Windenergie

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Stürmische Herbsttage, der Wind wirbelt die Blätter durch die Straßen, die Leute ziehen die Kapuzen tiefer, jemand lässt einen Drachen steigen und ein Radfahrer strampelt sich angestrengt gegen die unaufhörlich erscheinenden Windböen.

Wind hat eine ungeheure Kraft. Schon seit ungefähr 1300 Jahren machen sich Menschen die Energie des Windes zu Nutze, um Sägemühlen, Ölmühlen, Kreide- und Getreidemühlen zu betreiben oder um mit einem Segelboot umher zu reisen. Mit Beginn der Industrialisierung im 18./19. Jahrhundert wurden viele Windmühlen durch Dampfmaschinen und Motoren ersetzt. In ländlichen Gebieten Dänemarks wurde schon Ende des 19. Jahrhunderts durch Windenergie Strom erzeugt. Durch die Folgen der Ölkrise 1973 und des gestiegenen Umweltbewusstseins ist diese Form der Energiegewinnung seit 1975 populärer geworden.[1]

Heute ist es möglich, umweltfreundlich Energie für viele Haushalte und Fabriken durch Windkraft zu gewinnen. Allein in Niedersachsen standen 2002 3626 Windkraftanlagen, die einen Anteil von 14,8 % am Nettostromverbrauch ausmachten.[2]

In Deutschland, Australien und Amerika gibt es häufig Windrosen, die kleinere Anlagen, wie etwa Wasserpumpen antreiben. Um möglichst viel Energie des Windes nutzen zu können, werden meist an sehr windigen Stellen, wie zum Beispiel an Küsten, viele große Windkraftanlagen nebeneinander gebaut, sodass Windparks entstehen.

Heute werden durchschnittlich circa 45 % der Windleistung genutzt. Ideale Windräder, die gut auf ihren Standort ausgerichtet sind, könnten theoretisch eine Windleistung von 59 % ausnutzen.[1]

 

Doch woher kommt der Wind eigentlich?

Wenn die Sonne auf die Erde scheint, erwärmen sich manche Gebiete auf der Erdoberfläche schneller als andere. Die Gebiete, in denen es schneller warm ist, sind Hochdruckgebiete, da dort der Luftdruck höher ist als in den so genannten Tiefdruckgebieten, wo es meist kälter ist. Die Druckunterschiede dieser beiden Gebiete werden durch Luftströmungen ausgeglichen. Diese Strömungen bezeichnen wir als Wind. Der starke Wind an den Küsten ist bedingt durch den Temperaturunterschied über dem Meer, welcher wiederum den Luftdruck verändert. Der kalte Luftstrom fließt zu den wärmeren Gebieten auf dem Land. Hinzu kommt noch, dass der Wind durch Gebirge, Wälder und Städte auf dem Land abgebremst wird.[1]

 

Wie wird aus Wind Energie gewonnen?

Diese Luftströmungen werden von Windrädern genutzt. Diese bestehen aus Stahl, Stahlgitter oder Beton. Auf einem Fundament ist ein Turm gebaut, der mit einer Gondel und dem Rotor abschließt (siehe Abbildung 1). Die meisten großen Windkraftanlagen sind mit Stahltürmen gebaut. Damit sie nicht zu schwer sind, sind sie innen hohl. Ihre Stabilität erhalten sie dadurch, dass sie nach oben hin schmaler. Es gibt sehr viele unterschiedliche Modelle für die jeweiligen Standorte mit unterschiedlichsten Wind- und Wetterbedingungen, deswegen ist die hier beschriebene Anlage nur ein kleines Beispiel.

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Abbildung 1 (links): Aufbau einer Windenergieanlage.[3]

Die Gondel beinhaltet die wichtigsten Bestandteile für die Energiegewinnung. Hier befinden sich unter anderem das Getriebe, Steuerungs- und Sicherheitssysteme und der Generator der Anlage. An der Antriebswelle der Gondel ist der Rotor mit der Nabe und den drei Rotorblättern befestigt.

Bei einer Windgeschwindigkeit von 3-5 Metern pro Sekunde (m/s), wird die Anlage durch einen Computer in den Wind gedreht, sodass der Rotor anfängt sich zu drehen. Durch die Antriebswelle ist der Rotor mit dem Getriebe in der Gondel verbunden. Das Getriebe erhöht die Drehzahl des Rotors, um einen Generator anzutreiben. Durch diesen Generator, kann die Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden.[3]

Heute produziert ein Windrad bis zu 2500 kW. Doch wie kommt der Strom in die Haushalte und Fabriken? Von den Windkraftanlagen an den entfernteren Küsten oder größeren Anlagen an Land führen häufig Leitungen in einen Transformator zusammen. Dort wird die Energie der Windräder gebündelt und an die Energie des öffentlichen Stromnetzes angepasst. Über Leitungen in der Luft und in der Erde, bekommen die Menschen ihren Strom.

 

Wind als regenerative Energiequelle

Da Wind eine Quelle ist, die nicht erschöpft werden kann, gehört Windkraft zu den regenerativen, erneuerbaren Energiequellen. Auch Wasser und Sonne werden als regenerative Energiequellen zur Energiegewinnung genutzt. Gezeitenkraftwerke im Meer nutzen zum Beispiel den Tidenhub des Wassers zur Energiegewinnung und bei der Photovoltaik wird die Sonnenenergie durch Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt.

 

Alternativen der Energiegewinnung

Andere Energiequellen sind zum Beispiel nachwachsende Rohstoffe. Unter anderem sind Pflanzen, die zur Gewinnung von Energie genutzt werden, im Forschungsgarten der Universität Vechta zu sehen.

Während diese Quellen ständig nachwachsen können, sind manche Energieträger nicht endlos verfügbar. Hierzu zählen unter anderem Erdöl, Erdgas und Kohle, die meist günstig und leicht abzubauen sind und viel Geld einbringen. Der Abbau und die Umwandlung dieser fossilen Brennstoffe in Energie verschmutzt bzw. schädigt die Umwelt jedoch erheblich, denn das für die Atmosphäre sehr schädliche Gas Kohlendioxid gelangt dabei in die Luft. Außerdem wird vor einem drastischen Abfall der Verfügbarkeit der Vorräte gewarnt.[4]

Bei der Kernenergie werden in Atomkraftanlagen kleinste Teilchen von radioaktivem Metall zur Gewinnung von Energie gespalten. Die Abfallprodukte die bei diesem Vorgang entstehen, können allen Lebewesen in ihrem Umfeld sehr schaden und sie krank machen.

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Energiequellen gelangen bei der Windkraft keine Treibhausgase in die Luft und es müssen keine Brennstoffe abgebaut und verbraucht werden. Die Energie, die für den Bau, den Betrieb und die Demontage der Anlage gebraucht wird, kann sie schnell wieder nachproduzieren.

Durch einen in der Zukunft steigenden Anteil der Stromproduktion aus regenerativen Energien, soll die Umwelt durch einen Rückgang der schädlichen Emissionen entlastet werden. Zur Zeit stammen circa 12 % des gesamten Stroms in Deutschland aus erneuerbaren Quellen.

"Je mehr Verbraucher Strom aus erneuerbaren Energieträgern beziehen, desto weniger fossile und atomare Brennstoffe, also Kohle, Erdgas und Uran, werden verbraucht."[1]

 


 

Windkraftanlagen: Vorteile und Nachteile

Neben Schadstoffemissionen, Treibhauseffekt und Gesundheitsrisiko bei einer nicht regenerativen Energiegewinnung, sind Menschen auch direkt von Auswirkungen der Windkraftanlagen betroffen.

Geräuschbelästigung: Der Wind in den rotierenden Flügeln ist sehr laut. Diese Geräusche lassen sich kaum vermeiden, doch durch „rundere“ Designs der Rotorblätter oder durch eine geringe Drehzahl verringert sich die Lautstärke. Die Lärmschutzverordnung hat festgelegt, dass Windparks mindestens 1000 Meter von einem Wohngebiet entfernt stehen müssen, damit die Grenzwerte der Lärmschutzverordnung eingehalten werden.[1]

Unangenehmer Schattenwurf: Der flackernde Schatten (Schlagschatten) der sich drehenden Rotorblätter ist unangenehm für die Menschen, die in der Nähe wohnen. Doch auch hier gibt es ein Gesetz: maximal 30 Minuten täglich darf der Schlagschatten auf bebautes Gebiet treffen, insgesamt höchstens 30 Stunden im Jahr.

Landwirtschaftliche Nutzung: Der Standort des Windrades kann nicht mehr oder nur noch beschränkt landwirtschaftlich genutzt werden. Unter Anderem durch den Schattenwurf, die Lärmbelästigung, die Bodenleitungen, Wegebau und durch das Fundament ist der Landwirt im Bestellen seiner Felder eingeschränkt. Weidetiere können oft nicht gehalten werden. Der Besitzer der landwirtschaftlichen Fläche erhält häufig, je nach Gesetzeslage, eine finanzielle Entschädigung.[2]

Begrenztheit der Nutzung: Windkraftanlagen können nicht an jedem Platz und überall gebaut werden. Auch die Zahl an Anlagen an einem bestimmten Ort ist limitiert, da sich die Maschinen gegenseitig buchstäblich "den Wind aus den Flügeln nehmen" und so eine effektive Nutzung nicht mehr gewährleistet ist. Wird der Wind zu heftig (bei ungefähr 25 m/s), müssen die Windkraftanlegen abgeschaltet werden, da sonst die Rotoren beschädigt oder zerstört werden können.

Verfügbarkeit und Speicherung der Energie: Wenn manchmal kein Wind weht, steht kein Strom zur Verfügung? Diese Frage beschäftigt viele Forscher. Es ist möglich die Energie, die an windreichen Tagen produziert wird und nicht verbraucht wird, in bestimmter Weise zu speichern. Jedoch kann diese Speicherung nur indirekt erfolgen. Das heißt, die Energie muss auf ein anderes Medium übertragen werden, welches die Energie wieder freisetzen kann, wenn sie gebraucht wird. Das kann zum Beispiel durch Pumpspeicherung erfolgen. Die gewonnene Energie wird dafür verwendet, Wasser in einem Becken o.ä. hoch zu pumpen. Wird das Wasser wieder abgelassen, erzeugen Turbinen im Wasserstrom wieder Energie. Leider geht bei dieser Vorgehensweise noch viel Energie verloren. Auch Sonnenenergie, die natürlich nur tagsüber gewonnen werden kann, kann so gespeichert und über Nacht verbraucht werden.

Kosten-Nutzen Bilanz: Obwohl bei der Herstellung, der Nutzung und bei der Entsorgung der Windräder Energie verbraucht wird, lohnt sich der Bau. Im Vergleich zum Verbrauch produzieren Windkraftanlagen innerhalb ihrer Laufzeit 40 bis 70 mal soviel Energie. Viele Windkraftanlagen, die recycelt werden, können gewinnen sogar 90 mal soviel.

Ökologische Folgen: Beim Bau von Windkraftanlagen muss vor allem auch der Naturschutz berücksichtigt werden. Vögel und Fledermäuse können durch den Schlag der Rotorblätter erfasst werden und die großen Fundamente der Windkrafttürme zerstören Lebensräume vieler auf dem Land und im Wasser lebenden Lebewesen. In Natur- und Vogelschutzgebieten dürfen keine Windräder gebaut werden. Zugvögel umfliegen größere Windkraftgebiete. Manche Arten lassen sich von den Rädern nicht stören, während andere ihren Lebensraum verlagern. Untersuchungen kamen zu dem Ergebnis, dass sich viele Wildtiere nach gewisser Zeit an die Anlagen gewöhnen und sich von ihnen nicht vertreiben lassen.[1]

Zum Schutz naturnaher und kulturhistorischer Landschaften muss der Standort eines Windrades dennoch sehr gut durchdacht sein.

 


 

Das Windrad an der Elisabethschule in Vechta

 

Im Landkreis Vechta wurden seit 1986 insgesamt 76 Windkraftanlagen gebaut, die zusammen eine Leistung von über 100.000 kW einbringen. Zum Vergleich: eine kleine Familie verbraucht im Durchschnitt ungefähr 3200 kW pro Jahr.[5]

Die Station Windenergie des Umweltpfads biocache: Lernpfad Vechta befindet sich auf dem Flachdach der Elisabethschule Vechta bei den folgenden Geokoordinaten:

N52°44.348'
E008°17.709'.

Das Windrad wurde von Schülerinnen und Schülern der Elisabethschule, mit Unterstützung von dem Mühlenbauer H. Wolking aus Calveslage und dem Ingenieurbüro Frilling GmbH aus Vechta, in der Zeit von August 2009 bis Juni 2010 gebaut.

 


 

Einzelnachweise:

  1. http://www.windinformation.de
  2. http://www.smul.sachsen.de/lfl/publikationen/download/306_2.pdf
  3. http://www.energieroute.de/wind/wind2.php
  4. http://www.geologie.tu-clausthal.de/moin/pdf_dokumente/Schindler_Vortrag.pdf
  5. http://strom.idealo.de/news/3483-stromverbrauch-im-haushalt (Stand 2009)