Durch die globale Klimaerwärmung sind heutzutage alternative, erneuerbare Energiequellen von besonderer Bedeutung.
Die Idee, die Kraft des Windes zu nutzen ist alt. Die Ursprünge der Windmühlen liegen wahrscheinlich in Persien und in China, vielleicht gab es aber auch bei den Ägyptern, Phöniziern und Griechen bereits Windräder. In Europa waren die Bockwindmühle im 13. Jh. und die Holländer-Windmühle die üblichsten Bauformen. In Amerika wurde im 19. Jh. die Amerikanische Windturbine zum Wasserpumpen bei Schwachwind erfunden.
In den ländlichen, noch nicht elektrifizierten Gebiete gab es um die Jahrhundertwende die ersten Versuche, aus Wind Strom zu erzeugen. Bereits in der ersten Hälfte des 20. Jh. war der „Windstrom“ mehr als ein Experiment. In Deutschland kam der entscheidende Impuls vom Aerodynamiker Albert Betz. Auch in der UdSSR, den USA und in Dänemark gab es bereits in den 30er Jahren starke Windkraftanlagen.
Die Ölkrise von 1973 löste ein Streben nach Ölunabhängigkeit aus und machte Windkraft aus Großanlagen wiederum interessanter. Anfang der 80er entstanden vor allem in Amerika (z.B. Kalifornien) die ersten großen Windfarmen.
Im 21. Jh. wird die Windkraft vor allem wegen dem Umweltschutz besonders interessant. Der Wind ist eine (noch) kostenlose, „immer“ zur Verfügung stehende Energiequelle, die genutzt werden kann, um andere Primärenergieträger zu entlasten.
Inhaltsverzeichnis
- Die physikalische Windenergiewandlung
- Das ideale Windrad nach Betz
- Das reale Windrad
- Der Wirkungsgrad
- Die Schnelllaufzahl
- Die Drehzahl
- Das Drehmoment
- Die Aerodynamik des Rotors
- Die Kräfte am Rotorblatt
- Rotorkonfiguration
- Anzahl der Rotorblätter
- Blattform
- Leistungsregelung
- Rotoren mit festen Blätter
- Rotoren mit Blatteinstellwinkelregelung
- Windrichtungsnachführung
- Elektrisches System
- Der Generator
- Das Getriebe
- Netzkopplung
- Strukturbelastung
- Materialfrage des Rotors
- Turm und Fundament
- Nachteile
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den physikalischen Hintergründen und der Funktionsweise von Windkraftanlagen. Ziel ist es, ein tiefergehendes Verständnis für die Funktionsweise dieser Anlagen zu entwickeln und die wichtigsten technischen Aspekte zu beleuchten.
- Die Umwandlung von Windenergie in mechanische Energie
- Die Aerodynamik des Rotors und die Kräfte am Rotorblatt
- Das elektrische System, insbesondere Generator, Getriebe und Netzkopplung
- Die Konstruktion und Materialwahl der Windkraftanlage
- Die Vorteile und Nachteile von Windkraftanlagen
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel befasst sich mit der physikalischen Windenergiewandlung. Es werden die Grundlagen der Windenergie und die Theorie des idealen Windrades nach Betz erläutert. Das zweite Kapitel widmet sich der Aerodynamik des Rotors, den Kräften am Rotorblatt und der Rotorkonfiguration. Die Leistungsregelung und die Windrichtungsnachführung werden ebenfalls behandelt. Im dritten Kapitel wird das elektrische System der Windkraftanlage mit Generator, Getriebe und Netzkopplung näher beleuchtet. Das vierte Kapitel befasst sich mit der Strukturbelastung, insbesondere der Materialfrage des Rotors, dem Turm und dem Fundament. Das fünfte Kapitel stellt die Nachteile von Windkraftanlagen dar.
Schlüsselwörter
Windkraft, Windenergie, Windrad, Rotor, Aerodynamik, Leistungsregelung, Windrichtungsnachführung, Generator, Getriebe, Netzkopplung, Strukturbelastung, Materialfrage, Turm, Fundament, Nachteile.
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- Jonas Stecher (Autor), 2004, Physikalische Hintergründe und Funktionsweise von Windkraftanlagen, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/118509
