Große Surfweltmeisterschaft: Die Favoriten leisten sich ein Kopf–an–Kopf-Rennen auf dem Meer. Die Zuschauer jubeln und feuern ihren Favoriten lauthals an. Auf einmal nichts mehr, Flaute. Was ist passiert? Der eben noch in den Segeln liegende Wind ist weg. Die Surfer stehen auf ihren Brettern und kommen nicht mehr weiter. Genauso wie der Wind beim Surfen unerlässlich ist, wird er auch von den weißen Riesen zur Stromgewinnung benötigt.

Gleichmütig lassen die Weißen Riesen ihre gigantischen Arme durch den Wind in Fahrt bringen, um Strom für den Menschen zu erwirtschaften. Noch vor einigen Jahren galten Windkraftanlagen noch als nicht lohnenswert, doch inzwischen ist die Technik so weit vorgeschritten, dass man sich immer mehr für Windkraftanlagen interessiert. Um die enorme Kraft des Windes an den unterschiedlichsten Stellen nutzen zu können, wurden verschiedene Ideen entwickelt.

Windkraftanlagen im Sonnenuntergang
Windkraftanlage
können fast überall
gebaut werden

Weiße Riesen arbeiten für uns

Die meist verbreitete Art der Windkraftnutzung besteht in der Nutzung von Propeller-Rotoren. Genau wie beim Surfen, müssen die Segel, bzw die Propeller richtig im Wind liegen. Dazu besitzen die Anlagen einen drehbaren Kopf, welcher sich immer in Windrichtung dreht. Durch diese Vorrichtung kann der Wind und somit die perfekte Stromgewinnung abgepasst werden. In welche Richtung sich der so genannte Kopf drehen muss, bekommt er über den Windrichtungsgeber mitgeteilt.

Oft wird mit dem Satz: „Wie ist die Luft da oben?“ rumgewitzelt. Doch genau dieser gilt bei der Stromgewinnung aus Windkraft zu beachten. Denn umso höher man steigt, umso stärker ist die Windströmung. Deswegen ist es sinnvoll, die Windkraftanlagen mit einem hohen Turm zu bauen, damit der Wind effizienter genutzt werden kann. Aufgrund des hohen Geräuschpegels sind sie eher für den Siedlungsrand geeignet.

Stromtechnik, die begeistert

Damit eine Windkraftanlage in Betrieb genommen werden kann, müssen natürlich erst alle wesentlichen Bauteile vorhanden sein. Dazu gehört der Rotor, Rottorblätter, die Maschinengondel und vieles mehr.

Bei der gängigen Technik ist der Rotor gegen den Wind gerichtet. Die Rotorblätter laufen – wenn sie von der Kraft des Windes in Bewegung gesetzt werden - sehr schnell und quer zum Wind. Dies versetzt dann den Rotor und die Antriebswelle ebenfalls in eine Drehbewegung. Die Antriebswelle gibt so die Energie weiter. Der Rotor wiederum gibt die Rotationsenergie an einen Generator weiter, welcher diese Energie in elektrischen Strom umwandelt. Zwischen den Rotoren und den Generatoren sitzt ein Getriebe, welches die Rotordrehzahl auf die installierte Nenndrehzahl des Generators übersetzt. Dicke Kabel leiten die elektrische Energie durch den Turm nach unten. Der verbleibende Reststrom wird anschließend ins Stromnetz eingespeist, bzw. im Privathaushalt verbraucht.

Windkraftanlagen werden in der Regel so gebaut, dass sie den maximalen Ertrag bei einer Windgeschwindigkeit von 15 m/s erreichen.

Warum man weiße Riesen oft mit drei Rotorblättern sieht, hat mehrere Gründe. Würden sie mit geraden Anzahlen von Blättern ausgestattet werden (2, 4, 6), würden sich zwei Rotorblätter immer gegenüber liegen. Da das untere Blatt weniger im Wind stehen würde, wie das obere der beiden, wäre ein unrunder Lauf die Folge. Das wiederum wäre eine stärkere Belastung für die gesamte Windkraftanlage. Eine Windkraftanlage, die mehr wie 3 Rotorblätter hat, bremst sich letztlich selber aus. Durch die starke Luftverwirbelung der einzelnen Rotorblätter kommt die Anlage erst gar nicht in Fahrt – die Stromernte ist daher nur unwesentlich höher, wie bei Anlagen mit 3 Rotorblättern.

KURZ & KNAPP
  • horizontale Windkraftanlagen dienen am verbreiteten und effizientesten zur Nutzung aus Windkraft
  • die Höhe des Windkraftanlagenturms ist entscheidend für die produktive Nutzung des Windes
  • Windkraftanlagen haben mit 3 Rotorblättern das beste Kosten/Nutzenverhältnis

Das Stromkarussell

Wer denkt nicht gerne an die Kindheit zurück, wo das erste Mal ein Kettenkarussell ausprobiert wurde. Es war ein großes Erlebnis. Durch die enorme Kraft der Luft wird man in den Sitz gedrückt. Den Wind kann man auf der Haut spüren, und man wird von ihm auch ganz schön durchgewuschelt. Die Idee des Karussells brachte man durch die vertikalen Windkraftanlagen auch bei der Stromgewinnung ein. Die Konstruktion der vertikalen Windkraftanlagen ist nicht so häufig gesehen. Doch auch diese dient zur produktiven Stromgewinnung. Die Flügel sind senkrecht angebracht, so rotiert die Turbine um ihre eigene Achse. Nicht nur für große Stromanbieter sind vertikale Windkraftanlagen konstruiert worden, sondern es gibt Anlagen die relativ klein gebaut worden sind, so können auch Privatpersonen ihre eigene Windkraftanlage besitzen.

Da sich diese vertikalen Windkraftanlagen um die eigene Achse drehen, sind sie unabhängig von der Windrichtung. Der Wind bringt sie - von welcher Seite er auch immer kommt – zum drehen. Aus diesem Grund ist die vertikale Windkraftanlage besonders für Gegenden mit häufig wechselnder Windrichtung geeignet. Durch den niedrigen Geräuschpegel können sie auch hervorragend in bewohnten Gebieten aufgebaut werden. Praktisch an den vertikalen Windkraftanlagen ist, dass diese in viel kleineren Abständen zueinander stehen und so pro Fläche mehr Energie aus der Windkraft produzieren können, als die herkömmlichen Anlagen.

Mit dem Wind um die Wette drehen

vertikale Windkraftanlage spielt mit dem Wind
vertikale Windkraftanlage spielt mit dem Wind
Bildnachweis: "winDual"

Bei der Konstruktion der Rotoren gibt es sehr unterschiedliche Vorgehensweisen. Eine Möglichkeit ist die des Widerstandsläufers. Dieses Verfahren verwendet zwei gewölbte Rotorblätter, die im Halbkreis die Achse fast komplett umschließen. Nur zwei Öffnungen sind für das Ein- und Auslassen des Windes vorgesehen. Bei dieser Konstruktion stehen die Flügelflächen quer zur Windeinströmung. Die theoretische Leistungsstärke liegt bei höchstens 0,2, die praktisch erreichbare liegt wesentlich niedriger.

Eine weitere Möglichkeit ist die H- Form eines Rotors. Mit dem Rotor drehen sich ringförmig angeordnete Dauermagneten um den Mast, so dass sie sich unabhängig vom Wind drehen können. Die gebogenen Blätter laufen oben und unten mit der Rotorachse zusammen. Bei diesem Modell entfallen Rotorblattverstellung, Getriebe und Windnachführung. Die äußeren Kanten werden oben und unten von dem Rotor gebildet.

 
FAZIT
 
 
KURZ & KNAPP
  • wertikale Windkraftanlagen können Platz sparend aufgebaut werden, so kann der Wind produktiver genutzt werden als bei anderen Techniken
  • die Windrichtung ist bei vertikalen Windkraftanlagen nicht maßgebend, da sie sich um den Mast drehen und von allen Seiten vom Wind in Bewegung gebracht werden
  • bei der H-Form kann auf Getriebe, Windnachführungen und Rotorvorstellungen verzichtet werden

Windkraftanlagen nutzen eine natürliche Energiequelle, welche nicht verbraucht werden kann. Manchmal ist die Kraft des Windes so enorm, dass die Stromanbieter große Probleme mit dem Abtransportieren haben, da es zu einem Netzkollaps kommen würde, wenn sie den gesamten gewonnen Strom ins Netz einschleusen würden. Daher müssen bei zu starkem Wind die Windkraftanlagen abgeschaltet werden, da das deutsche Stromnetz mit dieser angesammelten Energie nicht klar käme. Leider muss nicht eingeschleuster Strom trotzdem von den Verbrauchern bezahlt werden. So bleiben Stromtarife teuer.

Während ihrer Nutzungsdauer (ca. 20 Jahre) erzeugen sie durchschnittlich 50 Mal so viel Energie, wie für ihren Bau eingesetzt worden ist.

Das Thema Windenergie ist noch lange nicht aufgebraucht. Dies zeigt auch die stetige Weiterentwicklung dieser Anlagen. Zurzeit wird an so genannten Windtunneln gearbeitet, diese sollen den Wind noch effizienter zur Stromgewinnung nutzen.