DunoAir: Strom aus Wind

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Infos über Windenergie.

Die Windenergie ist eine der ältesten vom Menschen genutzten Energieformen. Schon seit Jahrhunderten werden Windmühlen zur Erleichterung von mechanischen Arbeiten genutzt. Im 19. Jahrhundert wurden die ersten Versuche unternommen, die mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Mit dem Fortschritt der Technik, dem steigenden Energiebedarf und dem wachsenden Bewusstsein für die Umwelt begann der Vormarsch des Stroms aus Wind.

Alles über Energiewandlung

Die Sonneneinstrahlung erwärmt die Erdoberfläche und die darüber liegenden Luftmassen je nach geographischer Region unterschiedlich stark. So ist die Einstrahlung am Äquator stärker als an den Polen. Wassermassen erwärmen sich langsamer als Landmassen, geben ihre Wärme aber auch langsamer wieder ab, sodass sich Landmassen tagsüber schneller aufwärmen, sich nachts aber im Vergleich zu Wassermassen auch wieder schneller abkühlen. Durch die aufsteigende Luft in stark erwärmten Regionen entstehen dadurch Tiefdruckgebiete, während sich in kühleren Regionen Hochdruckgebiete bilden. Um diese unterschiedlichen Druckgebiete auszugleichen, strömt Luft von Hoch- zu Tiefdruckgebieten – es entsteht Wind. 

Wind ist also nichts anderes als bewegte Luft. 

Bei der Stromerzeugung durch Windenergie wird die Windbewegung mittels der Rotorblätter, welche die Energie des Windes in eine Drehbewegung versetzen, in Rotationsenergie umgewandelt. Diese Rotationsenergie leitet der Rotor an einen Generator weiter, der daraus elektrischen Strom erzeugt. Die Menge des erzeugten Stroms hängt im Wesentlichen vom Durchmesser des Rotors, der Leistung des Generators, der Nabenhöhe und der Windstärke ab.

Im Fall einer Windenergieanlage findet also eine Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie statt. 

Bei der Umwandlung der Bewegungsenergie in Rotationsenergie nutzen alle marktgängigen Anlagentypen das Prinzip des aerodynamischen Auftriebs. Wenn eine Luftströmung einen konvex geformten Rotor umströmen muss, entsteht unterhalb des Flügels ein Überdruck, während oberhalb des Flügels ein Unterdruck herrscht. Diese Druckdifferenzen erzeugen eine Auftriebskraft, welche die Rotorblätter der Windenergieanlage in Bewegung versetzt.

Welche Windgeschwindigkeiten sind optimal?

Die Windenergie wird ab einer Windgeschwindigkeit von 3 bis 4 m/s, je nach Anlagentyp, für die Stromerzeugung nutzbar. Ab dieser Windgeschwindigkeit beginnen sich die Rotorblätter zu drehen. Dabei nimmt die Leistung mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zu. Verdoppelt sich die Windgeschwindigkeit, verachtfacht sich die Leistung. Die Nennleistung, also den maximalen Energieertrag, erreichen die Generatoren bei 12 bis 15 m/s, die sie dann auch bei höheren Windgeschwindigkeiten konstant beibehalten. Durch die aktive Blattverstellung bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten wird die Energieausbeute der pitch-geregelten Enercon Anlagen optimiert. Diese moderne und leistungsfähige Regeltechnik, bei der die Leistung durch die Verdrehung der Rotorblätter (Regelung des Anstellwinkels) an die Windgeschwindigkeit angepasst wird, gewährleistet einen Betrieb der Anlagen auch bei Starkwind und Sturm (ab 25 m/s). Erst ab einer Windgeschwindigkeit von 30 m/s (Orkanstärke) werden die Enercon Anlagen aufgrund des zu starken Windes automatisch abgeschaltet.

DunoAir optimiert Ihre Energieausbeute

Bei der Umwandlung von Energie in die verschiedenen Energieformen wird ein Teil der eingesetzten Energie ungenutzt an die Umwelt abgegeben. So kann eine Windenergieanlage rein physikalisch maximal nur 59 % der im Wind enthaltenen kinetischen Energie nutzen und in mechanische Energie umwandeln. Dieses von Albert Betz berechnete theoretische Maximum wird jedoch in der Praxis aufgrund aerodynamischer, mechanischer und elektrischer Verluste nicht erreicht. So kommt es durch Reibung und Verwirbelungen am Rotorblatt und durch den Drall im Nachlauf des Rotors zu aerodynamischen Verlusten. Mechanische Verluste entstehen durch Reibung im Lager und dem Getriebe sowie im Generator selbst. Wärmeentwicklung durch elektrische Widerstände in Umrichter und Kabeln sorgt für elektrische Verluste. Aufgrund dieser Umwandlungsverluste erreichen unsere modernen Enercon Anlagen heute eine Ausbeute zwischen 40 und 50 %.