Windkraftanlagen sind eine immer beliebtere und effiziente Methode zur Erzeugung von Strom. Das Herzstück einer jeden Windkraftanlage ist der Rotor, der die kinetische Energie des Windes in Rotationsenergie umwandelt. Dadurch wird der Generator angetrieben, der elektrische Energie erzeugt. Im Folgenden erfahren Sie mehr über die technischen Grundlagen von Windkraftanlagen.
Rotor, Turm und Getriebe
Die wichtigsten Bauteile einer Windkraftanlage sind der Rotor, der Turm und das Getriebe. Diese bestimmen maßgeblich die Leistungsfähigkeit der Anlage. Der Trend geht heutzutage zu größeren Windrädern mit einer maximalen Leistung von mehreren Megawatt Strom.
Der Rotor und seine Flügel
Je nach Art der Anlage hat der Rotor eine unterschiedliche Form und Anzahl von Rotorblättern. Die Flügel ähneln dabei in ihrer Bauweise den Propellern eines Flugzeugs. Es gibt verschiedene Arten von Rotoren, die jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile haben. Viele Rotorflügel laufen langsam, haben ein hohes Drehmoment und können bereits bei geringeren Windstärken starten. Diese werden als vielblättrige Langsamläufer bezeichnet. Moderne Schnellläufer hingegen benötigen zum Anfahren höhere Windgeschwindigkeiten, erzielen jedoch hohe Drehzahlen und sind aerodynamisch optimiert. Die am Markt überwiegend anzutreffenden Anlagen haben drei Rotorflügel, da diese schwingungstechnisch in der Handhabung Vorteile bringen und länger halten.
Rotorblätter – High-Tech Produkte
Die Größe der Rotorblätter spielt eine wichtige Rolle bei der Energiegewinnung aus Wind. Je größer die Fläche, desto mehr Energie kann dem Wind entnommen werden. Daher werden die Rotorblätter möglichst lang gestaltet. Dies erfordert hohe Masten für die Windkraftanlagen. Größere Masten bieten jedoch den Vorteil, dass die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zunimmt.
Moderne große Windkraftwerke haben Rotordurchmesser bis zu 109 Metern oder mehr. Die Rotorblätter drehen sich mit Geschwindigkeiten von 0,3 bis 2 Umdrehungen pro Sekunde und erzeugen Leistungen von einigen hundert Kilowatt bis zu sechs Megawatt. Es gibt jedoch Grenzen für die Größe der Rotorblätter, da an den Rotorenden enorme Zentrifugalkräfte auftreten. Die Flügelspitzen von Fünfzig-Meter-Rotoren erreichen bei einer bestimmten Drehzahl Geschwindigkeiten von 340 Kilometern pro Stunde. Hierbei wirken Fliehkräfte, die dem 18-Fachen der Erdbeschleunigung entsprechen. Aus diesem Grund müssen die verwendeten Materialien sehr widerstandsfähig sein und die Konstruktion präzise berechnet werden.
Die technische Entwicklung der Windenergie
Die technische Entwicklung der Windenergie hat seit 1980 große Fortschritte gemacht. Durch die öffentliche Förderung von Forschung und Entwicklung hat sich die durchschnittliche Leistung der Windkraftanlagen von etwa 30 Kilowatt auf 3,2 Megawatt im Jahr 2016 erhöht. Gleichzeitig sind der Rotordurchmesser von 15 Meter auf durchschnittlich 109 Meter und die Nabenhöhe von 30 Meter auf durchschnittlich 128 Meter angewachsen. Die Nabenhöhe kann jedoch je nach Standort variieren. Laut Angaben des Bundesverbandes Windenergie betrug die Höhe zwischen 99 Metern in Schleswig-Holstein und 149 Metern in Bremen.
Die Rotorblätter sind um ihre Längsachse verstellbar, um die Drehzahl der Rotoren bei wechselnden Windgeschwindigkeiten konstant zu halten. Weiterhin ist die Gondel am Mast drehbar gelagert, sodass sich die Rotoren den wechselnden Windrichtungen anpassen können. Bei zu hohen Windgeschwindigkeiten können die Rotorblätter automatisch aus dem Wind genommen werden, um Beschädigungen zu vermeiden.
Die Windenergiebranche hat in den letzten zehn Jahren einen deutlichen Aufschwung verzeichnet. Laut dem Bundesverband Windenergie hat sich die Zahl der installierten Windkraftwerke um 51 Prozent erhöht, während die Leistung um den Faktor 2,4 gestiegen ist.
Windkraftanlagen sind eine nachhaltige und effiziente Möglichkeit, um erneuerbare Energie zu erzeugen. Durch kontinuierliche technische Weiterentwicklung und Förderung dieser Branche wird die Windenergie in den kommenden Jahren eine noch wichtigere Rolle in der Energieversorgung spielen.
