Windkraftwerk: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 2. August 2014, 11:32 Uhr

Windenergie

Prinzip der Stromerzeugung mit Windkraft

Luft die mit einer bestimmten Geschwindigkeit unterwegs ist wird zum Wind. Wind ist eine Masse mit einer bestimmen Geschwindigkeit in Bewegung. Wenn eine Masse in Bewegung ist, liegt die Energieform der kinetischen Energie ( Bewegungsenergie ) vor.

Um aus der kinetischen Energie des Windes jedoch elektrischen Strom zu erzeugen, muss Sie in eine andere Energieform überführt werden.

Mit Hilfe von Windkraftanlagen kann die in den strömenden Luftmassen vorhandene kinetische Energie in Rotationsenergie umgewandelt werden. An den Gondeln der Windkraftanlage befinden sich die Rotorblätter, die immer zum Wind ausgerichtet sind. Diese fangen die kinetische Energie des Windes auf und geraten dadurch in Rotation. ( mechanische Drehbewegung ) Die kinetische Energie wird so in eine Rotationsenergie umgewandelt. Diese sich drehenden Rotorblätter der Windkraftanlage treiben eine Welle im inneren der Gondel an. Mit der Rotationsenergie der Welle wird ein Generator betrieben, der jetzt die Rotationsenergie in elektrischen Strom überführt.

Dieser Strom wird vom Generator dann durch Leitungen in das öffentliche Stromnetz eingespeist. So kann die Windkraft von uns allen genutzt werden.

Die Generatoren zur Stromerzeugung erfordern hohe Drehzahlen. Dies wird durch schnell laufende Rotoren mit meist 3 Flügeln erreicht. Die Energie die dem Wind entnommen werden kann hängt auch von der Fläche ab, die er anweht. Deshalb müssen die Rotorblätter möglichst lang sein. Das bedeutet man benötigt sehr hohe Masten für die Rotorblätter. Dies ist auch vorteilhaft, da die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zunimmt und somit höhere Drehzahlen erreicht werden können.

Es gibt mehrere Anlagetypen:

Savonius Rotor: Einer der einfachsten Windgeneratoren ist der Savonius Rotor.Dieser ist meistens zur Belüftung von Schiffen und Lieferwagen da. Der Vorteil dieses Windgenerators ist, dass man ihn schon bei sehr geringen Windgeschwindigkeiten anlaufen lassen kann. Mit einen Wirkungsgrad von nur 23% ist der Savonius Rotor zum erzeugen von elektrischer Energie ungeeignet.

Darrieus Rotor: Auch dieser Rotor steht auf einer vertikalen Achse und muss nicht den Wind ausgerichtet werden. Er hat jedoch den Nachteil, dass er mit einen Elektromotor in Gang gebracht werden muss, bevor ihn der Wind antreibt. Der Darrius Rotor ist gut geeignet für Gegenden mit schnell wechselnden Windrichtungen, erreicht aber nur 75% des Wirkungsgrades eines Propellerrotors.

Propeller Rotor:

Der Propeller Rotor ist der am meisten eingesetzte Rotor. Dieser Rotortyp besteht aus 2 bis 3 senkrecht umlaufenden Rotorblättern. Diese Anlage besteht aus dem Rotor, dem Getriebe, dem Generator, dem Netzanschluss und der Steuerung.

Damit die Anlage immer die optimale Leistung abgeben kann, ist es wichtig, die Anlage den aktuellen Windbedingungen anzupassen. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten:

Leistungsregulierung durch Pitchreglung: Hier werden die Rotorblätter um ihre eigene Achse gedreht. Damit wird erreicht, dass die anströmende Luft in einem optimalen Winkel auf die Rotorblätter trifft. So kann die Drehzahl der Anlage und die Leistungsabgabe geregelt werden.

Leistungsregulierung durch Stallregelung: Bei der Stallregelung sind die Rotorblätter fest an der Rotornabe montiert. Das Rotorblattprofil ist aber so ausgelegt, dass es ab einer gewissen Windgeschwindigkeit einen Strömungsabriss und somit eine Verwirbelung der Luft gibt. Das führt dazu, dass die Rotordrehzahl sinkt.

Windnachführung: Die Windnachführung bewirkt, dass die Gondel immer im optimalen Winkel zum Wind steht. Hierbei wird mit Hilfe eines Windsensors die aktuelle Windrichtung gemessen und bei Bedarf die Anlage neu ausgerichtet. Über Elektromotoren wird die Gondel exakt in die richtige Windrichtung ausgerichtet.