Windkraft

Der Wind: ein (un)steter Energielieferant

Wind ist nichts anderes als bewegte Luft. Und die bewegt sich, weil die Erdoberfläche durch Sonneneinstrahlung nicht überall gleich erwärmt wird. Es  entstehen Temperaturunterschiede und dadurch Druckunterschiede in der Atmosphäre. Dort, wo höherer Luftdruck („Hoch“) herrscht strömt die Luft in Richtung der Gebiete, in denen weniger Druckluft („Tief“) herrscht, da die Druckunterschiede danach streben, sich auszugleichen. Je größer dieser Druckunterschied ist, desto heftiger strömt der Wind.

Nun ist das Windangebot weltweit sehr unterschiedlich. Die Zentren der Kontinente Südamerika, Afrika und Asien sind sehr windarm, die Windgeschwindigkeiten liegen dort bei weniger als 13 Kilometern pro Stunde. In Richtung der Küsten der Kontinente nimmt die Windgeschwindigkeit in der Regel zu. An den Küsten sowie den Meeren ist das Windaufkommen am stärksten. Die Windgeschwindigkeiten betragen im Mittel bis zu 30 Kilometer pro Stunde.

Windenergie: Energiequelle mit langer Tradition

Genauso wie man mit schnell fließendem Wasser einen Generator antreiben kann, lässt sich aus schnell strömender Luft Strom erzeugen. Dazu muss man einen Rotor auf einem möglichst hohen Mast in den Wind stellen. Wenn sich der Rotor dreht, treibt er dann direkt oder über ein Getriebe einen Generator an.

Eine Windkraftanlage, auch Windkonverter genannt, besteht im Wesentlichen aus dem Windrad oder Rotor und dem Generator, der mit dem Rotor über eine gemeinsame Achse verbunden ist. Das Herzstück einer Windkraftanlage ist der Rotor. Er ist ein Energiewandler, der die Bewegungsenergie der Luft in Rotationsenergie umwandelt und als Drehbewegung zur Verfügung steht. Je nach Art der Anlage hat der Rotor eine unterschiedliche Form und Anzahl von Rotorblättern, die im Prinzip ähnlich gebaut sind wie die Propeller eines Flugzeugs. Je nach Bauart und Typ der Windkraftanlage reicht zum Anfahren eine Windgeschwindigkeit von mindestens 10 Kilometern pro Stunde. Die maximale Leistung wird bei einer Windgeschwindigkeit von etwa 40 Kilometern pro Stunde erreicht.

Die Windernergie gehört zu den regenerativen, also erneuerbaren Energien. Theoretisch könnte man mit zehn Windkonvertern an der Nordseeküste jährlich zirka 12,5 Millionen Kilowattstunden erzeugen. Das würde den Jahresstrombedarf von etwa 4000 Haushalten decken. Die Geschichte der Windenergienutzung hat in Deutschland eine lange Tradition, da sie schon seit Jahrhunderten genutzt wird und den Menschen früher viel körperliche Arbeit erspart hat. Windmühlen dienten früher etwa dem Mahlen von Getreide; errichtet wurden sie in solchen Regionen, in denen man sich keine Wasserkraft zu Eigen machen konnte. Erst durch die Industrialisierung (Dampf- und Verbrennungsmaschinen begannen ihren technologischen Siegeszug) nahm die Anzahl der Windmühlen Ende des 19. Jahrhunderts ab.

Die Wiederentdeckung eines Energielieferanten

Seit gut zwei Jahrzehnten beschäftigen sich private Initiativen, kleinere Unternehmen sowie große Forschungseinrichtungen wieder verstärkt mit Windenergie. Starken Aufwind bekamen diese Bestrebungen durch das "Energieeinspeisegesetz": Es machte Windkraftanlagen nun auch ohne staatliche Förderung wirtschaftlich interessant.

Windenergienutzung stößt auch auf Widerspruch

Konflikte allerdings bleiben nicht aus. Beispielsweise stoßen die unverhältnismäßig lauten Betriebsgeräusche von Windkrafträdern zunehmend auf Widerstand - zumindest dann, wenn sie in der Nähe von Wohngebieten liegen. Andernorts werden die Schlagschatten kritisiert, die von den sich im Sonnenlicht drehenden Rotorblättern geworfen werden. Wieder andere Kritiker sind der Ansicht, dass Windkraftanlagen die Landschaft "verspargeln" und optisch nicht in die Kulturlandschaft passen. Nicht zuletzt befürchten Ornithologen, dass Windkraftanlagen etwaige Vogelzug-Routen negativ beeinträchtigen.  

Moderne Windkraftanlagen

Machte man sich früher die mechanische Energie mittels Windmühlen zu Eigen, so versucht man heute, mit modernen Windkraftanlagen elektrische Energie zu erzeugen. Diese Räder arbeiten überwiegend nach dem Auftriebsprinzip, wobei aerodynamisch geformte Rotorblätter eingesetzt werden. Windkraftanlagen werden zumeist nach ihrer installierten Leistung klassifiziert. Kleinanlagen bringen eine Leistung von bis zu 70 kW und sind etwa 25 Meter hoch. Mittlere Anlagen haben eine Leistung von 70 bis zu 750 kW und sind zwischen 40 und 65 Metern hoch. Großanlagen liegen vom Leistungsnievau über 750 kW und ragen bis zu 100 Meter in den Himmel. Noch größere Anlagen, wie sie derzeit entstehen, werden in der sogenannten "Megawatt-Klasse" zusammengefaßt. Eine Windkraftanlage besteht aus den Teilen: Mast, Gondel, Rotorblätter, Getriebe, Rotorwelle, Generator, Steuerfahnen sowie aus der EMSR-Technik.

Das Windpotenzial: 20 Billionen Kilowattstunden

Das Windpotential der Erde entspricht etwa 2% der gesamten Sonneneinstrahlung bzw. 2 Millionen Terawattstunden (das sind 20 Billionen Kilowattstunden) jährlich. Etwa 270 Millionen Gigawatt entfallen auf die bewohnten Gebiete der Erde, ein Vielfaches des gesamten Weltenergiebedarfs. Nur ein geringer Teil ist praktisch nutzbar. Optimisten rechnen mit etwa 3%. Demnach könnte die Windenergie im Durchschnitt maximal ein Drittel des gegenwärtigen Gesamtenergiebedarfs decken. Hierbei ist nicht die unterschiedliche Verteilung der Windenergie oder der besonders hohe Energiebedarf der hoch industrialisierten Länder berücksichtigt.