Wissen & Hintergrund

Aufbau, Funktion und Leistung
moderner Windkraft-Anlagen

Aufbau und Elemente einer Windenergie-Anlage

  • Nennleistung: 5-7 MW
  • Rotordurchmesser: ca.170m
  • Gesamthöhe: ca. 250m
  • Jährlich zu erwartende
  • Stromproduktion von 15 bis 18 Mio. kWh/Jahr

Turm einer Windraft-Anlage

Der Turm ist das tragende Element eines Windrads. Er bestimmt die „Naben-Höhe“, die bei modernen Windkraft-Anlagen ca. 160 bis 170 Meter beträgt. (Bei früheren und kleineren Windrädern beträgt diese rund 130 Meter.)
Der Turm besteht aus Stahl und/oder Beton.

Gondel

An der Spitze des Turms befindet sich die Gondel. Sie enthält die folgenden Komponenten:

  • Generator: Wandelt die mechanische in elektrische Energie um: Dabei wird zunächst Wechselstrom mit einer variablen Frequenz erzeugt, den ein Gleichrichter in Gleichstrom umwandelt. Anschließend kommt ein Wechselrichter zum Einsatz, der den Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom mit 50 Hertz überführt.
  • Getriebe / alternativer Antrieb: Passt die Rotor-Drehzahl an die erforderliche Generator-Drehzahl an
  • Bremssystem: Kontrolliert die Rotor-Geschwindigkeit und bremst im Notfall
  • Windrichtungsnachführung: Richtet den Rotor einer Windkraftanlage optimal zum Wind aus; also so, dass die Rotorblätter senkrecht zur Windrichtung stehen. Realisiert wird das Ganze über Stellmotoren (auch Azimutantrieb oder Giermotoren genannt). Diese werden von einem Steuerungssystem geführt, das seine Daten von einem Sensor erhält.

Rotor

Der Rotor besteht aus der Nabe und den Rotorblättern. Moderne Windenergie-Anagen besitzen meist drei Rotorblätter, die aus Verbundwerkstoffen gefertigt sind. Der durchschnittliche Durchmesser eines Rotors beträgt rund 140 Meter, bei modernen Anlagen 160 Meter.
Die Nabe verbindet die Rotorblätter mit der Antriebswelle.

Fundament

Das Fundament von Binnen-Windkraft-Anlagen besteht meist aus einer großen, runden Platten aus Stahlbeton, die in den Boden eingelassen wird. Dabei wird ein Stahlgeflecht in den den Beton eingebettet, um die Stabilität zu erhöhen.
Die Fundament-Platte kann je nach Turmbauart auch kreuzförmig oder achteckig ausfallen.
Bei weichen Böden bohrt man Pfähle aus Stahl oder Stahlbeton in tiefere, tragfähigere Bodenschichten.
Je nach Standort und Untergrund ist das Fundament bis zu 12 Meter tief, insbesondere um Frostschäden zu vermeiden. Das Gewicht beträgt bis zu 10.000 Tonnen.
Die Verbindung zum Turm wird über spezielle Fundament-Bauteile (FET) umgesetzt. Bei modernen, großen Anlagen kommt dabei ein „Doppel-Flansch-System“ zum Einsatz: Ein Flasch befindet sich am Turm, einer am Fundament. Beide werden so miteinander verschraubt, dass sich die Last gut verteilt und maximale Stabilität herrscht.

Anlagen mit oder ohne Getriebe

Die klassische Bauform einer Windkraft-Anlage beinhaltet ein Getriebe. Diese Bau-Variante ist kostengünstiger in der Anschaffung und bei der Installation.
Einzelne Komponenten können einfach getauscht oder repariert werden.
Nachteil: eine höhere Störanfälligkeit und mehr Wartungsaufwand. Dazu sind solche Modelle lauter.
Beispiel: Eine Vestas V112 mit 3 MW verwendet ein mehrstufiges Getriebes zwischen Rotor und Generator. Dank des Getriebes kann ein schnelllaufender Generator mit geringerem Durchmesser zum Einsatz kommen (weniger Gewicht – weniger Kosten).