Vorrichtung zur Umwandlung der in einer Luftströmung enthaltenen Energie in üblicherweise elektrische Energie. Diese Form der Energiegewinnung zählt zu den erneuerbaren Energien.
Große WIndkraftanlagen, Stand ca. 2000
Als Beispiel für verschiedene moderne Windkraftanlagen (WKA) ist das Spektrum des Angebots solcher Konverter der Firma Enercon in der folgenden Tabelle zusammengefaßt, die sich daran anschließende Abbildung gibt einen optischen Vergleich der Größe dieser verschiedenen WKA mit den typischen Leistungsklassen ([ENER1999]):
Funktionsprinzip von Windkraftanlagen und technische Anforderungen
In einfachen Windkraftanlagen (WKA) ist das Windrad mit nahezu ebenen Flügeln ausgestattet, die an der Drehachse befestigt sind. Bei modernen WKA ist das Windrad wie die Luftschraube eines Flugzeugpropellers geformt. Es wird als Turbine bezeichnet.
Zunächst wird die gerichtete Luftströmung des Windes in eine Drehbewegung umgewandelt. In Windmühlen wird die Drehbewegung direkt benutzt, um Korn zu mahlen oder Wasser zu pumpen. Moderne WKA erzeugen elektrischen Strom über einen Generator, der von der sich drehenden Luftschraube angetrieben wird.
Dieses relativ einfache Prinzip birgt – soll es für eine großtechnische Stromerzeugung eingesetzt werden – folgende Probleme:
- Das Material der Luftschraube und der Turm, der die Luftschraube mit der Generatoreinheit trägt, müssen hohen Belastungen standhalten, auch böigen Winden mit hohen Spitzengeschwindigkeiten. Erst mit der Entwicklung neuer Materialien, insbesondere der Glas- und Kohlefiber-Verbundwerkstoffe ist die Realisierung großer effizienter WKA möglich geworden: Immerhin hat ein 1MW-WKA einen Luftschraubendurchmesser von etwa 60 Metern, der Spannweite eines Jumbo-Jets entsprechend.
- Soll der Strom in ein Verbundnetz eingespeist werden, müssen Frequenz und Phasenlage des in der WKA erzeugten Stroms mit der des Netzes übereinstimmen. Dazu ist ein zusätzlicher konstruktiver oder apparativer Aufwand erforderlich.
- Das Windangebot ist tages- und jahreszeitlichen Schwankungen unterlegen, damit kann es die Grundlast nicht alleine decken. Erst mit einer praktikablen Stromspeicherung kann dieses Problem umgangen werden, ähnlich wie bei der Solarenergienutzung.
- Die Geräuschbelästigung, die von großen WKA ausgeht, verhindert den Einsatz in der Nähe stärker besiedelter Gebiete. Dazu ist auch die Emission von Infraschall zu zählen, also Schall unterhalb des Hörbereichs des Menschen, der innere Organe zu Schwingungen anregen kann; die Folgen sind Unwohlsein, Übelkeit und Kopfschmerzen sowie Schlaflosigkeit.G
Windgeschwindigkeit und Ertrag – Offshore-Windparks
Die Leistungsdichte des Windes steigt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit an, eine günstige Aufstellung eines WEK wird also belohnt: ein doppelte mittlere Windgeschwindigkeit verachtfacht die potentielle Leistung des WKA.
Ein in dieser Hinsicht sehr vorteilhafter Aufstellungsort sind die küstennahen Meere – ,,off shore„ -, weil dort die Windgeschwindigkeiten in mit WKA erreichbaren Höhen deutlich höher liegen als auf dem Land. Damit kann sich die aufwendigere Aufstellung,
immerhin müssen die WKA auf dem Meeresgrund verankert werden, amortisieren. (→ Offshore-Windenergienutzung).
Mehrere WKA bilden zusammengefasst eine Windkraftwerk oder einen Windpark.
engl: wind turbine