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Windkraftrad in der Energielandschaft Morbach
Windkraftrad

Windenergie wird vom Menschen schon lange genutzt, z.B. mit Windmühlen zum Mahlen von Korn oder für die Fortbewegung (Segelboote). Heute wird die Windenergie vor allem zur Erzeugung von Elektrizität verwendet. Zur Nutzung der Windenergie als Ressource wird die Bewegungsenergie des Windes eingesetzt. Sie ist überall auf der Welt zu nutzen, bevorzugt in Küstenregionen und auf Bergkuppen sowie auf See bei sogenannten Offshore-Anlagen. Die Windenergieanlage nutzt die im Wind enthaltene (Bewegungs-)Energie und wandelt diese mit dem Windrotor erst in mechanische und dann über einen Generator in elektrische Energie um.
Waren in den 1990er Jahren Windenergieanlagen mit einer installierten Leistung von 600 Kilowatt Standard, liegen Spitzenanlagen derzeit (2018) bei 8 Megawatt Leistung. Hinzu kommt durch die verbesserte Technik und eine Weiterentwicklung der Rotorblätter eine effizientere Nutzung des Windes, somit eine Steigerung der Volllaststunden und insgesamt eine erhöhte Produktion von Windstrom je Anlage bzw. pro MW installierter Leistung.

Moderne Windkraftanlagen funktionieren nach dem Auftriebsprinzip, ähnlich wie beim Flugzeug, das den Flügel in Rotation versetzt. Im Gegensatz dazu wurden „Windmühlen“ früher nach dem Wiederstandsprinzip betrieben. Die Windmühlen wurden dem Wind sozusagen in den Weg gestellt. Durch den Widerstand, den die Segel boten, wurden die Räder angetrieben. Bei dieser Technik konnte man dem Wind jedoch lediglich 15% der Energie entziehen. Bei modernen Anlagen, die nach dem Auftriebsprinzip funktionieren, liegt dieser Wert bei immerhin 50 - 60%.

Betriebsphasen

In Abhängigkeit zur Windgeschwindigkeit unterscheidet man vier unterschiedliche Betriebsphasen. Ist die Windgeschwindigkeit zu gering, steht das Windrad still. Ab einer gewissen Windgeschwindigkeit – diese liegt je nach Anlagentyp bei 3 – 5 m/s – beginnt das Windrad zu arbeiten. Steigt die Windgeschwindigkeit, steigert sich ebenfalls die Leistung der Windkraftanlage. Überschreitet die Windgeschwindigkeit die Leistungsgrenze des Windrades, muss der Leistungsüberschuss weggeregelt werden. Bei Sturm, d.h. ab einer Windgeschwindigkeit von 24 – 26 m/s, werden die Windkraftanlagen, aufgrund der starken Lasten, die der Rotor aushalten muss, vom Netz genommen.

Anlagen, die bereits bei Windgeschwindigkeiten von ca. 3m/s anlaufen, erreichen bei vergleichsweise geringen Windgeschwindigkeiten die Leistungsgrenze und eignen sich daher eher für Binnengebiete.

Größere Anlagen eignen sich für Küstengebiete oder Offshore-Windparks. Ab einer Geschwindigkeit von 12 – 13m/s gibt es bei durchschnittlichen Windkraftanlagen keine Erhöhung des Ertrags mehr.

Stromgestehungskosten

Die Stromgestehungskosten für Strom aus Windenergie liegen in Deutschland (nach www.ise.fraunhofer.de) zwischen 3,99 und 8,23 Cent/kWh.
Potenziell könnten in Deutschland mit Windkraftanlagen an Land jährlich rund 360 TWh Strom erzeugt werden, dies entspricht 60% des deutschen Strombedarfs. Mit Offshore-Anlagen könnten bis zu 300 TWh erzeugt werden. Dies entspricht etwa 50% des deutschen Bedarfs. (Quelle: www.unendlich-viel-energie.de)

Repowering

Beim Repowering werden Windenergieanlagen der ersten Generation durch moderne Anlagen ersetzt. So kann ein geeigneter windhöffiger Standort deutlich effizienter für die Energieerzeugung genutzt werden. Auf einem guten Standort ist es durch Repowering möglich, die Anlagenzahl zu halbieren, die installierte Leistung zu verdoppeln und den Stromertrag zu verdreifachen. Dies zu deutlich geringeren Kosten pro erzeugter Kilowattstunde als mit den Alt-Anlagen.

Moderne Anlagen lassen sich auch besser in das elektrische Netz integrieren.