Windenergieanlage
Technik einer Windenergieanlage WEA
Das Prinzip einer Windenergieanlage WEA
Wie bei den Tragflächen eines Flugzeuges erzeugt die Strömung des Windes an den aerodynamisch geformten Rotorblättern einen Auftrieb. Dieser versetzt dann den Rotor in Drehbewegung.
So funktioniert eine Windenergieanlage
Eine Windenergieanlage wandelt die Strömungsenergie des Windes in elektrische Energie um. Der Wind setzt die Rotorblätter der Anlage in Bewegung. Der Rotor dreht sich. In der Gondel, dem Maschinenhaus oben auf dem Turm, ist dieser Rotor mit dem Generator verbunden. Dieser Generator erzeugt den Strom.
Wirkungsgrad und Leistung
Klimaneutral mit Wind18
Der Wirkungsgrad oder Leistungsbeiwert einer Windenergieanlage ist das Verhältnis des erzeugten Stromes zur Strömungsenergie des Windes.
Der theoretisch mögliche Wirkungsgrad einer frei umströmten Windturbine beträgt nach der physikalischen Gesetzmäßigkeit, dem Betzsches Gesetz, maximal 59,3%.
Moderne Windenergieanlagen erzielen derzeit Wirkungsgrade von 45% bis 50%.
Die durchschnittliche Leistung der gegenwärtig in Deutschland an Land aufgestellten Anlagen, einer sogenannter Onshore-Anlage, liegt zwischen 3,0MW und 6,0 MW. Die durchschnittliche Gesamthöhe einer Windenergieanlage liegt derzeit bei fast 200 Metern.
Der Stromertrag einer durchschnittlichen Windenergieanlage beträgt, abhängig von der Standortqualität, zwischen 12MW und 15 MWh pro Jahr.
Dies entspricht dem Stromverbrauch von 3.000 bis 4.000 privaten Haushalten.
Die Energiebilanz moderner Windenergieanlagen ist ausgesprochen positiv. Innerhalb weniger Monate wird die zu ihrer Herstellung und Errichtung benötigte Energie erzeugt.
Quellen: Wikipedia, Statistisches Bundesamt
Die Gondel
Klimaneutral mit Wind18
Die Gondel, auch Maschinenhaus genannt, ist drehbar auf dem Turm gelagert. Sie enthält alle mechanischen und elektrotechnischen und elektronischen Komponenten zur Umwandlung der Rotordrehung in elektrische Energie. Die Gondel wird automatisch der jeweiligen Windrichtung nachgeführt.
Der Rotor
Klimaneutral mit Wind18
Der Rotor ist am Maschinenhaus angebracht. Die Rotorblätter werden aus glasfaserverstärktem Verbundwerkstoff hergestellt.
In den vergangenen Jahren wurden große Fortschritte bei der Entwicklung von Flügelprofilen erzielt. Ein hoher aerodynamischer Wirkungsgrad und eine geringe Schallemissionen sind jetzt Standard.
Die Rotorblätter sind verstellbar, dadurch kann die Luftanströmung aktiv beeinflusst werden (Pitch-Regelung). Mittels Computersteuerung wird der Blattanstellwinkel der jeweiligen Windgeschwindigkeit angepasst. Die Blattverstellung wird auch zum Stoppen der Anlage genutzt. Die Blätter werden dann aus dem Wind gedreht.
Der Generator
Klimaneutral mit Wind18
Das Herz einer Windenergieanlage ist der Generator.
Dieser ist über einen Vollumrichter an das Netz angeschlossen. Entweder über ein mehrstufiges Getriebe oder direkt.
Getriebelose Anlagen können auf schnell drehende und verschleißende Maschinenkomponenten verzichten. Die Generatoren sind dann allerdings größer und schwerer als bei Anlagen mit Getriebe.
Der Turm
Klimaneutral mit Wind18
Die Türme moderner Windenergieanlagen können derzeit bis zu 175 Meter hoch sein. Dabei kommen unterschiedliche Konstruktionen zum Einsatz.
- Konische Stahlrohr- bzw. Spannbetontürme,
- an Ort und Stelle betonierte Türme in Gleitschalbauweise,
- Betontürme in Fertigteilbauweise,
- Hybridtürme aus Beton- und Stahlteilen,
- Gittertürme,
- erste Prototypen: Holztürme.
Das Fundament
Klimaneutral mit Wind18
Windenergieanlagen werden auf einem Fundament errichtet. Dieses verhindert das Umfallen oder Einsinken der Anlage.
Das Fundament wird aus Stahlbeton gebaut und mehrere Meter im Erdreich eingelassen.
Das Fundament einer Windenergieanlage mit einer Nabenhöhe von ca. 150 Metern benötigt mehr als 80 Tonnen Stahl und mehr als 600 Kubikmeter Beton.
Damit ist ihr sicherer Stand garantiert.
Die Steuerungstechnik
Klimaneutral mit Wind18
Moderne Windenergieanlagen sind für den computergesteuerten und automatisierten Betrieb mit einer Vielzahl elektronischer Steuergeräte ausgestattet.
Alle Bauteile, wie der Generator, das Getriebe, das Hauptlager, die Rotorblätter und andere Komponeten können dadurch in Echtzeit überwacht werden.
Die aktuelle Leistung, Rotorgeschwindigkeit, Umweltdaten – Windgeschwindigkeit oder Temperatur – und viele andere Daten werden erfasst und an den Betreiber online weitergegeben.
Bei Störungen wird automatisch eine Fehlerdiagnose erstellt und sofort an das zuständige Wartungsunternehmen übermittelt.
Die Einspeisung
Klimaneutral mit Wind18
Eine Windenergieanlage erzeugt elektrische Energie mit einer Spannung zwischen 400 Volt und 1000 Volt.
Diese Spannung wird je nach Konstruktion oben in der Gondel, dem Maschinenhaus oder am Boden mittels eines Trafos auf Mittelspannung (10 – 30 KV) umgewandelt.
Danach kann der Strom zur Übergabestation weitergeleitet und in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
