Wie funktioniert eine Windkraftanlage?

Wir Menschen nutzen die Windenergie schon Jahrtausende. Doch elektrische Energie wurde erst durch die Windkraftanlagen erzeugt. Mittlerweile zieren Windräder die Landschaften von Deutschland und anderen europäischen Ländern. Nicht immer mit der Zustimmung der Anwohner. Doch wie funktioniert eine Windkraftanlage?

Aufbau einer Windkraftanlage

Was man von außen sehen kann, ist der Turm, die Rotorblätter (meist dreiblättrig) und die Gondel. Die Technologie steckt im Inneren.

• Der Turm:
  Im Turm befinden sich die Netzleitungen, die von der Gondel bis zum Boden laufen. Dort befindet sich der Netzanschluss, wo die erzeugte Energie dem Verbrauchernetz übergeben wird.
• Die Rotorblätter:
  Meistens sind drei Rotorblätter an der Rotornabe angebracht. Sie nehmen die kinetische Windenergie auf und wandeln sie in eine Drehbewegung um. Ist der Wind zu stark, können die Blätter durch die Blattverstellung “aus dem Wind genommen werden”. Dies dient einerseits zur Regelung der Energieproduktion und andererseits zum Schutz der Anlage, da sie bei zu starkem Wind beschädigt würde.
• Die Gondel:
  In der Gondel befindet sich ein Getriebe und ein Generator. Es gibt jedoch auch Gondeln, die ohne ein Getriebe auskommen. In dem Fall ist ein Direktantrieb eingebaut. Damit die Windkraftanlage immer im Wind steht, kann sie über eine Windrichtungsnachführung in ihrer Richtung gedreht werden. Ob dies nötig ist, entscheiden die Messinstrumente (Windfahne für die Windrichtung und Anemometer für die Windstärke), die auf der Gondel angebracht sind. Ist der Wind zu stark oder müssen Wartungsarbeiten vorgenommen werden, kann eine elektromagnetische Bremse die Windkraftanlage stillgelegt werden.

Arten von Windkraftanlagen

In Deutschland sieht man fast ausschließlich Windräder mit drei Rotorblätter. Diese Art von Windkraftanlagen zählen zu den horizontale Windrädern, da die Achse horizontal angeordnet ist. Darüber hinaus gibt es auch noch Windräder, bei denen die Achse vertikal, bzw. lotrecht angeordnet ist. Der große Vorteil dieser Anlagen ist, dass eine Gondel gespart werden kann, da sich der Generator durch die Lage der Achse am unteren Teil des Windrades befindet.

• horizontale Windräder
• vertikale Windräder
  • Darrieus-Rotoren (Auftriebsläufer)
  • Savonius-Rotoren (Widerstandsläufer)
• flügellose Windkraftanlagen (Bsp.: INVOLEX, Saphon Energy, Windhalme)
• hybride Windkraftanlagen (Bsp.: Aufwindkraftwerk)

Vor- und Nachteile der Energiegewinnung durch Windkraft

Wie so oft bei erneuerbaren Energien ist es auch bei Windkraftanlagen: “Ein Kraftwerk ist gut, solange es nicht in meinem Hinterhof steht.” Wir wollen immer mehr grüne Energie, jedoch möchten die wenigsten Windräder direkt in ihrem näheren Umfeld. Deshalb gibt es immer wieder Bürgerinitiativen gegen die Errichtung neuer Windparks.

Welche Vorteile haben Windkraftanlagen?

• Wind entsteht immer und überall
  Wind entsteht aus einem Zusammenspiel aus Sonnenenergie, Erdrotation und geologischen Gegebenheiten. Es ist also dafür gesorgt, dass immer wieder Winde entstehen – und dies kostenlos.
• Keine Schadstoffe bei der Energieerzeugung
  Während der Energieerzeugung entstehen keine Schadstoffe wie sie beispielsweise bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern entstehen.
• Geringer Flächenbedarf
  Im Vergleich zu anderen Kraftwerken benötigt ein Windrad nur eine sehr geringe Nutzungsfläche.
• Investitionen schnell wieder erwirtschaftet
  Schon nach wenigen Monaten sind die Kosten für die Errichtung und Inbetriebnahme einer Windkraftanlage wieder eingespielt.
• Arbeitsplätze werden geschaffen
  Regionen profitieren davon, indem Arbeitsplätze geschaffen werden. Windräder müssen errichtet und während ihres Betriebes gewartet werden.

Welche Nachteile bestehen?

• Wind ist nicht immer vorhanden und regional unterschiedlich
  Nicht überall weht der gleiche Wind. An den Küstenregionen sind die Windstärken höher als im Landesinneren. Manchmal gibt es Flauten, in denen gar kein Wind weht.
• Stromtransport notwendig
  Da die Großverbraucher in Deutschland im Süden sind, die großen Windparks jedoch im Norden liegen, muss der Strom transportiert werden – Stichwort: Energiewende. Es müssen also große Stromautobahnen vom Norden in den Süden errichtet werden.
• Windenergie lässt sich nur auf Umwege speichern
  Oft wird mehr Energie erzeugt, als verbraucht wird. Deshalb werden ganze Windkraftanlagen des Öfteren gebremst und aus dem Wind genommen. Eine Lösung heißt jedoch Power-To-Gas. Durch dieses Verfahren kann die überschüssige Energie genutzt werden, um bspw. grünen Wasserstoff herzustellen. Jener wiederum lässt sich speichern und anschließend je nach Bedarf energetisch nutzen (thermische + elektrische Energie).
• Ggf. entstehende Geräusche
  Durch die Rotation der Rotorblätter entstehen Geräusche, die für manche Anwohner ggf. lästig werden können (Infraschall – dieser war lange DER Grund gegen Windkraft. Jedoch beruhten die Werte auf einen Rechenfehler. Der Infraschall im Auto ist wesentlich höher als der im Nahbereich einer Windkraftanlage.).
• Landschaftsbild wird verändert
  Windräder sind meistens sehr hoch (Offshore Windkraftanlagen) und durch die riesigen, beweglichen Rotorblätter unübersehbar. Manche reden von einer “Verspargelung der Landschaft”.
• Vögel (On-Shore) und Meeresbewohner (Off-Shore) werden gestört
  Durch die rotierenden Teile kommt es nicht selten dazu, dass Vögel von ihnen erfasst und getötet werden. Auch Fische und andere Meeresbewohner können dadurch in ihrer Orientierung gestört werden.
  Aber: Schätzungen gehen von jährlich 100.000 Vögeln aus, die durch Windkraftanlagen. Dies sind jedoch wenige, wenn man die absoluten Zahlen im Vergleich zu den jährlich Millionen getöteten Vögeln durch Katzen, Glasscheiben oder den Verkehr betrachtet.
• Neodym (seltene Erden) in Generatoren
  Was viele nicht wissen ist, dass bei Windkraftanlagen mit Direktantrieb meistens das Seltene Erden Neodym als Magnet verwendet wird. Dies wird hauptsächlich in China abgebaut. Bei der Gewinnung von Neodym entstehen jedoch giftige Abfallprodukte, die teilweise auch radioaktiv sind. Da in China nicht viel Wert auf Umweltschutz gelegt wird, sind dort ganze Regionen verseucht.