Moderne Windkraftanlagen gleichen intelligenten Windmühlen. Sie sind nicht mehr den Launen des Windes ausgesetzt, sondern steuern aktiv ihre Leistung: Mit Hilfe von Sensoren können sie sowohl den gesamten Rotor als auch die einzelnen Rotorblätter ideal in den Wind drehen.
Herzstück jeder Anlage: der Rotor
Einfaches Grundprinzip
Der technische Aufbau der einzelnen Windkraftanlagen ist relativ einfach: Die Rotorblätter treiben die - mit bis zu 30 Umdrehungen in der Minute relativ langsam laufende - Antriebswelle an.
Die durch den Wind erzeugten Umdrehungen werden über ein Getriebe auf die Abtriebswelle übersetzt. Die Abtriebswelle rotiert wesentlich schneller: Sie bewegt sich mit etwa 1.500 Umdrehungen pro Minute und treibt damit den Generator an, der den Strom erzeugt.
Größe richtet sich nach dem Wind
Die Größe des Generators ist abhängig davon, wie stark der Wind am jeweiligen Standort bläst. Kleine Generatoren können bereits bei geringen Windstärken Elektrizität produzieren. Bei hohen Windgeschwindigkeiten wird jedoch nur ein Teil der Energie in Strom umgewandelt.
Große Generatoren arbeiten bei starkem Wind besonders effektiv. Sie setzen sich jedoch erst ab vergleichsweise hohen Windstärken in Bewegung, laufen insgesamt also seltener. Zum Teil werden die Anlagen mit zwei verschiedenen Generatoren bestückt, um eine optimale Energieausbeute zu erzielen. Elektronisch gesteuerte Bremsen können die Leistung der Anlage vermindern.
Die Rotoren - weniger ist mehr
Nicht mehr viel haben moderne Windkraftanlagen mit den alten Windmühlen aus amerikanischen Westernfilmen zu tun. Möglichst viele, breite Rotorblätter drehten sich damals im heißen Wind der Wüste.
Inzwischen sind die Produzenten jedoch zur Erkenntnis gelangt: Weniger ist mehr. Denn Windkrafträder mit sehr vielen und breiten Blättern müssen bei einem Orkan extreme Kräfte überstehen. Drei, möglichst schlanke, Rotorblätter gelten als ideal. Die geringere Fläche wird dadurch wettgemacht, dass sich die Blätter schneller drehen.
Belastungen und Lebensdauer
Die durchschnittliche Lebensdauer einer Anlage beträgt 20 Jahre, schätzen die Experten vom dänischen Windkraftverband. Während dieser Zeit sind vor allem die Rotoren starken Beanspruchungen - zum Beipsiel durch Orkane -ausgesetzt. Diesen extremen Belastungen kann Metall nicht standhalten. Die Rotorblätter moderner Anlagen bestehen deswegen aus glasfaserverstärktem Kunststoff.
Für die Türme, auf denen sich die Rotoren drehen, gibt es verschiedene Konstruktionsprinzipien: Sie können als sich nach oben verjüngende Stahlrohrtürme, als Betonpfeiler oder als kostengünstige Gitterkonstruktionen erbaut werden. Türme, die durch auf den Boden gespannte Stahlseile stabilisiert werden, sogenannte abgespannte Masten, eignen sich nur für kleine Anlagen.
Wachsende Leistung
Seit Jahren werden die Windkraftanlagen immer leistungsstärker. Anfang der neunziger Jahre trotzte eine durchschnittliche Anlage dem Wind 170 Kilowatt pro Jahr ab. Mittlerweile arbeiten modernste Anlagen im Megawatt-Bereich.
Der Hang zur Größe hat wirtschaftliche Gründe: In die Produktion einer leistungsstarken Anlage müssen nicht wesentlich mehr Arbeitsstunden aufgewendet werden, als für eine schwächere Anlage. Auch ein Teil der Installationskosten sind fix: Kosten für Straßenbau oder die Verlegung von Stromkabeln verändern sich kaum.
Batterien gegen flackernde Glühbirnen
Rücksicht beim Bau von Windparks muss außerdem auf das vorhandene Stromnetz genommen werden: In einem sehr schwachen, abgelegenen Zweig des elektrischen Netzes mit geringer Leitungskapazität, können Spannungsschwankungen auftreten. Bläst der Wind in Böen, würden in so einem Stromnetz die Glühbirnen anfangen zu flackern. Dies kann bis zu einem gewissen Grad durch das Abbremsen der Anlage verhindert werden.
Eine andere Möglichkeit diese Leistungsspitzen auszugleichen, sind Batterien. Produziert das Windrad zuviel Strom, speichert der Akku überschüssige Energie und gibt diese ab, falls die Anlage zu wenig Energie produziert.
Damit sich die Windkraft als wichtiger Träger der Energieerzeugung etablieren kann, ist die Vermeidung von Spannungsschwankungen besonders wichtig: Gegner der Windkraft argumentieren, dass eine reibungslose Stromversorgung nur möglich sei, in dem Strom aus konventionellen Energien wie Kernkraft, Leistungstiefs von Windkraftanlagen ausgleichen.
Wann wie der Wind weht
Die Erzeuger von Strom aus Windkraft profitieren von einer meterologischen Besonderheit. Wind bläst nämlich ziemlich genau so, wie sie es sich wünschen. In den meisten Gebieten der Erde weht der Wind tagsüber stärker als in der Nacht. Ähnlich verhält es sich mit dem Stromverbrauch: Der Bedarf ist tagsüber am höchsten uns sinkt in der Nacht.
Auch in den Jahreszeiten bläst der Wind in den gemäßigten Klimazonen nach Bedarf: im Winter stark, im Sommer schwach. In der kalten Jahreszeit ist auch der Stromverbrauch höher als im warmen und heißen Sommer.