Was ist eine Windkraftanlage?
Eine Windkraftanlage ist ein großes rotierendes Gerät, das die Energie des Windes in mechanische Energie umwandelt. Diese mechanische Energie kann dann für einfache mechanische Aufgaben wie das Drehen großer Räder zum Mahlen von Getreide verwendet werden. In diesem Fall wird die Windkraftanlage als Windmühle bezeichnet. Es kann auch als elektrische Energiequelle verwendet werden, entweder für eine nahegelegene Anwendung oder nachdem es über Hochspannungsleitungen zu einer zentralen Schaltstation übertragen wurde. In diesem Fall wird es als Windgenerator bezeichnet.
Die Windkraftanlage wird seit Jahrhunderten in Windmühlenform eingesetzt. In vielen Teilen der Welt werden Turbinen nach wie vor häufig zum Mahlen von Getreide und Pumpen von Wasser eingesetzt. Windmühlen ermöglichen es Menschen ohne Zugang zu elektrischen Pumpen, Wasser aus der Tiefe des Grundwassers zu beziehen, und tragen so zur Sicherstellung des Zugangs zu sauberem Wasser und zum Schutz vor durch Wasser übertragenen Krankheiten bei.
In den letzten Jahren hat die Windenergieanlage als Stromerzeuger begonnen, weltweit eine bedeutende Energiequelle zu sein. Auf dem Weg von fossilen Brennstoffen zu nachhaltigeren Energieformen ist die Windenergie zu einem wichtigen Akteur geworden. Es ist relativ erschwinglich, kann in vielen verschiedenen Regionen der Welt eingesetzt werden und kann sehr effizient sein. Obwohl die Windenergieanlagen Bedenken in Bezug auf die Umwelt haben, sind sie im Allgemeinen geringfügig, und durch die Nutzung von Windenergie werden weltweit mehr als 120 Gigawatt (GW) Strom erzeugt.
Die Turbinen selbst können in zwei Gruppen unterteilt werden: Horizontalachsen-Windturbinen (HAWT) und Vertikalachsen-Windturbinen (VAWT). Die meisten Turbinen sind HAWTs, basierend auf dem bekannten Windmühlen-Design. Moderne HAWTs haben in der Regel drei Flügel, die sich auf riesigen Türmen befinden, um sie in eine Höhe zu bringen, in der die Windscherung viel höher ist.
Die meisten HAWTs werden von Computern so gesteuert, dass sie sich automatisch in den Wind verwandeln, um das Beste aus dem vorhandenen Wind herauszuholen. HAWTs benötigen keine Rückverfolgung, da sich ihre Blätter immer senkrecht zum Wind bewegen. Infolgedessen erzeugen sie während ihrer gesamten Rotationszeit im Gegensatz zu VAWT Strom. HAWTs sind jedoch unglaublich teuer zu transportieren, da sie enorm sind, und es ist üblich, dass 20% der Gesamtkosten allein für den Transport ausgegeben werden. Darüber hinaus kann ihre Höhe sie ästhetisch unangenehm machen, und die Installation ist schwierig, kostspielig und zeitaufwendig.
Bei einer Windkraftanlage mit vertikaler Achse (VAWT) dagegen ragt die Rotatorwelle gerade in die Luft, und Folien fangen den Wind ein und drehen die gesamte Welle. Der häufigste Typ ist die Darrieus-Windkraftanlage, die in etwa wie ein großer Schneebesen aussieht. VAWTs benötigen viel weniger Höhe, sind viel kostengünstiger in Transport und Installation und können Elektrizität mit viel langsameren Windgeschwindigkeiten als HAWTs erzeugen. Ihr Gesamtwirkungsgrad beträgt jedoch ungefähr 50% desjenigen von HAWTs, und da sie tiefer am Boden liegen, neigen sie dazu, viel niedrigere Windgeschwindigkeiten zu erfahren.
Zusätzlich zu den beiden Haupttypen von Windenergieanlagen, die die überwiegende Mehrheit der Turbinen auf der Welt ausmachen, gibt es auch eine Reihe von Sonderausführungen. Hierbei handelt es sich in der Regel um Variationen von HAWTs oder VAWTs, z. B. des Aerogenerators oder der Rotor-Abgasturbine. Selbst fremde Varianten, wie die Magnetschwebewindkraftanlage und die Luftwindkraftanlage, wurden ebenfalls vorgeschlagen und in einigen Fällen damit experimentiert. Die meisten alternativen Designs haben jedoch noch keine breite kommerzielle Akzeptanz erfahren.