Referat Windenergie - Geschichte und Entwicklung der Nutzung von Windenergie

Inhaltsverzeichnis

1. Was ist Windenergie?

2. Geschichte und Entwicklung der Nutzung von Windenergie

3. Techniken

4. Kritikpunkte

5. Heutiger Stand der Entwicklung

6. Bundesverband Windenergie

7. Insel- und Verbundbetrieb

8. Schnellläufer und Langsamläufer

1.Windenergie

Windkraftwerke sind Anlagen, die elektrische Energie erzeugen. Durch den Wind

werden die Rotoren, die in den Windkraftanlagen eingebaut sind, zum Drehen

gebracht, dadurch wird elektrischer Strom erzeugt. Windenergie entsteht nicht

aus Kohle, Gas, Öl oder Kraftwerken, sondern soll den Verbrauch dieser

Energieträger ersetzen oder senken, um die Vorräte zu schonen und zur

Entlastung der Umwelt beizutragen.

2. Geschichte und Entwicklung

Der Durchbruch der Windräder ist eigentlich eine Wiederkehr, denn im Laufe

seiner Geschichte zählte das Windrad in verschiedenen Erdteilen zu

verschiedenen Zeiten zu den wichtigsten Energiequellen.

Zuerst vor ungefähr 4000 Jahren in Mesopotanien (> Landschaft zwischen Euphrat

und Tigris, im Zentralirak), 1000 Jahre später im östlichen Mittelmeerraum und

danach in China. In Europa begann die Windmühlenzeit im 7. Jahrhundert. Sie

erreichte mit wenigstens 60.000 Stück ihren Höhepunkt im 17. Jahrhundert, man

zählte 1875 allein in Norddeutschland noch 30.000 und in Holland 9.000 Mühlen.

In den USA wurden bis in die Zeit des ersten Weltkrieges über 6 Millionen

<amerikanische> Windräder (mit vielen Flügeln, für Pumpen und

Stromgeneratoren) gebaut. Windräder waren in Teilen Europas, Amerikas und

Asiens bis ins 19. Jahrhundert hinein einer der wichtigsten Energiequellen.

Der Wind (also das Thema) ist erst nach dem Ölschock (in den 70er Jahren)

wieder interessant geworden. Unmittelbar 1973 sahen plötzlich viele

Industrieländer in der Windenergie eine Chance, etwas aus der Abhängigkeit

herauszukommen. Die Regierungen der Industrieländer kurbelten an der

Entwicklung von Windanlagen zur Stromerzeugung.

Zunächst wurden kleine und mittlere Windenergiekonverter (WEK) gebaut. 1982

war Deutschland so weit, eine 3 MW Anlage mit dem Namen Growian-1 zur

Erprobung aufzustellen. Doch auch Growian(GROss WInd ANlage) zeigte nach drei

Jahren Risse an den Rotorblättern.

Am besten wehen die Winde in einer Höhe von 100 Metern. Weil der Wind

unmittelbar über dem Boden von allerlei Hindernissen gebremst wird, baut man

die Windturbinen vorteilhaft auf Masten oder Türme.

Keine Windturbine kann die Windenergie zu 100% nutzen, weil ein Teil der Luft

durch die Turbinenlätter auf der Rückseite verdrängt wird. Der theoretisch

höchste Wirkungsgrad beträgt 60%. Durch die Weiterleitung der Energie zwischen

Propeller, Getriebe und Generator sowie durch die Umwandlung der mechanischen

in elektrische Energie gehen 20% der Windenergie verloren, so daß am Ende nur

noch rund 40% der Windenergie übrig bleibt.

Am 17.10.1983 wurde in Brunsbüttel (Schleswig-Holstein) Growian, die größte

Windkraftanlage der Welt, in Betrieb genommen. Sie erzeugt maximal 3 Megawatt

an Strom, das ist der Energiebedarf von ca. 4000 Haushalten. Growian ist die

Abkürzung für große Windenergieanlage. Der Rotorendurchmesser von Growian

beträgt 100 m und die Turmhöhe beträgt ebenfalls 100 m.

Es wurde geplant, 100 vergleichbare Anlagen zu einem Verbund

zusammenzuschließen. Das würde bedeuten, daß die Anlagen insgesamt 300

Megawatt an Strom leisten, das ist so viel wie der Energiebedarf von ca.

40.000 Haushalten. Es würde die Leistung von einem kleinen Kernkraftwerk

erreichen. Dies scheiterte aber an den hohen Kosten der Anlagen. Growian

kostete als Prototyp 100 Mio. DM, die Serienanfertigung würde nur 20 - 30 Mio.

DM kosten.

Die Zahl der bereits existierenden Kleinanlagen in der BRD wird auf etwa 400

geschätzt. Das von der Kernforschungsanlage 'Jülisch' errechnete

Windenergiepotenzial beträgt 12 Terrawatt Stunden, dies entspricht einem

Energieaufkommen von 1,2 Mrd. Liter Öl.

In Dänemark wurden allein in 3 Jahren ca. 1000 Windkraftanlagen an das

Stromnetz angeschlossen. In Kalifornien/USA sind Windparks mit jeweils

mehreren hunderten Windkraftanlagen entstanden. Die meisten Windkraftanlagen,

die in USA aufgerichtet worden sind, sind von dänischer Herkunft.

3. Techniken

Im Laufe der Zeit haben sich verschiedene Techniken in der Herstellung von

Windrädern entwickeln können. Es gibt 1. die vertikal laufenden Windräder und

2. die horizontal laufenden Windräder.

Die vertikalen Windräder stehen senkrecht zum Wind und sind abhängig von der

Windrichtung. Die Drehbewegung wird auf Generatoren oder auf Arbeitsmaschinen,

wie z.B. Pumpen übertragen.

Dagegen sind die horizontal laufenden Windräder unabhängig von der

Windrichtung, sie arbeiten auch, wenn der Wind von hinten kommt. Dadurch wird

zwar der Bau vereinfacht, weil man nicht die Anlagen in die Windrichtung

drehen muß, hat aber den Nachteil, daß die Angriffsfläche hier kleiner ist als

bei Windrädern mit senkrechter Drehachse.

Eine weitere Technik ist der Darrieus-Rotor. Die Form der Rotorenblätter

gleichen einem Zwiebelring. Auch dieser Rotor arbeitet unabhängig von der

Windrichtung. Er kann den Wind auch schon in geringer Höhe auffangen und muß

deshalb nicht auf einem hohen Mast angebracht werden. Diese Art der

Windkraftanlage wird heute in Westeuropa nicht mehr genutzt, dient aber immer

noch der Energieerzeugung in Entwicklungsländern.

4. Kritikpunkte

· Geräusche - viele Menschen, die in der Nachbarschaft von Windenergieanlagen

wohnen, fühlen sich durch die Geräusche, die die Rotorenblätter beim Drehen

verursachen, gestört.

· Verbauung der Landschaft - durch die Größe der Windenergieanlagen wird eine

relativ große Fläche benötigt. Die Fläche um die Türme kann landwirtschaftlich

genutzt werden, man muß sich jedoch erst an den Anblick der großen Türme

gewöhnen.

· Beeinträchtigungen im Windschatten der Anlagen - es kommt vor, daß z.B. das

Fernsehbild bei Empfängern, die im Windschatten der Windenergieanlagen stehen,

flackern. Außerdem weiß man auch noch nicht, inwiefern Veränderungen durch den

ständigen Austausch der Luftschichten eintreten können.

5. Heutiger Stand der Entwicklung

Die erneuerbaren Energiequellen sind theoretisch unerschöpflich. In der Praxis

kann man nach heutigem Stand der Technik nur einen geringen Teil

Windkraftanlagen wirtschaftlich nutzen, weil Windenergie nur zeitweilig

vorhanden ist. Die Nutzung der Energie ist deshalb an teure Techniken

gebunden. Erforderliche Speicher, die die Energie speichert, müssen noch

entwickelt werden. Deshalb ist Windenergie nicht geeignet, um ganze Regionen

zu sichern.

Darum muß man sagen, daß man Kernkraftwerke nicht durch sog. Windparks

(bestehend aus mehreren hunderten Windkraftanlagen) ersetzen kann. Die

Windkraftanlagen könnten einen Anteil von 6 - 8% an der heutigen

Kraftwerksleistung der BRD erreichen.

Wind hat aber den Nachteil, daß er die Energie nicht ständig liefern kann. Man

kann auch aus technischen Gründen die Winkraftanlagen nicht beliebig hoch

bauen, und man braucht auch wegen der geringen Dichte des Windes große

Flächen.

Am 14. August 1987 wurde im südlichen Dithmarschen ein Energie-Park in einer

Größe von 20 Hektar, daß sind 14 Fußballfelder, mit mehr als 30

Windkraftanlgen in Betrieb genommen. Die Abstände zwischen den einzelnen

Anlagen betrugen 175 Meter. Dies funktionierte aber nicht reibungslos, wie man

es gehofft hatte. Die Bewohner klagten über zu viel Lärm und fünf von diesen

Anlagen fielen schon aus.

Für die Experten ergibt sich durch Tests, daß man die Anlagen nicht so nah

beieinander aufbauen kann, obwohl der Abstand schon 175 Meter beträgt. In den

letzten Jahren hat sich im In- und Ausland verstärktes Interesse an

Windkraftanlagen der Leistungsklasse 1 Megawatt interessiert.

Es ist beabsichtigt, im Rahmen Energieversorgungskonzeptes für die Insel

Helgoland eine 1 Megawatt-Windkraftanlage zu errichten. Hierbei soll das

Wissen von GROWIAN weiterhelfen.

6.Bundesverband Windenergie:

Der Bundesverband Windenergie ist am 12.10.1996 aus dem Zusammenschluss von

zwei Organisationen, 'Interessenverband Windkraft Binnenland' (IWB) und

'Deutsche Gesellschaft für Windenergie' (DGW) hervorgegangen.

Der BWE vertritt nun bundesweit einheitlich über 4 000 Mitglieder. Der Verband

vertritt den Grossteil der deutschen Anlagenbetreiber von bisher errichteten

4.200 Anlagen mit zusammen 1 400 MW Leistung oder rund 3,2 Milliarden DM

Investitionen. Der BWE vertritt weiter die Planer von zukünftigen Projekten

mit über 3 000 MW zukünftiger Windkraftkapazität oder weiteren 7 Mia DM, sowie

die Hersteller und Ingenieurbüros mit über 8 000 gesicherten Arbeitsplätzen.

7. Insel- und Verbundbetrieb

Die von Windgeneratoren erzeugte elektrische Energie läßt sich grundsätzlich

über zwei Betriebsarten nutzen: im Inselbetrieb oder im Verbundbetrieb

Im Inselbetrieb besteht keine Verbindung zum Netz der öffentlichen

Stromversorgung; zum Beispiel bei abgelegenen Wochenendhäusern, Einzelgehöften

in wenig besiedelten Landstrichen oder auf Halligen. Die Anforderungen an die

Einhaltung einer festen Spannung beziehungsweise einer bestimmten Frequenz

hängen von der Art der angeschlossenen elektrischen Geräte ab. Wenn

Vollversorgung gewährleistet sein soll, muß neben dem Windgenerator ein

zusätzliches Stromaggregat vorhanden sein. Begrenzte Ausfallzeiten des

Windgenerators können auch durch Speicher in Form elektrischer Akkumulatoren

(z.B. Blei-Säure-Batterien) überbrückt werden.

Beim Verbundbetrieb sind die Windgeneratoren an das öffentliche

Stromversorgungsnetz angeschlossen. Wegen der notwendigen Regelungs- und

Sicherheitsmaßnahmen erfordert diese Betriebsweise relativ hohe Investitionen

und lohnt sich erst für Anlagen ab mittlerer Leistung. So liefern zum Beispiel

Windenergieparks den produzierten Strom über Verbundschaltungen in das

öffentliche Netz.

Auch der sogenannte Netzparallelbetrieb ist eine Form des Verbundbetriebs.

Hierbei wird der Windgenerator, der zum Beispiel einem privaten Betreiber oder

einer Kommune gehört, an das Stromnetz des regionalen

Energieversorgungsunternehmens (EVU) angeschlossen. Soweit Bedarf besteht,

kann die erzeugte elektrische Energie vom Anlagenbetreiber selbst genutzt

werden; überschüssiger Strom wird gegen Vergütung in das EVU-Netz eingespeist.

Wenn die Anlage ausfällt oder zu wenig elektrische Energie produziert, erfolgt

die Stromversorgung des Betreibers automatisch gegen Berechnung aus dem

öffentlichen Netz.

Diese Betriebsweise erfordert zusätzlich besondere Meßeinrichtungen und

bedingt, daß zwischen dem Betreiber des Windgenerators und dem zuständigen EVU

entsprechende vertragliche Vereinbarungen bestehen. Außerdem muß gewährleistet

sein, daß die Windkraftanlage leitungstechnisch an das vorhandene Stromnetz

angeschlossen werden kann. Bei einer Vielzahl neuer Anlagen ergibt sich daraus

unter Umständen die Notwendigkeit, die Netzkapazität zu verstärken oder

gänzlich neu auszubauen.

8. Schnellläufer und Langsamläufer

Langsamläufer:

Die Langsamläufer haben sehr viele Flügel(bis zu 20 Stück). Ihre großen

Flügelflächen sind meist nur einfache, gebogene Bleche. Sie erreichen ein sehr

hohes Anlaufmoment, aber nur niedrige Drehzahlen, weswegen sie bestens zur

Wasserbeförderungen(oder als Pumpen) geeignet sind. Wenn gute Bedingungen

herrschen, können sie etwa 20-30% der im Wind enthaltenen Energie nutzen.

Die Langsamläufer sind wegen ihrer niederen Drehgeschwindigkeit schlecht zur

Stromgewinnung nutzbar, denn zur Stromgewinnung sind zum wirtschaftlichen

Betrieb 800-3000 Umdrehungen pro Minute nötig. Deshalb versuchte man durch

größere Übersetzungen die Drehzahl zu steigern. Durch den hohen

Getriebeverlust wurden keine befriedigenden Resultate erzielt.

Schnellläufer:

Der Schnellläufer besteht meist aus 2-4 aerodynamisch geformten, schlanken

Flügeln mit geringer Oberfläche. Deshalb ist das Anlaufmoment sehr niedrig.

Solche Anlagen laufen aber erst ab einer Windgeschwindigkeit von 2-3 Metern

pro Sek. Trotzdem erreichen sie sehr hohe Drehgeschwindigkeiten, welche zur

Stromerzeugung erforderlich sind. Die Schnellläufer können je nach Bauart etwa

30-50% der im Wind enthaltenen Energie nutzen.

Wie durch umfangreiche Tests bekannt wurde, steigt die Drehzahl mit

abnehmender Flügelzahl und schmaleren Profilen. Deshalb testet man heute, wie

sich einblätterige Rotoren im Betrieb verhalten.