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über Windkraft


Wenn auch Sie ein Thema haben, über das Sie hier gerne eine kurze Abhandlung lesen würden, oder wenn Sie selber Lust haben einen Beitrag zu schreiben, dann schicken Sie diesen bitte an info@windparkwaldhausen.de.

Warum stehen bei Windstille die Rotorblätter so merkwürdig?

Bei Windstille stehen die Rotorblätter so wie unten im Bild gut zu sehen ist. Es sieht so aus, als ob sie so bei Wind nicht anfangen können sich zu drehen, da sie dem Wind ja keinen Widerstand entgegensetzten. Allerdings ist es bei modernen Windrädern so, dass die Rotorblätter geformt sind wie die Tragflächen von Flugzeugen. Dadurch reicht weniger Wind aus, um das Windrad anlaufen zu lassen, da der Wind, der jetzt über das Rotorblatt strömt, auf der einen Seite einen Überdruck erzeugt, wodurch das Rotorblatt anfängt sich zu bewegen.

Die Geschichte der Windkraft

Windenergie wurde bereits vor 10000 Jahren in der Kupfersteinzeit bei der Gewinnung von Kupfer verwendet. Bereits seit über 3000 Jahren wird der Wind genutzt um Schiffe voran zu treiben. Die ältesten "normalen" Windmühlen wurden in Persien, vor ca. 2500 Jahren zum Getreidemahlen verwendet. In Europa werden Windmühlen erst seit ca. 800 Jahren eingesetzt. Am Grundprinzip hat sich bis heute nichts geändert. Damals wurden neue Technologien gesucht, da der Hand-Betrieb sehr mühsam war und es einen Mangel an Arbeitskräften gab. Die Windmühlen wurden fortlaufend verbessert und dann auch zum Wasserpumpen und Sägen verwendet. Vor ca. 200 Jahren wurde dann in Amerika die Westernmill zum Wasserpumpen eingesetzt. Diese Windmühlen konnten sich erstmals selbstständig in den Wind drehen und wurden bei Sturm automatisch aus dem Wind gedreht. Als auch in dieser Zeit (19. Jahrhundert) die Nutzung des elektrischen Stromes begann, wurden auch schon die ersten Generatoren durch Windräder angetrieben. Poul La Cour, ein Däne, errichtete als einer der ersten 1891 eine Versuchsanlage. Er hat die Grundlagen der Technik erforscht. Bereits 1908, wurden über 70 von im konzipierte Anlagen, in Dänemark eingesetzt, um abgelegene Siedlungen mit Strom zu versorgen. 1925 wurde der Savonius-Rotor von Sigurd J. Savonius (Finnland) erfunden. Und im Jahre 1931 erfand der Franzosen George Darrieus den Darrieus-Rotor. Auch in Deutschland wurden Versuche mit Windkraftanlagen gemacht, wobei man hier erst 1978 so "richtig" loslegte. Es entstand eine Gross-Wind-Anlage bei Marne. Sie war lange die größte Anlage der Welt und hatte eine Nabenhöhe von 100 Meter und einen zweiblatt Rotor mit 100 Meter Durchmesser, die Leistung betrug 3MW. Allerdings waren Materialprobleme der Grund für den Misserfolg dieser Anlage, aber es wurden viele wertvolle Erfahrungen im Betrieb mit Großanlagen gesammelt. Der erste Windpark in Deutschland hatte 30 kleine Anlagen und wurde 1988 errichtet. Mit dem Stromeinspeisungsgesetzt von 1991 begann der Boom der Windenergie in Deutschland und die Technik wurde fortlaufend weiterentwickelt. Die Anlagen haben heute, bei gleicher Größe, eine höhere Leistungsausbeute. Die Derzeit (2019) größte Anlage mit einer Nabenhöhe von 178 Meter, einem Rotordurchmesser von 134 Meter und einer Leistung von 3,4 MW steht bei Gaildorf. Die Leistungsstärkste (2007) kommt von der Firma Enercon und hat eine Leistung von 6MW.

Gibt es eine Lärmbelästigung durch Windräder?

Nein. Natürlich entstehen beim Betrieb einer Windkraftanlage Geräusche. Diese kamen früher häufig vom Getriebe, bei modernen Anlagen ist das Maschinenhaus (Generator und Getriebe) Schallisoliert, so dass man dort auch am Turmfuss "nur" Windgeräusche hört. Das "Hauptgeräusch", das man hört, ist der Wind, vor allem an den Rotorblattspitzen, da diese sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegen. Allerdings ist das Geräusch meist bereits in 300 Meter Entfernung, sicher aber in 500 Meter, praktisch nicht mehr wahrnehmbar. Der gesetzliche vorgeschriebene Grenzwert von 45 dB(A) wird oft schon in 300 Meter Entfernung erreicht. Zum Vergleich, eine normale Unterhaltung hat etwa 50 dB(A) und ein Fernseher auf Zimmerlautstärke etwa 60 dB(A).
Speziell in Waldhausen sind die Windräder auch in unmittelbarer Nähe nicht zu hören, da direkt neben den Windrädern, also zwischen Waldhausen und den Windräder, die Autobahn A7 verläuft, deren Geräusche (natürlich die der Autos) sind in Waldhausen auch Nachts, wenn wenig Verkehr herrscht deutlich hörbar.

Aus Wind wird Strom

Leistungsstarke Windanlagen werden mit dem Ziel der Stromerzeugung errichtet. Die Windkraftanlage nimmt eine Umwandlung von Energieformen vor, nämlich Windenergie in elektrische Energie. Diese wird anschließend in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Um das überhaupt möglich zu machen, wird also ausreichende Windenergie benötigt. Hierbei werden kinetische Kräfte wirksam, das heißt Kräfte, die auf einer Bewegung beruhen. Die kinetische Windenergie versetzt den montierten Rotor in eine drehende Bewegung, welche man an einen Generator weiterleitet. Dort erfolgt dann auch die Umwandlung der Energie in elektrischen Strom. Die Leistung einer einzelnen Windenergieanlagen beläuft sich auf bis zu 2 MW (in Waldhausen), es gibt derzeit bereits auch schon Anlagen mit bis zu 6MW Leistung. Die technischen Weiterentwicklungen dauern aber fortlaufend an. Diese Form der Energiegewinnung hat einen positiven Einfluss auf den Treibhauseffekt. Man unterteilt die elektrische Ausrüstung in Generator, Netzeinspeisungssystem sowie ins Steuer- und Überwachungssystem des Anlagebetriebes. Bei drehzahlstarren Anlagen ist der Generator, zum Teil mit einem Spannungsanpassendem Zwischentransformator, unmittelbar ans öffentliche Stromnetz gebunden. Auch läuft er mit Netzfrequenz. Bei zeitnahen, drehzahlvariablen Synchrongeneratoranlagen schwanken stets Frequenz und Betrag des vom Generator erzeugten Wechselstromes. Daher wandelt man ihn mittels eines Gleichrichters in Gleichstrom um, filtert ihn und formt ihn in einem Wechselrichter in Wechselstrom zurück. Der Asynchrongenerator benötigt zur Blindleistungskompensation eine parallel zum Generator geschaltete Vorrichtung. Zuletzt wird die Spannung aufs Netzanschlussniveau, bei beiden Generatorvarianten, transformiert und die Windenergieanlage an das Stromnetz mit einer den eingespeisten Strom bestimmenden Messeinrichtung angeschlossen. Neuere Anlagen verhindern zudem den 'Stromüberlauf', also dass mehr Leistung eingespeist als abgenommen wird.

Verschiedene Bauformen

Bei Windkraftanlagen werden diverse Bauformen unterschieden. Zum einen gibt es Mini-Windkraftanlagen auf Dächern. Im Unterschied zu den großen Windenergieanlagen mit Rotorblättern sind diese für Privatpersonen zugänglich. Die Hausbesitzer können die Windkraftanlage auf ihrem Dach befestigen. Sie ist etwa so groß wie eine Satellitenschüssel. Der Vorteil besteht darin, dass sie mittels der gebogenen Spiral-Flügel einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad erzielen kann. Mit ihrer Energie ist beispielsweise ein Waschmaschinenbetrieb möglich.
Bei der Bauweise der großen Windenergieanlagen wird auf Rotorblätter gesetzt. Moderne Modelle bestehen aus Kunststoff, der glasfaserverstärkt ist. Sie werden anhand einer Halbschalen-Sandwich-Bauweise im Inneren produziert, wobei Holme oder Stege zur Versteifung eingesetzt werden. Teilweise werden auch Kohlenstofffasern verwendet. Heutzutage dominieren bei Windkraftanlagen horizontale Rotationsachsen. Hier richtet man den Rotor an der Windrichtung aus. Man unterscheidet Luvläufer von Leeläufern. Bei Luvläufern befindet sich der Rotor auf der Turmseite, die dem Wind zugewandt ist; bei letzterem auf der windabgewandten Seite. Leeläufer sind vorteilhaft für Kleinanlagen, da er eine Windnachführung unnötig macht. Automatisch dreht der Wind den Rotor in die richtige Richtung. Zudem ist die Gefahr geringer, dass die Rotorblätter den Turm berühren. Bei Großanlagen dominieren sie wegen unsteten Rotordrehzahlen nicht, da mechanische Schwingungserscheinungen sowie elektrische Schwankungen entstehen. Dies geschieht, wenn das Rotorblatt den Turmwindschatten passiert und somit der Antriebsdrehmoment kurz schwankt. Bei vertikalen Rotationsachsen werden Savonius- und Darrieus-Rotoren differenziert (es gibt auch Mischformen dieser beiden). Obwohl sie, mit Ausnahme von Windgeschwindigkeitsmessgeräten beim Savonius-Rotor, konstruktive Vorteile aufweisen, sind sie wenig verbreitet. Ursache ist einerseits das Betriebsverhalten, da der Darrieus-Rotor beispielsweise keinen Selbstanlauf aufweist. Zudem ist der Wirkungsgrad gering. Allerdings ist der Wartungsaufwand sehr gering und auch bei Sturm müssen sie nicht abgeschaltet werden.

Der Turm

Zunächst ist der Turm als technisches, schwer belastbares Bauteil anzusehen. Auf ihm lagert das Maschinenhaus, welches ca. 66 Tonnen wiegt (bei den Anlagen in Waldhausen). Er besteht (in Waldhausen) aus 5 Teilen, die je 20 Meter lang sind. Der Durchmesser beträgt 4.3 Meter und die Wandstärke 4cm. Unter jeglichen Betriebsbedingungen muss der Turm den Gondelschwingungen sowie den Windkräften standhalten. Bei der Turmberechnung orientiert man sich an der geplanten Betriebsdauer der Anlage. Läuft diese ab, können die bestehenden Türme gewöhnlich nicht als Träger für neuere Anlagegenerationen eingesetzt werden. Der ausschlaggebende Faktor für den Ertrag einer Windkraftanlage stellt die Turmhöhe dar. Turbulenzen werden häufig durch die Rauheit des Bodens verursacht. Dabei spielen die Aspekte Flora und Bebauung eine Rolle. In höheren Gefilden kommt es zur Verringerung dieser Turbulenzen. Folglich weht der Wind gleichmäßiger und stärker. In Küstenstandorten können bereits verhältnismäßig kleine Türme ausreichend sein. Im Binnenland kommt es dafür aber zur Errichtung größerer Türme. Diese werden prinzipiell im Inneren des Turmes mittels einer Leiter bestiegen. Häufig gibt es zusätzlich eine Materialwinde, die den Ersatzteiltransport erleichtert. Kleinere Türme haben außen eine Leiter angebracht. Somit kann eine schlankere Form des Turmes erzielt werden, da der Innenraum nicht zugänglich sein muss. Neben den Turmkonstruktionen werden aber auch Gittermasten bei Windenergieanlagen eingesetzt. Meist werden sie am Aufstellort aus Einzelteilen zusammengesetzt, weshalb sehr hohe Konstruktionen möglich sind. Im Gegensatz zu Turmanlagen können demontierte Gittermasten gegebenenfalls an einem anderen Standort wieder aufgebaut werden. Eine Weiterverwendung ist hier also machbar und durchaus gängig. Natürlich ist sie lediglich bei gut erhaltenden Konstruktionen sinnvoll.

Sind Windkraftanlagen für Vögel gefährlich?

Nein! Vögel sehen Windkraftanlagen und können so diese auch als Hindernis einstufen. Nicht sichtbare Hindernisse sind gefährlich, also zum Beispiel verglaste Buswartehäuschen, verspiegelte Glasfassaden von Häuser, aber auch „normale" Fensterscheiben können von Vögeln nicht als Hindernis erkannt werden. Bei verspiegelten Fassaden täuscht die Verspiegelung dem Vogel einen freien Weg vor. Es gibt auch Berichte darüber, dass in unmittelbarer Nachbarschaft die Zahl der Vögel zugenommen hat, da diese sich sehr gut mit den Windrädern arrangieren können. Natürlich gibt es auch Vögel, die gegen Windräder fliegen und umkommen, dies tritt aber nicht vermehrt bei Windrädern auf. Der BUND rechnet mit 0,5 toten Vögeln pro Jahr und Anlage, zum Vergleich, im Strassenverkehr sterben ca. 5 Millionen pro Jahr und an Hochspannungsmasten sterben auch ca. 5 Millionen Vögel pro Jahr.

Größter Offshore-Windpark der Welt

Im Jahr 2012 wurde vor der Ostküste Englands, der derzeit größte Offshore-Windpark (auf offener See) eröffnet.  Durch den London Array können etwa 750000 Haushalte mit Strom versorgt werden.  Die 175 Windkraftanlagen haben eine Nennleistung von je 3,6MW, es handelt sich um Simens SWT 3.6-120 mit einem Rotordurchmesser von 120 Meter und einer Nabenhöhe von 87 Meter.
Google Maps

Werden Windräder ausgeschaltet, wenn genug Strom im Netz ist?

Ich höre immer wieder, dass die Windräder nur laufen, wenn zusätzlicher Strom gebraucht wird. Oder anders herum, wenn genug Strom im Netz ist, werden die Windkraftanlagen ausgeschaltet. Stimmt das?

  • Nein! Es gilt das EEG, genauer das „Gesetz über den Vorrang der Erneuerbaren Energien", kurz EEG oder Erneuerbare Energien Gesetz. Dieses Gesetz verlangt, dass Strom aus Windkraft- und z. B. Photovoltaikanlagen vorrangig dem aus fossilen Energieträgern erzeugten Strom vom Netzbetreiber abzunehmen ist. In einzelnen Fällen kann es vorkommen, dass nicht die volle Kapazität des erzeugten Stroms in das Netz eingespeist werden kann. Dies geschieht jedoch allenfalls in Gebieten Norddeutschlands mit sehr hohem Anteil an Windkraft bzw. Photovoltaik, wo relativ schwache Energieversorgungsnetze im Vergleich zu industriellen Ballungszentren im Süden der Republik zur Verfügung stehen. Diese Antwort wurde mir von www.uhl-windkraft.de/ auf Anfrage zur Verfügung gestellt.
     

Anlauf-, Nenn-, Abschalt Windgeschwindigkeit

Die Anlaufgeschwindigkeit beträgt 3 m/s. Darunter ist kein nennenswerter Energieertrag möglich.
Die Nenngeschwindigkeit beträgt 11,2 m/s. Bei dieser Geschwindigkeit hat die Anlage ihren optimalen Wirkungsgrad und erreicht ihre Nennleistung von 2000 kW.
Die Abschaltegeschwindigkeit beträgt 24 m/s. Ab dieser Geschwindigkeit wird die Anlage automatisch abgeschaltet, um eine Überanspruchung der mechanischen Bauteile zu verhindern.

Diese Angaben beziehen sich auf den in Waldhausen verwendeten Anlagen Typ MM92 der Frima REpower (dies waren die ersten sieben Anlagen die dort errichtet wurden).

Schattenwurf

Schattenwurf, auch Schlagschatten genannt.
Er entsteht durch den sich drehenden Rotor und ist abhängig von der Breite des Rotorblattes, der Windrichtung, der Windgeschwindigkeit und dem Sonnenstand.
Der Schattenwurf eines sich drehenden Windrades wird, durch den ständigen Helligkeitswechsel, oft als unangenehm empfunden. Man spricht auch vom Discoeffekt, obwohl dieser durch Lichtreflectionen hervorgerufen wird. Der Schattenwurf darf (laut Bundesimmisionsschutzgesetz) nicht länger als 8 Stunden pro Jahr bzw. 30 Minuten pro Tag auf ein Wohnhaus einwirken. Bei Überschreitung müssen die Windkraftanlagen vorrübergehend abgeschaltet werden. Dies geschieht automatisch, durch die eingebaute Regelelektronik. Bei großen Windkraftanlagen muss der Schattenwurf noch in 1000 Meter Entfernung berücksichtigt werden. Dies trifft für Waldhausen nicht zu, da hier die Sonne von hinten über Waldhausen auf den Windpark scheint.

Warum haben Windkraftanlagen meistens drei Rotorblätter?

Die ungerade Anzahl kommt daher, dass wenn das untere Rotorblatt am Turm vorbeizieht, sich zwischen Turm und Rotorblatt ein Luftstau bildet, der das Rotorblatt wegdrückt. Wäre jetzt an der gegenüber liegenden Seite auch ein Rotorblatt, so würde dieses (ganz normal) durch den Wind nach hinten gedrückt. Es entstünden sehr große Kräfte, die auf die Rotorwelle und deren Lagerung einwirken würde. Durch die Verwendung einer ungeraden Anzahl an Rotorblättern, wirkt dieser Effekt nicht so stark.
Die Verwendung von mehr als drei Rotorblättern ist nicht sinnvoll, da hier der Aufwand/Kosten für die zusätzlichen Rotorblätter zu hoch wäre.

Besondere Windräder

Es gibt Windkraftanlagen mit einer Aussichtsplattform. Im Windpark Holtriem bei Westerholt steht eine Enercon E-66, die über eine Aussichtsplattform auf 65 Meter Höhe verfügt. Der Besucher muss eine Wendeltreppe mit 297 Stufen emporsteigen, bevor er zum verglasten Aussichtsrondell gelangt.

Im Windpark Gaildorf, der im Jahr 2017 fertiggestellt wurde, stehen die derzeit (2018) höchsten Windräder der Welt. Die 4 Windräder vom Type GE Wind Energy 3.4-137 habe eine Nabenhöhe von 178 Meter. Die Leistung je Windrad beträgt 3,4 MW. Zusätzlich verfügt der Windpark Gaildorf über ein 16MW Pumpspeicherkraftwerk, welches in windschwachen Zeiten Strom produziert.

Die Leistungsstärkste Windkraftanlage ist von Enercon und hat eine Leistung 6 MW.

Der Windpark Havøygavlender ist der nördlichste der Welt und ist bei Hammerfest in Norwegen.

Die weltweit höchstgelegene Windkraftanlage ist eine E-40 von Enercon und steht auf dem Gütsch nahe Andermatt in der Schweiz auf 2300 m über dem Meer.

Der südlichste Windpark der Welt besteht aus zwei Enercon E-30 und ist in der Antarktis. Dort versorgt er eine Forschungsstation (Mawson) der Australian Research Division.

Der größte Windpark auf Land ist der Windpark Sintfeld mit 65 Windrädern.

Der erste Offshore (auf offener See Nordsee/Ostsee) wurde 1991 bei Dändemark errichtet. In Deutschland gibt es derzeit 14 Offshore Windparks.

Ergiebigkeit

Wie die letzten Jahre gezeigt haben, kann in Waldhausen genügend Wind geerntet werden. Die Anlagen laufen Durchschnittlich 6500 Stunden pro Jahr, das bedeutet, dass die Stillstandzeit weniger als 25% beträgt. Je stärker der Wind weht, umso mehr Strom erzeugen die Anlagen, wobei bei doppelter Windgeschwindigkeit die achtfache Menge an Strom erzeugt wird.

Bekommen Betreiber von Windkraftanlagen Geld vom Staat?

Nein. Es gibt keine direkte Förderung durch den Staat. Die Betreiber können Zinsgünstig Kredite bekommen, was aber aufgrund der Tatsache, dass diese Kredite sehr unflexibel sind, meistens nicht in Anspruch genommen wird. Diese Kredite kann auch jeder "normale" Haushalt für Modernisierungsmaßnamen bekommen. Die Betreiber erhalten lediglich die Zusicherung, dass ihr Strom zu einem festen Preis abgenommen werden muss. Dies regelt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (vorher Stromeinspeisungsgesetz). Dieses Gesetz regelt, dass Betreiber, derzeit etwas weniger als 9 Cent/kWh bekommen. Je später die Windkraftanlage gebaut wird, umso weniger bekommt der Betreiber zugesichert. Als Beispiel, wenn die Anlagen im Jahr 2006 gebaut worden sind, dann bekommt der Betreiber 8,35 Cent/kWh zugesichert. Wenn die Anlagen aber erst 2007 gebaut werden, dann sind es 8,18 Cent/kWh. Und so verringert sich der Betrag jedes Jahr weiter, je später gebaut wird, umso weniger bekommt der Betreiber für seinen Strom. Der Preis ist dann für 20 Jahre festgeschrieben. In den Genuss des Erneuerbaren-Energien-Gesetz kann aber auch jeder Privathaushalt kommen, in dem er zum Beispiel Solarzellen auf dem Dach montiert, nur erhalten Privatleute viel mehr Geld für den eingespeisten Strom. Es ist sogar mehr, als man für Strom (aus der Steckdose von seinem Stromlieferanten) bezahlen muss (derzeit ca. 50 Cent/kWh).

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Windkraft kann man nicht ausbeuten, man kann sie nur nutzen!


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