Eine Windkraftanlage ist eine Windmühle, die die kinetische Energie des Windes in eine rotierende Bewegung umwandelt, um Strom zu erzeugen. Diese Windkraftanlagen sind ein wesentliches Element für die Erzeugung von Windenergie.
Windenergie ist eine erneuerbare Energiequelle, die dank der Kraft des Windes elektrische Energie erzeugt. Windkraftanlagen sind aerodynamisch konstruiert, um die Kraft des Windes in mechanische Energie und später in einer Lichtmaschine in Strom umzuwandeln .
Windparks bestehen aus mehreren Windkraftanlagen. Der Zweck von Windparks ist die Erzeugung von elektrischer Energie, um diese in das Stromnetz einzuspeisen.
Die dem Netzanschluss zugeführte Frequenz muss konstant bei 50 Hz in Europa und 60 Hz in Amerika liegen. Der produzierte Strom wird an eine Reihe von Umrichtern gesendet, bevor er ins Netz eingespeist wird.
Die Nutzungsdauer der derzeit installierten Windenergieanlagen beträgt knapp 25 Jahre.
Arten von Windkraftanlagen
Je nach Position der Rotorwelle gibt es zwei Arten von Windkraftanlagen:
Windkraftanlagen mit horizontaler Achse: bei denen der Rotor aktiv oder passiv parallel zur Windherkunftsrichtung ausgerichtet ist.
Windkraftanlagen mit vertikaler Achse: deren Ausrichtung unabhängig von der Windherkunftsrichtung ist.
Windgenerator mit horizontaler Achse
Ein Windgenerator mit horizontaler Drehachse am Boden besteht aus einem Stahlturm mit Höhen zwischen 60 und 100 Metern. An der Spitze des Turms befindet sich eine Gondel, in der sich die wichtigsten Elemente der Maschine befinden:
Die Flügel, die die Energie des Windes einfangen. Die Klingen sind zwischen 20 und 60 Meter lang.
Der Rotor wandelt die Energie des Windes in mechanische Energie um.
Ein Getriebe zur Änderung der Winkelgeschwindigkeit und des Leistungsverhältnisses, um optimale Werte für den Betrieb des Elektrogenerators zu haben. Einige Windkraftanlagen verwenden dafür jedoch andere Techniken.
Der vom Rotor angetriebene elektrische Generator, der mechanische Energie in Elektrizität umwandelt.
Diese Art von Windkraftanlage kann eine sehr variable Leistung erzeugen, die je nach lokalem Wind und Wetter von wenigen kW bis 5-6 MW reichen kann.
Traditionelle Windkraftanlagen haben fast ausnahmslos die horizontale Drehachse.
Die Rotorblätter dieser Art von Windkraftanlagen bestehen aus Holz oder Polyester oder glasfaserverstärktem Epoxid.
Windgenerator mit vertikaler Achse
Diese Art von Windmühle zeichnet sich dadurch aus, dass sie weniger bewegliche Teile in ihrer Struktur hat. Diese Einfachheit verleiht ihm eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen starke Windböen und die Möglichkeit, jede Windrichtung auszunutzen, ohne sich ständig orientieren zu müssen.
Windkraftanlagen mit vertikaler Achse sind sehr vielseitige Maschinen. Diese Maschinen können sowohl für den Hausgebrauch als auch für die zentrale Stromerzeugung in der Größenordnung von Megawatt verwendet werden. Eine einzige Turbine deckt durchschnittlich den Strombedarf von etwa 1.000 Haushalten.
Der wesentliche Unterschied zu Turbinen mit horizontaler Achse ist die starke Drehmomentschwankung der Schaufeln während der Rotation. Diese Variation verursacht große Ermüdung und Bruchgefahr.
Mit welcher maximalen und minimalen Drehzahl kann eine Windkraftanlage betrieben werden?
Der Bereich der Windgeschwindigkeiten liegt im Median von 4 bis 22 m/s.
Alle Windkraftanlagen benötigen zum Drehen eine Mindestwindgeschwindigkeit (Schnitt) von 3 bis 5 m/s. Wenn die Geschwindigkeit 12 bis 14 m / s erreicht, kann er elektrische Leistung liefern.
Bei sehr starken Winden von 20–25 m/s hingegen blockiert die Bremsanlage aus Sicherheitsgründen die Windkraftanlage. Die Arretierung kann mit Bremsen erfolgen, die den Rotor blockieren, oder durch Drehen der Rotorblätter, um die Aerodynamik zu ändern, damit der Wind sie nicht drücken kann.
