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Windenergie

Windkraftanlagen

Windkraftanlagen

Eine Windkraftanlage wandelt Windenergie in eine Drehbewegung um, die von einem Generator zur Stromerzeugung genutzt wird.

Die beiden Haupttypen von Windenergieanlagen sind die Horizontalachsenturbine und die Vertikalachsenturbine. Horizontalachsen-Windkraftanlagen werden weltweit am häufigsten eingesetzt. Vertikalachsen-Windkraftanlagen sind unabhängig von der Windrichtung. Vertikalachsen-Turbinen eignen sich sehr gut für den Einsatz in städtischen Gebieten oder in Gebäuden.

Bei Windenergieanlagen wird die planmäßige Wartung durchschnittlich viermal im Jahr durchgeführt: Sicht-, Schmier-, elektrische und mechanische Wartung. Dies geschieht an windstillen Tagen so weit wie möglich, um Produktionsausfälle so gering wie möglich zu halten.

Teile einer Windkraftanlage 

Eine Windkraftanlage besteht aus einem Sockel, einem Mast und einer Gondel, in der sich die eigentliche Turbine und schließlich die Dochte befinden.

Windkraftanlage Basis 

Eine Windkraftanlage muss gut im Boden verankert sein, in dem sie sich befindet. Manchmal wird aus Kostengründen eine flache Basis verwendet. Der Sockel besteht aus Beton und ist mit Durchbrüchen versehen, durch die die elektrischen Leitungen geführt werden können.

In Meereswindparks gibt es drei Arten von üblichen Fundamenten: einen dreibeinigen Fuß (Stativ), eine Löffelbasis oder einen geraden Mast. Die Möglichkeit, schwimmende Windmühlen ohne direkte Verankerung am Meeresboden herzustellen, wird untersucht. Dies würde es ermöglichen, Windkraftanlagen in tieferen Gewässern zu platzieren und mit geringeren Investitionen mehr erneuerbare Energie zu nutzen. Diese befinden sich jedoch noch in der Testphase.

Da moderne Windenergieanlagen größer sind als frühere Versionen, ist es (noch) nicht möglich, ihre Basis für neue Windenergieanlagen zu verwenden.

Mast 

Der Mast einer Windmühle muss vielen Belastungen standhalten. Noch größer als die Belastung der Gondel, des Generators und der Schaufeln ist die Windlast, die der Mast tragen muss. Deshalb gilt die Regel: Je höher der Mast, desto breiter der Fuß. Die Höhe der Achse einer Windkraftanlage hat im Laufe der Jahre ebenfalls erheblich zugenommen. Während die Windenergieanlagen um 1980 rund 15 Meter hoch waren, waren sie Mitte der neunziger Jahre bereits 50 Meter hoch. Windkraftanlagen sind heute durchschnittlich 100 Meter hoch. Es wird erwartet, dass die Windenergieanlagen in Zukunft eine durchschnittliche Schachthöhe von 150 bis 200 Metern haben werden.

Der Mast kann aus Beton oder Stahl bestehen. Je nach Größe kann es mit Winden angehoben werden. Größere Proben müssen mit einem Hahn zusammengebaut werden. Im Mast befindet sich eine Leiter, möglicherweise ein Aufzug und Stromkabel.

Der Transport von Masten vom Produktionsort zur Baustelle ist eine große logistische Herausforderung. Da ein Mast in Bezug auf Gewicht und Größe nicht in einem Stück transportiert werden kann, wird der Mast in Teilen transportiert und vor Ort montiert. Die verschiedenen Komponenten sind so groß wie möglich. Ein Stahlmast besteht aus zwei bis vier Abschnitten, die zusammen mit Flanschverbindungen hergestellt werden. Die Wandstärke beträgt 20 bis 60 Millimeter.

Da die Erdoberfläche die Windgeschwindigkeit durch Reibung verringert, steigt die Energieeffizienz von Windkraftanlagen mit der Höhe. Dies bedeutet, dass in größerer Höhe mehr kinetische Energie aus dem Wind gewonnen wird, um mehr Windenergie zu erzeugen.

Gondel 

In der Gondel einer Windkraftanlage befindet sich ein Generator und ein Getriebe in der Gondel. Der Generator wandelt die kinetische Energie der Welle in elektrischen Strom um und ist mit einem großen Dynamo vergleichbar. Die meisten Windkraftanlagen haben ein Getriebe.

Das funktioniert wie ein Getriebe: Es erhöht die Drehzahl. Das Getriebe ist eine gefährdete Komponente, was bedeutet, dass sich einige Hersteller für einen Generator mit Direktantrieb entscheiden, den sogenannten Direktantrieb oder den getriebelosen. Windkraftanlagen sind mit einem aerodynamischen Bremssystem ausgestattet, um sie in Not- oder Wartungssituationen stoppen zu können. Eine Wetterfahne in der Gondel misst die Windrichtung. Sobald sich das ändert, richtet ein Handmotor die Gondel direkt in den Wind.

Schaufeln einer Windkraftanlage

Die Schaufeln einer Windkraftanlage sind wichtige Komponenten. Moderne Klingen bestehen aus Glasfaser oder kohlefaserverstärktem Kunststoff. Die maximale Schaufellänge moderner Windenergieanlagen beträgt bei Landturbinen etwa 65 Meter und bei Offshore-Turbinen etwa 85 Meter. Das Zentrum ist der Punkt, an dem sich die Klingen treffen.

Die Schaufeln drehen sich mit einer konstanten Geschwindigkeit zwischen 15 und 40 Umdrehungen pro Minute. Eine zunehmende Anzahl von Turbinen arbeitet jedoch mit einer variablen Drehzahl. Die Umdrehungen hängen von einer physikalischen Grenze ab, die die maximale Geschwindigkeit der Blattspitzen ist. Diese Höchstgeschwindigkeit ist bei allen Rotoren von Windkraftanlagen konstant, aber was die Umdrehungen verändert, ist die Länge der Flügel. Eine Vergrößerung der Schaufellänge impliziert eine Erhöhung der Radialgeschwindigkeit bei gleicher Umdrehung. Dies bedeutet, dass Windkraftanlagen mit einem größeren Rotordurchmesser (ab 90 Metern) maximal etwa 19 Umdrehungen pro Minute haben. Große Windenergieanlagen drehen sich daher langsamer als kleine Windenergieanlagen.

Unfallgefahr in einer Windkraftanlage

Auch in Windkraftanlagen kommt es manchmal zu Unfällen. Windkraftanlagen befinden sich häufig auf freiem Feld und nicht in einer dicht bebauten Umgebung, sodass Unfälle normalerweise keine Personenschäden verursachen.

Wenn es eine Verletzung gibt, hängt dies oft mit der geleisteten Arbeit zusammen. Da Windmühlen sehr hoch sind und über bestehende Gebäude hinausragen, bieten Brände und zerstörerische Rotorblätter in Windmühlen eine spektakuläre Aussicht.

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Geändert am: 26. August 2019