Windenergie wird in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Energieversorgung spielen. In Dänemark möchte man in wenigen Jahrzehnten 50 Prozent des Stromverbrauchs aus Windenergie abdecken. Die Wirkungsweise ist längst kein technisches Geheimnis mehr.
Windkraftanlagen und ihr Aufbau
Moderne Windkraftanlagen werden im Allgemeinen aus den Komponenten Fundament, Turm, Gondel mit Generator, Rotor mit Rotorblattverstellung, Getriebe, Bremse und Regelsystem sowie Netzanschluss gebaut.
- Errichtet wird die Anlage je nach Bodenbeschaffenheit und Anlagengröße auf einem Flachfundament oder mit einem Pfahlfundament (Tiefgründung). Der Turm trägt die Gondel und den Rotor. Zu den häufigen Bauarten zählen Betonturm, Gittermast oder konischer Stahlrohrturm.
- Die höchsten Stahlrohrtürme erreichen mittlerweile eine Höhe von bis zu 120 Metern. Durchschnittlich sind sie 40 bis 60 Meter hoch. Gittermasten kommen nur bei Kleinwindkraftanlagen zum Einsatz. Auf der Antriebswelle ist die Rotornabe montiert. Sie hält entweder drei verstellbare oder fest montierte Rotorblätter.
Wirkungsweise - Konzepte zur Leistungsregelung
- Erreicht der Wind eine Geschwindigkeit von etwa drei Meter pro Sekunde, wird die Anlage per Computer gestartet. Die Windrichtungsnachführung dreht die Rotoren in den Wind. Indem der Wind auf die Blätter drückt, erzeugt das Auftriebsprinzip auf der entsprechenden Seite der Rotorblätter einen Überdruck und einen Unterdruck.
- Die Energie des Windes überträgt sich auf die Blätter. Der Rotor dreht sich. Das Spezialgetriebe sorgt für die Anpassung der unterschiedlichen Rotordrehzahlen an die Generatordrehzahl. Der Generator muss die zur Stromerzeugung erforderliche Geschwindigkeit erreichen, um an das Netz geschaltet zu werden.
- Je nach Anlagentyp wird die projektierte Nennleistung bei Windgeschwindigkeiten zwischen 11 und 15 Meter pro Sekunde erreicht. Die Leistungsregelung nutzt unterschiedliche Konzepte, feste und verstellbare Rotoren.
- Bei Sturm ab etwa 20 bis 25 Meter pro Sekunde wird ein feststehender Rotor gebremst (Blattspitzenbremsung). Danach folgt die Trennung vom Netz. Bei sogenannten pitchgeregelten Anlagen lassen sich die Rotorblätter um ihre Längstachse verstellen. Die Folge ist eine optimale Anpassung an die Windverhältnisse. Bei zu großen Windgeschwindigkeiten dreht man die Rotorblätter in Fahnenstellung. Der Rotor der Windkraftanlage läuft dann im Leerlauf. Mit Nachlassen des Windes startet das Steuerungssystem die Windenergieanlage erneut.
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Die Wirkungsweise von Großanlagen im Megawattbereich erlaubt, dass die Rotordrehzahl von 10 bis 30 Umdrehungen pro Minute direkt auf den Generator gegeben werden kann. Ein Getriebe braucht man nicht. Leistungselektronische Umrichter sorgen für die Anpassung an die Netzfrequenz.
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