Alternative Energiequellen

Windenergie

Im Grunde geh√∂rt der Wind zur Sonnenenergie; denn die Sonne erw√§rmt die Luftschicht der Erde. Durch lokale Erw√§rmungsunterschiede bilden sich dabei Zonen unterschiedlichen Luftdrucks, sogenannte Hoch- und Tiefdruckgebiete. Die "Wind" genannte Luftbewegung entsteht, wenn die Luft vom Hoch- zum Tiefdruckgebiet str√∂mt. Infolge der Erdrotation erfolgt dieser Druckausgleich nicht geradlinig, auf k√ľrzestem Wege, sondern in einer spiralf√∂rmigen Bewegung um das Zentrum der jeweiligen Hoch- und Tiefdruckgebiete. Entsprechend weisen die "Isobaren", wie man die Linien gleichen Luftdrucks auf der Wetterkarte nennt, einen spiralf√∂rmigen gekr√ľmmten Verlauf auf. Dasselbe gilt f√ľr die Wolken der Tiefdruckgebiete, deren Wirbel auf Satellitenfotos gut zu erkennen sind. Der Wind ist str√∂mende Luft in der freien Natur. Ruht die Luftstr√∂mung, sprechen wir von Windstelle, ist sie sehr heftig, von Sturm. Ein kr√§ftiger Windsto√ü hei√üt B√∂e. Normalerweise √§ndern sich Windrichtung und Windgeschwindigkeit st√§ndig. Denn urs√§chlich ist die Windenergie eine Folge der Sonnenenergie: so steigt zum Beispiel √ľber einer von der Sonne erw√§rmten Landoberfl√§che auch die Lufttemperatur. Dabei dehnt sich die Luft aus. √úber einem daneben befindlichen Meer bleibt die Oberfl√§che - und damit auch die Luft - k√ľhler. Die so entstehenden Luftdichteschwankungen verursachen Luftdruckunterschiede und diese wiederum erzeugen Luftstr√∂mungen. An der Erdoberfl√§che beginnt ein Wind vom Meer zum Land zu wehen. Nachts kehrt sich die Windrichtung um, weil dann das Wasser w√§rmer ist als die schneller abk√ľhlende Erdoberfl√§che. Was wir hier im kleinen einsehen konnten, entsteht auch gro√üfl√§chig. Immer str√∂mt die Luft von Gebieten hohen in Bereiche niedrigen Luftdrucks. Dar√ľber hinaus beeinflussen zwei weiter Faktoren den Wind; zum einen ist es die Erddrehung, wie die Entstehung der Passatwinde sehr sch√∂n zeigt; zum anderen ist es die Struktur der Erdoberfl√§che, wobei B√§ume, Bauwerke, H√ľgel oder gar Berge einen Einflu√ü auf die St√§rke der Luftstr√∂mung nehmen. An jedem Standort auf unserer Erde √ľberlagern sich alle Einflu√üfaktoren. Hier hat der eine, dort ein anderer besonderes Gewicht. Will jemand einen Windkonverter aufstellen, muss er sorgf√§ltig pr√ľfen, von welchen Voraussetzungen er hinsichtlich seines Energielieferanten ausgehen muss. Das Windpotential der Erde entspricht etwa 2 % der gesamten Sonneneinstrahlung bzw. 2 Millionen Terawattstunden j√§hrlich (das sind 20 Billionen Kilowattstunden). Auf die bewohnten Gebiete entfallen davon etwa 270 Millionen Gigawatt. Das ist immer noch ein Vielfaches des gesamten Weltenergiebedarfs. Praktisch nutzbar w√§re freilich nur ein geringer Teil. Optimisten rechnen mit etwa 3 %. Das hie√üe, dass die Windenergie maximal ein Drittel des gegenw√§rtigen Gesamtenergiebedarf decken k√∂nnte. Aber diese Zahl ist nur ein Durchschnittswert. Sie ber√ľcksichtigt weder die unterschiedliche Verteilung der Windenergie noch den besonders hohen Energiebedarf der hochindustrialisierten L√§nder. In Mitteleuropa herrschen Winde vom Atlantik vor. Am ergiebigsten sind sie auf offener See oder an der K√ľste. Landeinw√§rts nimmt die Windgeschwindigkeit generell ab. Im Einzelfall k√∂nnen die Windst√§rken jedoch recht verschieden sein. Sie sind abh√§ngig von der "H√∂he √ľber dem Meer" sowie von Gel√§ndeform, Bebauung, Bewuchs usw. Zum Beispiel herrscht auf dem 840m hohen Kahlen Asten im Sauerland eine Windst√§rke von 5,9m/sec. Das ist ann√§hernd derselbe Wert wie auf dem 1838m hohen Wendelstein in Oberbayern, der fast dreimal so weit von der K√ľste entfernt ist. √úbertroffen werden jedoch beide Gipfel von List auf Sylt, wo auf Meeresh√∂he im Jahresmittel eine Windst√§rke von 6,8m/sec herrscht. Die j√§hrliche Energiemenge die sich mit einer Windkraftanlage erzielen l√§sst, errechnet sich aus der dritten Potenz der mittleren Windgeschwindigkeit. Das hei√üt konkret, dass z.B. eine mittlere Windgeschwindigkeit von 2 m/sec im Vergleich mit einer solchen von 6 m/sec nicht blo√ü ein Drittel an Energieausbeute ergibt, sondern gerade noch den siebenundzwanzigsten Teil. Die Nutzung der Windkraft kommt deshalb haupts√§chlich in K√ľstengebieten und in den Hochlagen der Mittelgebirge in Frage. Denn nur hier findet sich eine mittlere Windgeschwindigkeit von 4 bis 5 m/sec, die als Richtwert f√ľr die wirtschaftliche Nutzung von Windkraftanlagen gilt. Zum Beispiel gibt es in den k√ľstennahen Bundesl√§ndern Schleswig-Holstein und Niedersachsen eine weitaus gr√∂√üere Fl√§che, die dieses Limit erf√ľllt, als in Bayern oder Baden-W√ľrttemberg. Insgesamt d√ľrfte der m√∂gliche Betrag der Windenergie zum deutschen Gesamtenergiebedarf nicht mehr als einige Prozent ausmachen. In einer besseren Lage befinden sich nat√ľrliche K√ľstenl√§nder wie D√§nemark oder die Niederlande. Innerhalb der gesamten EG k√∂nnten langfristig sch√§tzungsweise 3 bis 4 % des heutigen Strombedarfs durch Windkraftanlagen gedeckt werden.

Die Windenergie

Wind ist eine kostenlose Energiequelle. Wir k√∂nnten sie nutzen, das hei√üt, in eine erw√ľnschte andere Energieform √ľberf√ľhren, wenn wir besondere, eigen auf die Luftstr√∂mung abgestimmte Windkonverter an geeigneten Orten aufstellen. Die allermeisten Windkonverter nutzen, wenn sie dem Wind Energie entnehmen, das gleiche physikalisch-technische Prinzip, das auch Flugzeuge in der Luft h√§lt, indem ihre Tragfl√ľgel umstr√∂mt werden. Es hei√üt "Auftriebsprinzip". Die Kraft, die sich am Windradfl√ľgel entfaltet, nutzt ihn selbst als Hebel, der sich endlos um die meist horizontal liegende Achse dreht. So entsteht der erforderliche Drehmoment, um den Generator oder andere Kraft- und Arbeitsmaschinen anzutreiben. Es scheint erstaunlich, dass es f√ľr eine optimale Energieausnutzung kaum auf die Anzahl der Fl√ľgel ankommt, die eine bestimmte Anlage hat: Ein Windrad mit nur einem Fl√ľgel kann dem Wind die gleiche Leistung entnehmen, wie einen mit zwanzig. Nat√ľrlich muss ein Rotor mit wenigen Fl√ľgeln schneller gedreht werden, wenn er den gesamten √ľberstrichenen Kreisquerschnitt>>abkassieren<< soll, als einer mit vier Fl√ľgeln.

Neues Interesse an der Windenergie

Der √Ėlpreisschock der siebziger Jahre lie√ü verst√§rkt nach anderen Energiequelle Ausschau halten. Damit erwachte auch erneut das Interesse an der Nutzung der Windenergie, die als "additive" (zus√§tzliche) Energie die Palette der Energiequellen erg√§nzen konnte. In Deutschland begann man um diese Zeit mit der Planung der "Gro√üen Windenergieanlagen", abgek√ľrzt Growian, die alle bisherigen Anlagen √ľbertreffen sollte und in der kurzen Zeit ihres Bestehens hunderttausende von Neugierigen anzog. Als Growian 1983 im Kaise-Wilhelm-Koog fertiggestellt war, hatte allein die Gondel mit dem 345 t schweren Maschinenhaus die Gr√∂√üe eines Einfamilienhauses. Die beiden Rotorfl√ľgel erreichten zusammen eine Spannweite von 100m. Der aus 3cm dickem Stahl errichtete Turm der Anlage war 96m hoch und hatte einen Durchmesser von 3,50m. Bei Windst√§rke 6

(=12 m/sec) erzeugte die Anlage 1MW, bei voller Leistung 3MW. Oft stand sie aber auch still, weil technische Probleme auftraten, die nicht vorherberechnet werden konnten. Nach Beendigung des Forschungsprojektes im Sommer 1987 wurde sie deshalb wieder abgebaut. Aus dem Growian-Projekt lernte man, dass den theoretischen Vorteilen solcher Riesen-Anlagen erhebliche Schwierigkeiten bei der technischen Ausf√ľhrung und entsprechend hohe Kosten gegen√ľberstehen. Die √∂ffentlichen Stromversorger setzten deshalb fortan auf kleinere Anlagen mit Leistungen zwischen 25 und 300kW, die mit ihrer ausgereiften Technik weniger st√∂ranf√§llig waren. Der erste deutsche Windenergiepark "Westk√ľste", der im August 987 eingeweiht wurde, umfa√üte 30 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 1MW. Der im M√§rz 1988 folgende Windenergiepark Cuxhaven z√§hlte 25 Anlagen mit insgesamt 1MW. Im Januar 1989 nahm der Windenergiepark Krummh√∂rn mit 10 Anlagen und einer Gesamtleistung von 3MW den Betrieb auf. Die Anlage bei Nieb√ľll, die Ende 1990 als bis dahin gr√∂√üter Windenergiepark Europas er√∂ffnet wurde, umfa√üte insgesamt 35 Windkonverter mit mittleren Leistungen. Daneben sammelte man weiterhin Erfahrungen mit "Gro√üwindanlagen" (mehr als 1MW Leistung). Im Juli 1990 ging auf der Insel Helgoland der Horizontalachsenkonverter WKA 60 mit 1,2MW in Betrieb. 1991 folgte eine Schwesteranlage im Windpark Westk√ľste (auf dem Fundament des abgebauten Growian). Zur selben Zeit begann im Windpark Jade bei Wilhelmshaven die Errichtung des zweifl√ľgeligen "Aeolus II", der mit 3MW die Leistung des ehemaligen Growian erreicht. Die zunehmende Verknappung g√ľnstiger Standorte beg√ľnstigte den neuen Trend zu gr√∂√üeren Anlagen. Der Bau von Windenergieanlagen wurde durch √∂ffentliche Mittel gef√∂rdert. Von 1986 bis Ende 1988 erh√∂hte sich die in Betrieb befindliche Leistung der deutschen Windkraftanlagen um das 2,4fache. Die Stromeinspeisung ins √∂ffentliche Netz stieg sogar um das achtfache.

Die installierte Gesamtleistung der Windkraftanlagen betrug Ende 1990 in Deutschland √ľber 60MW. Das entsprach etwa einem Zehntel der Leistung eines Kohlekraftwerks. Im Unterschied zu Kohle- und Kernkraftwerken bedeutet technische Verf√ľgbarkeit bei Windkonvertern aber nicht, dass die Leistung tats√§chlich verf√ľgbar ist. Letzten Endes h√§ngt es vom Wind ab, wann und wieviel Strom produziert wird. Schon aus diesem Grund k√∂nnen Windkonverter f√ľr die Stromversorgung nur eine erg√§nzende Funktion haben. Das gilt selbst f√ľr windreiche L√§nder wie D√§nemark oder die Niederlande, wo man hofft, schon demn√§chst bis zu 10 % des nationalen Energiebedarfs mit Windkonvertern decken zu k√∂nnen. Nach der Erfindung des Generators lag es eigentlich nahe, diesen auch mit einer "Windm√ľhle" zu koppeln und auf diese Weise Strom zu erzeugen. Dennoch wurde davon bis in die zweite H√§lfte des 19. Jahrhunderts kaum Gebrauch gemacht, da die Stromerzeugung mit Kohle, √Ėl, Gas oder Wasserkraft ungleich ergiebiger und wirtschaftlicher war.

Wirkungsgrad begrenzt

Aus physikalischen Gr√ľnden kann ein frei umstr√∂mtes Windrad h√∂chstens 59 % der Windenergie aufnehmen. Dies ist der theoretisch m√∂gliche Wirkungsgrad. In der Praxis werden Werte von etwa 45 % erreicht. Da hinter dem Windrad jedoch weitere mechanische, elektrische und reglungstechnische Verluste auftreten, betr√§gt der tats√§chliche Wirkungsgrad bei der Umwaldung von Windenergie zu Strom nur etwa 25 bis 30 %.

1436 Worte in "deutsch"  als "hilfreich"  bewertet