Windenergie - die Energie der Zukunft

Referat zum Thema:

'Windenergie' - die Energie der Zukunft?

Stand der Entwicklung

Gliederung

1. Was ist Windenergie?

2. Geschichte und Entwicklung der Nut- zung von Windenergie

3. Techniken

4. Kritikpunkte

5. Heutiger Stand der Entwicklung

6. Aufwindkraftwerke

8. Literatur

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 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.Aufwindkraftwerke

Sind Anlagen die mit einer Kombination von Treibhaus, Kamin, und Windrad Energie erzeugen. Durch eine Folie, die am Boden befestigt ist, erwärmen Sonnenstrahlen den Boden und damit auch die Luft, die mit hoher Geschwindigkeit einen Kamin in der Mitte des Foliendaches hochsteigt und somit eine Turbine ( Rotor ) antreibt.

Die erste Aufwindkraftanlage der Welt wurde 1982 in Manzanares/Spanien in Betrieb genommen. Die gesamte Fläche, die die Folie bedeckt, beträgt 16 000 m2 ( 16 Km2), und der Kamin, der sich in der Mitte der Fläche befindet, hat eine Höhe von 200 Metern und erzeugt maximal 50 kW.

Das Aufwindkraftwerk, das in Spanien gebaut wurde, kostete 14 Mio. DM, allein 7 Mio. entfielen auf die Entwicklung und den Bau. Um den Stromverbrauch der BRD zu decken, müßte man bei spanischen Sonnenverhältnissen eine Flächenausdehnung von 24 000 km2 erforderlich sein.

Formel : 1 W = 1 J/s = 1 VA = 1 kg m2/s3

8. Literatur

a. Text von Herrn Hörner 'Die Windenergie'

b. Energie Forschung und Technik, Verlag TÜV Rheinland 1985 S. 45ff

c. Aktuell, das Lexikon der Gegenwart, Chronik Verlag 1984

d. Rudolf Weber, Laßt uns Engerie vom Himmel holen, Ver- lag Olynthus 1986, S. 59 ff

e. Windenergie, Jahrbuch 1988/89, Verlag C.F.Müller Karlsruhe