Windkraft

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.

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.

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.

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