Windkraft – Volle Kraft in Richtung Zukunft
Die Zeichen stehen auf Sturm. Ein Grund zur Freude? Gemäß dem Bundesverband für Windenergie schon. Denn Windräder sind die wichtigste alternative Energieform in Deutschland, zu Lande (Onshore) und zu Wasser (Offshore). Ein einziges Windrad kann durchschnittlich 2000 Haushalte mit Strom versorgen.
Die energetische Leistung des Windes auf unserer Erde umfasst ein Vielfaches des weltweiten Energieverbrauchs. Nutzbar davon ist allerdings nur ein Bruchteil. Zu schwierig sind manche Winde nutzbar zu machen, zu ungleich verteilt strömen die Kräfte um den Globus. Die Energieausbeute liegt derzeit technisch und physikalisch begrenzt bei ca. 51%.
Forschung und Standort
Windräder sind sehr effizient in der Nähe von Gewässern und werden zudem häufig auf landwirtschaftlichen Nutzflächen oder unwirtlichen Plateaus gebaut. – Seit über 100 Jahren ist die Nutzung der Windkraft Gegenstand wissenschaftlicher Forschungen gewesen. Aufgrund seiner Zuverlässigkeit konnte sich das dänische Konzept mit der einfachen Konstruktionsweise und den bekannten 3-luvseitigen Rotorblättern durchsetzen. Zurückgegriffen wird auf das Wissen der aeroplanen Technik.
Bisher werden für die Standortwahl auf weitläufigen Großflächen sprechen zwei Umstände:
- Einer Lärmbelästigung der Bevölkerung soll vorgebeugt werden
- Der Wind wird dort weniger stark ausgebremst als in der Nähe von Wald und Stadtgebieten (vgl. Offshore)
Die meisten Windkraftwerke befinden sich im nördlichen Teil Deutschlands. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Küstenregion und den neuen Bundesländern.
Konstante Energieeinspeisung bei schwankender Windenergie
Forscher der TU Clausthal entwickelten im Jahr 2000 modulares Energieversorgungssystem, das Windböen in elektrische Leistung umwandelt. Dazu wird die Energie einem dezentralen Speicher zugeführt, der mit einem Energiemanagementsystem diese Leistung kontinuierlich und gleichmäßig in das zentrale Stromnetz einspeist.
Mit diesem Konzept gelang es auch erstmalig dem Stromnetz einen größeren Anteil aus regenerativen Energien zuzuleiten. Aufgrund solcher Entwicklungen und zukünftiger Forschungen wurde die Grundlastfähigkeit dieser Energieform geprüft. Für die Grundlastfähigkeit gelten Faktoren wie geringe Regelbarkeit, Kontinuität und eine Mindestausbringungsmenge. Das die Ausbringungsmenge schon erreicht ist, erschließt sich jedem im Vergleich: Deutsche Windkrafträder produzieren bereits 5 mal mehr Strom als die Atomkraftwerke Biblis A, Brunsbüttel und Neckarwestheim 1 zusammen. Das Ergebnis stellt die Nutzung der Windenergie eine adäquate Ergänzung zur Braunkohle dar.
Mehr Informationen finden Sie
- beim Bundesministerium für Umwelt
- auf der Seite Energiewelt
Wirkungsgrad
Der deutsche Pionier der Windtechnik, Albert Betz, konnte bereits 1920 nachweisen, dass rein physikalisch nicht mehr als 60% der Windenergie nutzbar ist. In Verbindung mit den hocheffizienten Anlagen, deren Wirkungsgrad bei 85% liegt, lässt sich damit ungefähr die Hälfte der Windenergie wirtschaftlich nutzbar machen.
Geschwindigkeiten
Die deutschen Ingenieure haben erstaunliche Kreativität an den Tag gelegt, als sie einarmige oder auch fünf-gliedrige Windkraftanlagen entwickelten. Aufgrund der extremen Kräfte die an der Anlage wirken, werden glasfaserverstärkte Kunststoffe oder Kohlenstofffasern verwendet. In Adaption der dänischen Variante können die Rotorblätter, deren Spitzendurchmesser bei 127 Meter liegt (siehe Bild der Enercon E-126), mit unvorstellbar Geschwindigkeit von 130 Meter pro Sekunde rotieren und ein Vereisen der Blätter bewirken. Einige Firmen integrieren daher Blattheizungen, damit die Aerodynamik nicht beeinträchtigt wird. Die nötige Energie kommt von der stromproduzierenden Anlage selbst.
Windige Angelegenheit
Aberwitzig erscheint der Gedanke an ein frei in der Luft schwebendes Kraftwerk, das gleich einem Drachen, an einem Stromkabel gehalten wird und daran die gewonnenen Energie der kräftigen Höhenwinde der Trophosphäre direkt zur Erde leitet. Inwieweit dies realisierbar ist, wurde bereits vor 70 Jahren ergründet. Aktuell forschen Wissenschaftler aus Darmstadt und Sydney an diesem Projekt.
Offshore
Als besonders effektiv gestalten sich Windparks (Zusammenschluss mehrerer Windräder zum einer stromerzeugenden Einheit) vor der Küste. Die deutlich höhere Windgeschwindigkeit und -stärke kompensieren die hohe Investitionskosten für Fundamente in einer Wassertiefe von bis zu 30 Metern. Nach einem strategischem Papier des Bundesumweltministeriums wird eine Ausbringungsmenge von 25.000 Megawatt als realistisch angenommen. Aus ökonomischen Gründen wurden in Nord- und Ostsee hauptsächlich konfliktarme Flächen mit Rücksicht auf Wassertiefe, Naturschutz, Fischerei und Schiffsrouten ausgewiesen. Vorbild für den Ausbau in Deutschland sind die bereits in großer Menge vorhandenen Windparks in Dänemark, Großbritannien und Irland, deren Küstengegend hervorragend für die Nutzung dieser alternativen Energie prädestiniert ist.
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