Techniklexikon

Windenergie

Energietechnik, regenerierbare Energiequellen, regenerative Energieform zur Nutzung für den menschlichen Verbrauch. Winde sind die Folge der unterschiedlichen Erwärmung verschiedener Gebiete auf der Erde und der daraus resultierenden Konvektionsströmungen; Windenergie ist somit eine indirekte Nutzungsform der Sonnenenergie. Zwar beträgt der geschätzte Anteil der jährlichen Sonneneinstrahlung von 5,6 × 10⁶ EJ, der in Wind- und Meereströmungen umgewandelt wird, nur etwa 0,02 %, jedoch entspricht auch diese Menge noch einem Vielfachen des Weltjahresverbrauchs an fossiler Primärenergie. Von allen erneuerbaren Energiequellen zeigte der Windenergiesektor im Zeitraum von 1990-2000 die stärkeste Dynamik mit Wachstumsraten bei installierten Anlagen von durchschnittlich 30 % jährlich weltweit; die gesamte installierte Kraftwerksleistung betrug 1999 über 10 GW_el. Weltspitzenreiter in der Windenergienutzung ist derzeit Deutschland, was v.a. staatlichen Förderungsprogrammen zu verdanken ist. Bei der Windenergienutzung wird zwischen Windgeneratoren mit horizontaler (Horizontalachsenkonverter) und vertikaler (Vertikalachsenkonverter) Drehachse unterschieden, wobei letztere bisher keine Rolle im kommerziellen Sektor spielen. In beiden Fällen basiert die Energieumwandlung auf einer unterschiedlichen Umströmung von Ober- und Unterseite eines im allgemeinen asymmetrischen Flügels, die nach der Bernoullischen Gleichung zu einer (aerodynamischen) Auftriebskraft führt. Windgeneratoren, die auf der blossen Mitnahme des Flügels durch die Windströmung basieren, wie etwa der Savonius-Rotor (Ekman-Strömungsmesser), spielen nur eine untergeordnete Rolle. Die Standortwahl ist von entscheidender Bedeutung für eine ökonomische Nutzung der Windenergie; zur Zeit werden Standorte mit mittleren Windgeschwindigkeiten von > 5m / s als wirtschaftlich nutzbar angesehen. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass die Windenergieleistungsdichte gemäss  (A: überstrichene Fläche) von der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit und somit nicht nur von deren Mittelwert, sondern auch von deren detaillierter Verteilung abhängt, so dass Standorte mit identischem Mittelwert durchaus stark unterschiedliche Energieausbeuten haben können. Der Höhe der Aufstellung eines Windgenerators kommt ebenfalls grosse Bedeutung zu, da zum einen mit grösserer Entfernung zur konvektiven Randschicht, die sich beim Überstreichen der Erdoberfläche durch die Windströmungen ausbildet, die Windgeschwindigkeiten ansteigen, typischerweise mit einem Skalengesetz der Form (v / v₀) = (h / h₀)^a (a » 0,2), zum anderen auf Grund der Höhenabhängigkeit der Luftdichte r, die an hoch über dem Meeresspiegel gelegenen Standorten die maximale Energieausbeute etwas reduziert. Der maximale Wirkungsgrad eines Windgenerators ist durch das Betzsche Gesetz gegeben, das den Wirkungsgrad auf 16 / 27 » 0,59 begrenzt. An guten Standorten sind Windanlagen mit Investitionskosten von 1 000 US-Dollar pro kW installierter Leistung bereits heute voll konkurrenzfähig – auch ohne Einbeziehung versteckter Umweltkosten oder Subventionierung der fossilen Energieträger –, was in einem erzielbaren Strompreis zwischen 0,05 und 0,10 US-Dollar / kWh zum Ausdruck kommt. Neben der Einzelaufstellung von Windgeneratoren kommt auch die Farmaufstellung immer häufiger zum Einsatz; die grösste derzeit (1999) realisierte Windfarm (Storm Lake Wind Power Facility) befindet sich in Alta, Iowa, USA, und verfügt über eine installierte Leistung von 197,75 MW_el.

 

Windenergie: Installierte Windenergieleistung in MW_el in verschiedenen Ländern jeweils am Ende des Jahres (1995 bis 1998). (Quelle: Wind Force 10. How wind can produce 10% of world power by 2020, Renewable Energy World, Vol.2, No.6, November 1999)

bottom:solid gray 1.0pt;border-right: none;mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt; height:30.4pt\'> Land	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none; mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt;height:30.4pt\'> 1995	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none; mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt;height:30.4pt\'> 1996	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none; mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt;height:30.4pt\'> 1997	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none; mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt;height:30.4pt\'> 1998	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none; mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt;height:30.4pt\'> Wachstum 1997-98 [% / a]	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt; height:30.4pt\'> durchschnittl. Wachstum [% / a]
Deutschland	1 132	1 552	2 081	2 874	38,1	36,4
USA	1 614	1 615	1 611	2 141	32,9	9,9
Dänemark	637	835	1 116	1 420	27,2	30,6
Indien	576	820	940	992	5,5	19,9
Spanien	133	250	512	880	71,9	87,7
Niederlande	249	295	329	379	15,2	15,0
Grossbritannien	200	273	328	338	3,0	19,1
China	44	79	146	200	36,7	65,6
Italien	33	71	103	197	91,6	81,5
Schweden	69	103	122	176	43,9	36,5
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt;height:30.4pt\'> WELT	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt; height:30.4pt\'> 4 687	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt; height:30.4pt\'> 5 893	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt; height:30.4pt\'> 7 288	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt; height:30.4pt\'> 9 597	bottom: solid gray 1.0pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt; height:30.4pt\'> 31,7	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 1.5pt 0cm 1.5pt;height:30.4pt\'> 27,0

 

Windenergie: Windgenerator auf Gitterturm mit einer Nominalleistung von 250 kW (mit freundlicher Genehmigung der Fa. Nordex GmbH).