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Windenergie? Vier wenig bekannte Fakten rund ums Windrad

Windenergie? : Vier wenig bekannte Fakten rund ums Windrad

Windräder gehören mittlerweile in vielen Landstriche in Deutschland zum Erscheinungsbild. Oftmals stehen sie in größeren Gruppen auf ehemaligen Weiden und Äckern. Die Meinungen rund um die Windenergie und den ästhetischen Wert der Anlagen gehen weit auseinander.

Selten geht es dabei um die interessante Technik hinter der aus dem Wind gewonnen Energie. Vier Fakten, die kaum jemand über Windräder kennt.

Seit den Ölkrisen der 70er Jahre ist Windenergie in Europa ein Thema. Vorreiter ist hier Dänemark. Doch auch in Deutschland finden sich mehr als 30.000 Windräder in der Landschaft wieder, um gemeinsam mit der Solarenergie andere Ressourcen für den menschlichen Energiebedarf zu nutzen. Der sogenannte Öko-Strom und weitere Maßnahmen rund um die Energiewende sind häufig ein Politikum. Die fortschrittliche Technik gerät bei politisch und ideologisch aufgeladenen Gesprächen oft aus dem Blick. Dabei lohnt der Blick auf die Technik durchaus, denn so simpel der Aufbau erst einmal scheint und an die klassische Windmühle erinnert, so komplex ist der Aufbau hinter der schlichten Form.

Eine Windanlage besteht im Wesentlichen aus sechs unterschiedlichen Komponenten:

  • dem Rotor
  • dem mechanischen Antriebstrang
  • dem elektronischen System
  • der Regelung
  • dem Turm
  • dem Fundament

Hinter jedem dieser Bauteile steht jahrelange Erfahrung, Forschung und präzise Arbeit. Selbst für die großen Teile und klobig aussehenden Bauteile einer Windenergieanlage ist präzise Arbeit notwendig. Die eingebauten Drehteile und Fräsprodukte aus Stahl werden in einer CNC-Fertigung (rechnergesteuerte Werkzeugmaschine) hergestellt. Nur wenn die Fertigung genau nach Vorgaben arbeitet, entsteht ein langlebiges und effizientes Windrad.

Fakt 1: Die gute Lage ist entscheidend: Was bedeuten Onshore, Offshore oder Nearshore?

(EEG) mindestens eine Entfernung von drei Seemeilen zur Küste haben. Ein Nearshore-Park liegt innerhalb von drei Seemeilen an der Küste.

Der NABU weist darauf hin, dass Windenergie mit rund 45 Prozent erzeugter Energie bei den erneuerbaren Energien einen wesentlichen Anteil haben. Allerdings müsse der Bau dieser Anlagen mit der Natur in Einklang gebracht werden. Konfliktarme Standorte sind wünschenswert, an denen weder Flugrouten von Vögeln noch Paarungsgebiete von Lebewesen beeinträchtigt werden. Auch nicht alle Menschen sind begeistert, wird ein solcher Park in der Nähe ihres Wohnortes geplant.

Die Lage hat einen Einfluss auf die Höhe des Turms. Das ist der teuerste Teil der Windenergieanlage. Er verursacht zwischen 15 bis 25 Prozent der gesamten Baukosten. Auch der Transport des mehrere hundert Tonnen schweren Bauteils und seine Montage sind hoch.

Wie hoch der Turm wird, hängt vom Standort ab. Höhere Türme werden im Binnenland verwendet. In den höheren Luftschichten nimmt die Windgeschwindigkeit zu und die Turbulenzen nehmen ab. Die Windgeschwindigkeit ist wichtig, damit die Anlage viel Energie abgibt. Die Turbulenzen sorgen für eine hohe Belastung für die Rotorblätter und den Antriebsstrang. An der Küste sowie an weiteren Starkwindstandorten reichen niedrigere Türme.

In Deutschland hat sich der Stahlrohrturm durchgesetzt. Zu Beginn gab es mehr Gittertürme, die weniger Material verbrauchen und leichter zu montieren sind. Allerdings kosten sie viel Arbeitszeit und sind somit in Europa deutlich teurer. In Ländern mit geringeren Lohnkosten sind die Gittertürme verbreiteter.

Fakt 2: Nicht nur zwischen On- und Offshore-Anlagen gibt es Unterschiede beim Fundament

Wie bei jedem Bauwerk sichert das Fundament bei der Windenergieanlage den Stand. Die Belastung entsteht beim Windrad durch den Windrotor und die Bewegung. Zwischen den On- und Offshore-Anlagen gibt es beim Fundament Unterschiede. An Land ist das Schwerkraftfundament die Regel. Ein Bodengutachten testet die Tragfähigkeit des Standortes. Bei Flachgründungen bestehen die Fundamente aus Beton und Stahl. Sollte der Untergrund weich sein, wird das Fundament mit zusätzlichen Pfahlgründungen gesichert.

Je nach Bauart des Turms ist das Fundament achteckig-, kreuz- oder kreisförmig. Je nach Art der wirkenden Kräfte leiten die unterschiedlichen Bauformen diese besser ab. Mit einem Fundamenteinbauteil werden Fundament und Turm miteinander verbunden. Die Leitungen sowie der Blitzschutz werden vorbereitet. Am Ende wird das Fundament mit Beton ausgegossen. Erst wenn dieser durchgetrocknet ist, wird die eigentliche Anlage gesetzt.

Off-Shore-Anlagen profitieren von der langen Erfahrung mit Ölplattformen. Hieraus wissen die Ingenieure, dass keineswegs die Korrosion das größte Problem ist. Die genaue Art des Fundaments - Beton, Mehrbeinstruktur oder Stahlpfeiler - hängt ab von:

  • Wassertiefe
  • Wellenhöhe
  • Strömung
  • Eis

Ein Betonsenkkasten ist beispielsweise bei größeren Tiefen unwirtschaftlich. Die Einpfahlstruktur rechnet sich wirtschaftlich bei Wassertiefen bis zu 15 Meter besonders. Allerdings verursachen die notwendigen Rammarbeiten viel Lärm und stören dabei die Meerestiere. Auf steinigem Meeresboden ist diese Technik gar nicht einsetzbar.

Bei einer Pfahlstruktur mit einer Dreibein- oder sogenannter Fachwerkstruktur sind die Rammarbeiten durch die geringere Breite deutlich einfacher. Bei homogenen Böden wird das umweltschonende Bucket Fundament eingesetzt:

  • keine Rammarbeiten
  • leichte Demontage

Ein Zylinder wird auf den Boden gesetzt und leergepumpt. Durch den Unterdruck saugt er sich am Meeresboden fest. Auch schwimmende Fundamente werden bei tieferen Gewässern eingesetzt. Hierbei sind die Schwimmkörper über Seile mit dem Meeresboden verbunden.

Fakt 3: Jedes Windrad hat ein Maschinenhaus

Das Maschinenhaus wird auch als Gondel bezeichnet und dient der sicheren Lagerung von:

  • Triebstrang
  • Steuerung
  • Hydraulik
  • Kühlung

Sie wird gewöhnlich aus Aluminium oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) hergestellt.

Fakt 4: Der erzeugte Strom wird durch einen Transformator auf die Netzspannung gebracht

So werden die Komponenten bezeichnet, welche die Leistung übertragen. Sowohl der Rotor mit seinen Rotorblättern und der Narbe als auch der Generator gelten als Triebstrang und werden in der Gondel geschützt. Der Rotor besteht aus der Rotornabe und den -blättern. Das Rotorblatt ist eine entscheidende Komponente beim Umwandeln von Wind in eine von Menschen nutzbare Energie. Neben den wichtigen aerodynamischen Eigenschaften spielen die Lasten durch die mechanische Struktur eine Rolle. Moderne Rotorblätter enthalten einen eingebauten Blitzschutz.

Entweder leiten die Rotoren die gewonnene Energie direkt an den Generator weiter oder aber sie geht zunächst an das Getriebe. Im Generator wird die mechanische Leistung der Rotoren zu einer elektrischen Leistung.

Eine große Anlage produziert wie jedes elektrische Kraftwerk einen sogenannten 3-Phasen-Wechselstrom. Je nach Leistungsklasse variiert die Spannung und muss in einem Transformator auf die lokale Netzspannung hochgespannt werden. Der Transformator befindet sich entweder in einem kleinen Gebäude neben der Anlage oder in der Gondel beziehungsweise im Turm.

(vo)