Windkraftanlagen – Entwicklung, Aufbau, Funktion

Inhaltsverzeichnis

1.0 Einführung
1.1 Alternative Energiequellen
1.2 Begriffsdefinition Wind
1.3 Begriffsdefinition Kraft
1.4 Begriffsdefinition Energie
1.5 Begriffsdefinition Anlage
1.6 Begriffsdefinition Generator

2.0 Die Geschichte der Windkraftanlagen
2.1 Der Begriff der Windkraftanlage
2.2 Die geschichtlichen Anfänge der Windkraftnutzung
2.3 Versuche, Pläne, Utopien 1930-1940
2.4 Windkraftanlagen heute

3.0 Aufbau und Funktion einer modernen Windkraftanlage
3.1 Hauptbaugruppen und deren Funktion
3.2 Besonderheiten und Probleme

4.0 Zukunftsperspektiven und Fazit

Literaturverzeichnis

1.0 Einführung

1.1 Alternative Energiequellen

Diese Arbeit soll im Folgenden aus dem Bereiche der, zur Verbrennung fossiler Brennstoffe oder atomaren Energiegewinnung alternativen, Energiequellen- bzw. Energieträgernutzer den Typ der Windkraftanlage genauer darstellen. Die Wichtigkeit der Auseinandersetzung mit dem Thema der Nutzung der natürlichen, erneuerbaren Energieträger wie Wind, Sonnenlicht und Wasserkraft, die uns quasi unbegrenzt zur Verfügung stehen, liegt in eben dieser Unbegrenztheit, die sie deutlich von den zur Neige gehenden fossilen Brennstoffen abhebt. Bedingt durch die begrenzten Ölressourcen der Erde sowie die politische Diskussion um den Ausstieg aus der Nutzung der atomaren Energie, erleben in Deutschland die Windkraftanlagen einen regelrechten Boom - innerhalb der letzten 15 Jahre hat sich die Zahl der installierten Windkraftanlagen, auch als Windenergieanlagen bezeichnet, allein im Bundesland Schleswig-Holstein von 500 auf über 2500 Stück erhöht, mit einem prognostiziertem Wachstum von 15% bis 20% pro weiterem Jahr, mit der Tendenz, 2010 50% des Energiebedarfs aus Windkraft decken zu können.^[1] Fährt man heute einmal die deutsche Nordseeküste ab, so hat sich die Küstenlandschaft in den letzten 15 Jahren sehr verändert, das flache Grün ist mancherorts mit einem weißen Wald durchsetzt, den die großen Windparks darstellen, die in diesen windigen Gegenden optimalen Bedingungen ausgesetzt sind. Bevor wir uns allerdings der Frage zuwenden, wie es hat soweit kommen können und wie eine solche einzelne Windkraft- oder Windenergieanlage aufgebaut ist und funktioniert, ist es wichtig, einige grundlegende Begriffe näher zu erläutern, aus denen sich der Begriff der Windkraft- bzw. Windenergieanlage zusammenfügt, um einen Zugang zu diesem Wortgefüge und, im weiteren Text, nach einem kurzen historischen Rückblick, auch zu der Anlage an sich bekommen zu können. Werden im Allgemeinen beide zutreffenden Begriffe für die Windkraftanlage bzw. Windenergieanlage verwandt, so beschränkt sich der vorliegende Text aus Gründen der Einfachheit hauptsächlich auf den Terminus Windkraftanlage.

1.2 Begriffsdefinition „Wind“

„Als Wind wird in der Meteorologie eine gerichtete Luftbewegung in der Atmosphäre bezeichnet. Winde mit Windstärken zwischen 2 und 5 haben die Bezeichnung Brise. Winde mit Windstärken zwischen 6 und 8 bezeichnet man als Wind mit den Abstufungen starker, steifer und stürmischer Wind. Bei Windstärken ab 9 spricht man von Sturm. Winde mit der Windstärke 12 bezeichnet man als Orkan. Eine heftige Luftbewegung von kurzer Dauer bezeichnet man als Bö.

Hauptursache für Winde sind Unterschiede im Luftdruck zwischen Luftmassen. Dabei fließen Luftmassen aus dem Gebiet, in dem ein höherer Luftdruck (Hochdruckgebiet) vorliegt, in das mit dem niedrigeren Luftdruck (Tiefdruckgebiet), bis der Luftdruck ausgeglichen ist. Je größer der Unterschied zwischen den Luftdrücken ist, umso heftiger strömen die Luftmassen in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck und umso stärker ist der aus der Luftbewegung resultierende Wind.“^[2]

„In Deutschland beträgt die durchschnittliche Windgeschwindigkeit, die standardmäßig in 10 m Höhe gemessen wird, an der Nordseeküste 6 m/s (Meter/Sekunde), während in Oberstdorf nur 1 m/s gemessen wurde (1 m/s entspricht 3,6 km/h).

Ein weiterer Einflussfaktor ist die Geländerauigkeit. Der Wind folgt in seinem Strömungsverhalten der Erdoberfläche: Hügel, Berge, Bauwerke und Wälder bewirken ein Aufsteigen des Windes. Hinter derartigen Hindernissen entstehen für Windenergieanlagen ungünstige Luftturbulenzen und Schwachwindgebiete („Lee“).“^[3]

1.3 Begriffsdefinition Kraft

„Kraft ist eine Fähigkeit, etwas zu bewirken. Als physikalischer Fachbegriff bezeichnet Kraft die Fähigkeit, Körper zu beschleunigen oder zu verformen.

Als physikalische Größe wird Kraft durch das Formelzeichen F (von frz./engl. force) bezeichnet. Ihre SI-Einheit ist das Newton (N), zu Ehren von Isaac Newton, der mit seinen Bewegungsgesetzen den modernen physikalischen Kraftbegriff schuf.

Das Wort Kraft ist altgermanischen Ursprungs; im Englischen hat craft infolge der Konkurrenz durch Altfrz. force eine eingeengte Bedeutungsentwicklung genommen. In der physikalischen Fachsprache ist Kraft spätestens im 17ten Jahrhundert mit Lat. vis, Frz. force gleichgesetzt worden (Kant: Von der wahren Schätzung der lebendigen Kräfte, 1747). Jenseits der Physik hat force im Engl. und Frz. breitere Bedeutungen als im Dt. und kann auch als Macht oder Stärke übersetzt werden (la force militaire d'un pays; la force du vent). Das griechische Wort für Kraft, δυν..., lag der CGS-Einheit dyn zugrunde und lebt fort in Dynamik, was als physikalischer Fachbegriff die Lehre von der Bewegung unter dem Einfluss von Kräften bezeichnet.“^[4]

1.4 Begriffsdefinition Energie

„Energie E ist eine Zustandsgröße, die alle in einem physikalischen System gespeicherten Energieformen erfasst. Üblicherweise wird für die Energie das Formelzeichen E verwendet. Die Energie E eines Systems lässt sich selbst nicht messen, sie wird bestimmt mittels Berechnung oder durch die durch sie verrichtete Arbeit.

Der Begriff wurde von dem schottischen Physiker William John Macquorn Rankine im Jahr 1852 im heutigen Sinn in die Physik eingeführt und leitet sich aus dem Griechischen ab: εν = in und εργον = Werk, Arbeit. Energie ist also etwas, das in Arbeit umgewandelt werden kann. Vor 1852 wurde für die Energie der Begriff Kraft, in Deutschland auch „lebendige Kraft“, benutzt.“^[5]

1.5 Begriffsdefinition „Anlage“

„Der Ausdruck Anlage bezeichnet Dinge aus sehr unterschiedlichen Bereichen:

- Im juristischen Schriftverkehr Kommentare
- Im allgemeinen Schriftverkehr einem Schriftstück Beigefügtes
- In der Technik ein Komplex aus Geräten, zum Beispiel verfahrenstechnische Anlage, Elektroanlage oder Telefonanlage

Die mittelhochdeutsche Bedeutung lautet: Anliegen, Bitte, aber auch: Hinterhalt“^[6]

1.6 Begriffsdefinition „Generator“

„Ein Generator (v. lat. generare = hervorbringen, erzeugen bzw. generator = Züchter, Erzeuger; auch Dynamo genannt) ist in der Starkstromtechnik ein Gerät, das aus Bewegungsenergie elektrische Energie erzeugt. Eine Drehbewegung dreht in seinem Inneren eine Spule gegen ein Magnetfeld, das durch das dynamoelektrische Prinzip erregt werden kann, und erzeugt durch Induktion elektrische Spannung. Ist ein Verbraucher angeschlossen, so fließt elektrischer Strom. Der Begriff wird auch in der Elektronik verwendet und bezeichnet dort einen Signalgenerator.

Als Erfinder des Generators gelten Wilhelm von Siemens und Ányos Jedlik, wobei letzterer bereits 6 Jahre vor Siemens das Dynamoelektrische Prinzip entdeckte, seine Erfindungen aber weitgehend unbekannt blieben.“^[7]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten^[8]

[...]

^[1] Goerke, B. „Zukunft der Windenergie in Schleswig-Holstein“

^[2] Wikipedia „Wind“

^[3] Wissenskatalog Energie

^[4] Wikipedia „Kraft“

^[5] Wikipedia „Energie“

^[6] Wikipedia „Anlage“

^[7] Wikipedia, Generator

^[8] Grafik – Ebd.