Die Windkraftanlage

Die Windkraftanlage

Seit mehr als 100 Jahren wird Windkraft effizient eingesetzt. Früher benutzte man eine Windmühle, um Mehl zu mahlen, heute wird durch Windkraftanlagen elektrische Energie gewonnen – doch wie sind diese Anlagen aufgebaut und wie funktionieren sie?

Bedeutung

• Die Windenergieanlage nutzt die Windenergie – genauer gesagt die im Wind enthaltene mechanische Energie -und wandelt sie in elektrische Energie um.
• Der Verbrauch von fossilen Energieträgern wie Kohle, Gas oder Öl soll ersetzt bzw. gesenkt werden, um so die Vorräte zu schonen und zur Entlastung der Umwelt beizutragen.

Arten

Vorteile & Nachteile

Vorteile

Kostenlose & unerschöpfliche Energiequelle
Emissionsarme Methode der Stromerzeugung
Geringe Kosten
Geringerer Flächenbedarf

Nachteile

Unstetigkeit des Windes
Beeinträchtigung von Landschaftsbildern
Geräuschbelastung
Teilweise Probleme beim Stromtransport
Windenergie nicht speicherbar
Störung für Tiere

Standort

• keine Bäume, Häuser oder andere Hindernisse in unmittelbarer Nähe
• Mindestdurchschnittsluftgeschwindigkeit von 4-10m/s das ganze Jahr über
• Sammlung von Windkraftanlagen in Windparks (onshore/offshore)

Bau:

Allgemein besteht der untere Teil aus einem Fundament. Darüber sitzt ein Turm bzw. ein Mast. Ganz oben ist das Maschinenhaus mit seinen Windrädern.

Fundament

Sichert die Standfestigkeit und leitet alle Lasten in den Erdboden. Diese Lasten kommen aus dem Windmotor und aus der Eigenbewegung.
Beispiel:
Das meist genutzte ist das Schwerkraftfundament. Dieses steht auf Flachgründungen. Es kann bis zu 50 Jahre aushalten.

Turm und Mast

Es ist der schwerste und größte Teil der Anlage. Die Höhe ist abhängig vom Standort und den Windverhältnissen.
Ist dieses Teil nicht im Fundament verankert nennt man ihn Mast.
Zum Beispiel:
Abgespannte Masten

Maschinenhaus

• Ist drehbar auf dem Turm gelagert und wird auch Gondel genannt.
• Es enthält alle mechanischen und elektronischen Komponenten zur Umwandlung der Rotordrehung in elektrische Energie.
• Die Windblätter sind leicht und stabil durch die Glasfasern.
• Die Rotorblätter kann man verstellen, um so die Luftströmung zu beeinflussen.
• Die Winkel werden per Computer verstellt.
• Um die Windkraftanlage zu verlangsamen dreht man die Windkraftblätter aus dem Wind.
Der Rotor treibt den Generator an. Dies geschieht durch ein Getriebe.

Funktionsweise

Wenn der Wind mit ca. 5m/s auf die Windkraftanlage trifft, startet der Computer der Windlaufausrichtung und stellt die Rotorblätter optimal in den Wind. Die kinetische Energie der Windströmung wirkt nun auf die schräg angeordneten Rotoren und führt so eine Drehbewegung herbei (→ Rotationsenergie). Der Rotor ist dabei mit der Antriebsquelle sowie dem mehrstufigen Getriebe verbunden, sodass seine Drehzahl mit der des Generators angepasst wird. Dieser wandelt die mechanische Energie in elektrische Energie um und erzeugt dadurch nutzbare Energie. Es entsteht Strom, der daraufhin mithilfe einer Leitung durch den Turm gelangt und in das Netzwerk eingespeist wird.

→ Bei optimalen Bedingungen werden so bis zu 6 MW Nennleistung geliefert.

Modell

  Quellen:

https://www.businessinsider.de/vier-unfaelle-in-vier-wochen-so-gefaehrlich-sind-deutsche-windkraftanlagen-2017-1

https://www.ruhrnachrichten.de/Nachrichten/Dortmund/Stadt-stellt-sich-ein-Windrad-aufs-Dach-Plus-542529.html

http://www.energie-xxl.de/1605-0-offshore-windpark-an-nordsee-ostsee-in-deutschland-private-beteiligung-fuer-fonds.htmlhttps://de.wikipedia.org/wiki/Windkraftanlage#/media/File:Windkraftanlage.svg

https://www.acatech.de/wp-content/uploads/2018/03/ESYS_Technologiesteckbrief_Windkraftanlagen.pdf