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Windenergie (regenerative Energiequelle)



Windenergie (regenerative Energiequelle)

Aufbau/Funktion
Die heutigen Windkraftmaschinen sind im Wesentlichen schlanke Masten mit dreiflügligen Rotoren, welche die Energie des Windes in Rotationsenergie umsetzen, wobei über ein Getriebe schließlich ein Generator angetrieben wird, der dann die Bewegungsenergie in elektrischen Strom um und gibt diesen an das öffentliche Stromnetz ab.

Eine Windkraftanlage besteht in der Regel aus den folgenden Komponenten:
Fundament, Erdung

Mast Die Masten weisen üblicherweise eine Höhe von 10 m bis 100 m auf, wobei mit zunehmender Höhe nicht nur der Energieertrag steigt, sondern auch die Errichtungskosten aufgrund der aufwendigeren Statik.
Die Masten werden aus Stahl oder Beton (Holz nur bei sehr kleinen Masten) errichtet und dienen der Aufnahme von Gondel, Rotor, Getriebe und Generator.
Gondel Die Gondel bildet Grundrahmen, Träger und Verkleidung zur Aufnahme und Befestigung von Getriebe und Generator. Sie dient der Aufnahme aller an der Mastspitze auftretender Kräfte und Momente.


Rotorblätter Aerodynamische Form.
Die Anzahl der Rotorblätter ist für den energetischen Wirkungsgrad unbedeutend. Je weniger Blätter eingesetzt werden, umso höher ist die Drehzahl der Anlage, um in gleicher Zeit die gleiche Fläche nutzen zu können.

Meist dreiflüglig. Zur Mitte hin sind die Rotorblätter meist als Holmverbindung ohne aktive Fläche konstruiert, da das Verhältnis zwischen Nutzen (Hebelarm, Strömungsfläche) und Aufwand nach innen deutlich ungünstiger wird.
Die modernen Rotorblätter werden aus Kunststoff gefertigt.
Entnehmen dem Wind etwa 50% seiner Bewegungsenergie.
Getriebe Das Getriebe sorgt für die Übersetzung der vergleichsweise geringen Rotordrehzahl auf die installierte Nenndrehzahl des Generators.
Rotorwelle Die Rotorwelle stellt die Verbindung zwischen Rotor und Getriebe dar.
Generator Wandelt die Bewegungsenergie des Rotors in elektr. Energie um und gibt diese an das öffentliche Stromnetz ab.
Windrichtungsnachführung Bewirkt automatische Einstellung des Winkels zwischen
Gondel/Rotor und Windrichtung
Bremse Verriegelt Rotor bei zu großer Windstärke(ab 100km/h)
Regelsystem Überwacht rgänge

Auftriebsprinzip
Moderne Windenergieanlagen arbeiten weit überwiegend nach dem Auftriebsprinzip, wobei aerodynamisch geformte Rotorblätter, wie sie auch im Flugzeugbau Verwendung finden, eingesetzt werden.
Dieses Auftriebsprinzip, welches seine Kraft aufgrund von Druckunterschieden in Luv- und Leeseite beim Umströmen von Körpern entfaltet, wird seit jeher in der Segelschifffahrt und seit langem in der Luftfahrt genutzt. Der Unterschied bei der Windkraftnutzung besteht darin, dass die Rotorblätter als im Zentrum befestigte Hebelarme sich um die eigene Achse drehen und somit ein Drehmoment ausüben, dessen Kraft auf einen Generator übertragen werden kann.
Der Auftrieb ist das Resultierende aus zwei Kräften, der Auftriebskraft und der Widerstandskraft. Beide Kräfte hängen maßgeblich vom Winkel des Rotorblattes zur Windrichtung ab. Es lässt sich insofern für jeden Anstellwinkel (Mittellinie des Profils zur Windrichtung) der Quotient von Auftriebskraft zu Widerstandskraft bilden. Diese sogenannte Gleitzahl ist ein Maß für den erreichbaren Energieertrag.


Abhängigkeit von der Windstärke
Gewöhnlich nehmen moderne Maschinen bei einer Windgeschwindigkeit von 19 km/h den Betrieb auf, erreichen ihre Nennleistung bei 40 bis 48 km/h und brechen den Betrieb bei Windgeschwindigkeiten von 100 km/h ab. Am geeignetsten für Windkraftwerke sind Gegenden mit einer jährlichen Durchschnittswindgeschwindigkeit von mindestens 4m/s.

Nachteile
. Schattenwurf
. Lärm
. Verhältnismäßig teuer und uneffektiv
. Keine sichere Stromversorgung gewährleistet

rteile
. regenerative Energiequelle
. keine Umweltbelastung
. stehen 2/3 im Winterhalbjahr zur Verfügung; Ergänzung somit zur Sonnen- und Solarenergie
. Rohstoff Wind wird nutzbar

Standorte
Bevorzugte Standorte in Deutschland sind die Küstengebiete und die Mittelgebirgslagen, da hier die Anzahl der Tage mit der notwendigen Windstärke am größten ist.
Manche Anlagen sind in Gruppen oder Reihen angeordnet und werden Windparks genannt. Einige der größten Windparks der Welt stehen in Kalifornien. In Deutschland findet man Windenergieanlagen vor allem in Schleswig-Holstein und in Mecklenburg-rpommern.


Leistung:
Kleinanlagen (< 70 kW, ca. 25 m hoch), mittlere Anlagen (70-750 kW, ca. 40-65 m hoch) und Großanlagen (>750 kW, ca. 60-l00 m hoch)








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