Wetter.
(siehe: www.kombikraftwerk.de)