Die Nutzung der Windenergie ist keine neue Technologie, sondern die Wiederentdeckung einer traditionsreichen Technik. Die heutigen Windkraftanlagen entwickelten sich aus der Windmühlentechnik und dem Wissen über die Aerodynamik. Die erste Windmühle ist im Iran bereits 600 nach Christus dokumentiert. Windmühlen aus dem persisch-afghanischen Grenzgebiet Seistan soll es bereits 644 nach Christus gegeben haben. Vermutlich wurden die Windmühlen zum Getreidemahlen genutzt. Dieser Anlagentyp mit vertikaler Drehachse fand vor allem im arabischen Raum Verbreitung.
Der Anfang der Stromerzeugung mittels Windenergietechnik fand in Dänemark statt. „Bereits im Jahr 1901 hatte der Däne Poul la Cour mit einer Versuchsanlage zur Erzeugung elektrischen Stroms die Bevölkerung eines kleinen dänischen Ortes namens Askov mit Strom versorgt.“
Albert Betz, Leiter der Aerodynamischen Versuchsanstalt Göttingen, wies 1920 nach, dass physikalisch bedingt höchstens 59,3 Prozent der Energie des Windes nutzbar sind. Seine 1925 zusammengefasste Theorie zur Formgebung der Blätter von Windrotoren ist auch heute noch Grundlage für die aerodynamische Auslegung der Anlagen.
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2. Aktuelle Entwicklungen im 21. Jahrhundert
Mit dem Folgegesetz, dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), das am 01. April 2000 in Kraft trat und dem später (Mitte 2011) von der deutschen Regierung beschlossenen Ausstieg aus der Atomenergie in Deutschland setzte sich der Ausbau der regenerativen Energien und somit auch der Windenergie weiter fort. „Seit dem Rekordjahr 2002 (mit einer neu installierten Leistung von 3200 MW) ging der Zubau an Windenergieleistung im Inland pro Jahr um ca. 30% zurück.“ Bis 2020 soll sich der Anteil der Erneuerbaren an der Stromversorgung jedoch mehr als verdoppeln (mindestens 35 % bis spätestens 2020). Um dies zu ermöglichen, wurde die Strategie entwickelt, das Meer als Standort für die WKA zu nutzen. Die Jahre 2003 bis 2007 wurden für den Bau und Betrieb erster Pilot-Offshore-Windparks genutzt. Die installierte Leistung der Pilot-Windparks betrug 500 MW. Die Jahre 2007 bis 2010 galten als Ausbaujahre, in denen die Leistung der Parks erhöht wurde. Ziel war es, die installierte Leistung auf 2000 bis 3000 MW zu erhöhen.
Der technische Fortschritt, den die Windenergie seit den 80iger Jahren gemacht hat, ist enorm. Die heutigen Anlagen arbeiten mit einem Wirkungsgrad von 40-50%.
Inhaltsverzeichnis
I. Die Windenergie von den Anfängen bis zur Gegenwart
1. Ein kurzer historischer Abriss
2. Aktuelle Entwicklungen im 21. Jahrhundert
II. Prinzip und Aufbau von Windkraftanlagen
1. Physikalische Grundlagen
1.1. Luftmasse m
1.2. Bewegungsenergie E
1.3. Leistung P
1.4. Leistungsbeiwert cp und Luftwiderstandsbeiwert cw
2. Technische Grundlagen
2.1. Das Fundament
2.2. Der Turm
2.3. Das Maschinenhaus
3. Offshore – Parks
III. Kosten und Rahmenbedingungen
IV. Suche nach Energiespeichern
1. Direkte Speicherung
2. Umwandlung in Chemie
3. Umwandlung in mechanische oder Lageenergie
4. Transformation von Windstrom zu Wasserstoff und Methan
V. Vor- und Nachteile von Windkraftanlagen
1. Vorteile
2. Nachteile
VI. Literaturverzeichnis
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Ausarbeitung gibt einen Überblick über die historische Entwicklung, die technischen Funktionsprinzipien sowie die ökonomischen und ökologischen Aspekte moderner Windkraftanlagen, wobei insbesondere die Herausforderungen der Energiespeicherung zur Sicherung der Grundlast adressiert werden.
- Historische Evolution der Windenergienutzung
- Physikalische und technische Konstruktionsmerkmale von Windkraftanlagen
- Entwicklung und Potenziale von Offshore-Windparks
- Ökonomische Rahmenbedingungen und Kostenstrukturen
- Lösungsansätze zur Speicherung und Integration von Windstrom in das Energienetz
Auszug aus dem Buch
1. Ein kurzer historischer Abriss
Die Nutzung der Windenergie ist keine neue Technologie, sondern die Wiederentdeckung einer traditionsreichen Technik. Die heutigen Windkraftanlagen1 entwickelten sich aus der Windmühlentechnik und dem Wissen über die Aerodynamik. Die erste Windmühle ist im Iran bereits 600 nach Christus dokumentiert. Windmühlen aus dem persisch-afghanischen Grenzgebiet Seistan soll es bereits 644 nach Christus gegeben haben.2 Vermutlich wurden die Windmühlen zum Getreidemahlen genutzt. Dieser Anlagentyp mit vertikaler Drehachse fand vor allem im arabischen Raum Verbreitung.3
Der Anfang der Stromerzeugung mittels Windenergietechnik fand in Dänemark statt. „Bereits im Jahr 1901 hatte der Däne Poul la Cour mit einer Versuchsanlage zur Erzeugung elektrischen Stroms die Bevölkerung eines kleinen dänischen Ortes namens Askov mit Strom versorgt.“4
Albert Betz, Leiter der Aerodynamischen Versuchsanstalt Göttingen, wies 1920 nach, dass physikalisch bedingt höchstens 59,3 Prozent der Energie des Windes nutzbar sind. Seine 1925 zusammengefasste Theorie zur Formgebung der Blätter von Windrotoren ist auch heute noch Grundlage für die aerodynamische Auslegung der Anlagen.
Einer der ersten, der die neuen wissenschaftlichen Erkenntnisse aufgriff, war der bekannte Stahlbauingenieur Hermann Honnef. Er „plante den Bau von geradezu gigantischen Windkraftwerken.“5 Die Realisierung dieser Anlagen hätte einige Probleme mit sich gebracht, aber man kann Hermann Honnef trotzdem als „ein[en] Pionier der großen Windkraftanlagen“6 bezeichnen.
1957 wurde von Ulrich W. Hütter die Grundlage für alle modernen WKA gelegt: das Windtestfeld, das später nach ihm benannt wurde, ist in der Nähe von Geislingen an der Steige auf der Schwäbischen Alb in Betrieb genommen worden.
Zusammenfassung der Kapitel
I. Die Windenergie von den Anfängen bis zur Gegenwart: Dieses Kapitel skizziert die historische Entwicklung der Windenergienutzung von den frühen Windmühlen bis hin zu den modernen Anlagen des 21. Jahrhunderts.
II. Prinzip und Aufbau von Windkraftanlagen: Hier werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten sowie die technischen Hauptkomponenten einer Windkraftanlage, wie Turm, Fundament und Triebstrang, detailliert erläutert.
III. Kosten und Rahmenbedingungen: Dieser Abschnitt behandelt die wirtschaftlichen Faktoren des Baus sowie die notwendigen regulatorischen Bedingungen für die Errichtung von Windkraftanlagen.
IV. Suche nach Energiespeichern: Das Kapitel analysiert verschiedene Methoden zur Speicherung von Windstrom, um die schwankende Energieeinspeisung auszugleichen und die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
V. Vor- und Nachteile von Windkraftanlagen: Hier erfolgt eine Gegenüberstellung des volkswirtschaftlichen und ökologischen Nutzens der Windenergie sowie der bestehenden Kritikpunkte hinsichtlich Standortwahl und Umweltauswirkungen.
Schlüsselwörter
Windkraftanlagen, Windenergie, Erneuerbare Energien, Aerodynamik, Offshore-Parks, Stromspeicherung, Wasserstoff, Hybridkraftwerk, EEG, Leistungsbeiwert, Energiewende, Nachhaltigkeit, Stromnetz, Windstrom, Grundlastfähigkeit
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen, historischen und ökonomischen Betrachtung der Windenergienutzung, insbesondere im Kontext ihrer Bedeutung für die moderne Stromversorgung.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Themen umfassen die Geschichte der Windkraft, physikalische Grundlagen, den technischen Aufbau von Anlagen, Offshore-Optionen, Kostenfaktoren sowie Speicherlösungen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, einen fundierten Überblick über die Funktionsweise und das Potenzial der Windkraft sowie die Herausforderungen bei der Integration in das heutige Energiesystem zu geben.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Ausarbeitung basiert auf einer Literatur- und Quellenanalyse technischer Fachliteratur, aktueller Berichte und statistischer Daten zum Thema Windenergie.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in technische Grundlagen (Physik, Anlagenaufbau), ökonomische Rahmenbedingungen und eine Untersuchung der Speichertechnologien, einschließlich innovativer Wasserstoff-Hybridkonzepte.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die zentralen Begriffe sind Windkraftanlagen, Energiewende, Speichertechnologien, Offshore-Windparks und aerodynamische Auslegung.
Welche Rolle spielt die Speicherproblematik für Windkraft?
Da Windenergie schwankend anfällt, ist die Speicherung entscheidend, um das Netz stabil zu halten und den Strom auch bei Windflauten nutzbar zu machen.
Was zeichnet das Wasserstoff-Hybridkraftwerk aus?
Es verknüpft Windenergie, Elektrolyse und Blockheizkraftwerke, um Windstrom speicherbar zu machen und durch die Kombination mit Methan eine grundlastfähige Stromversorgung zu ermöglichen.
- Arbeit zitieren
- Christian Osterfeld (Autor:in), 2011, Erneuerbare Energien - Windkraftanlagen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/204484
