P-Seminar. Windkraftanlage. Definition:

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1 P-Seminar Windkraftanlage Blick von oben auf den Windpark bei Stammbach Definition: Windkraft ist eine erneuerbare Energiequelle, bei der die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Windenergie gilt als eine indirekte Form der Sonnenenergie, da die Bewegungsenergie durch die Erwärmung der verschiedenen Luftschichten der Erde durch die Sonne zustande kommt. Dadurch entstehen Temperatur-und Druckunterschiede zwischen kälteren und wärmeren Luftschichten (Äquator und Pole), wodurch bewegte Luftmassen entstehen, die die Rotorblätter des Windrades antreiben. Geschichte In den Jahren 1940 bis 1950 wurden die ersten richtigen Zwei- und Dreiblatt- Windkraftanlagen entwickelt, jedoch ohne hohe Leistung. Die beiden ersten Versuche mit MW-Anlagen wurden 1980 und 1990 mit GROWIAN I. und II. an

2 der Küste durchgeführt, die aber beide aufgrund von zahlreichen Pannen wieder abgerissen wurden. Im Anschluss daran wurden immer mehr Windparks im kw-bereich installiert mit einem Standard von kw Nennleistung. Seit dem Jahre 2001 werden immer effizientere MW-Anlagen durch Unternehmen wie Enercon oder der Nordex AG entwickelt und produziert. Windrad von Typ Enercon E92/ 2350

3 Windrad vom Typ Enercon E 92/ 2350 Standort und Anlagentyp Bei dem Windpark rund um Stammbach handelt es sich selbstverständlich um einen Onshore-Park. Unter Onshore versteht man Windräder, die an Land gebaut werden. Dadurch sind sie abhängig von den Winden, die übers Land ziehen (Wetterverhältnisse), weshalb die Standortwahl eine enorm wichtige Rolle spielt. Wenn von Windrädern die Rede ist, denkt man wahrscheinlich sofort an einen hohen Turm mit einer Kuppel und drei daran montierte Blätter. Tatsächlich werden in Deutschland fast ausschließlich Dreiblattrotoren mit horizontaler Achse installiert. Dabei sind drei aerodynamisch optimierte Rotorblätter an der Rotornabe angebracht, da diese einen großen Anteil an Bewegungsenergie der Luft nutzbar machen. Diese werden aufgrund ihrer hohen Umfangsgeschwindigkeit, die sechs bis zwölf Mal höher als die aktuelle Windgeschwindigkeit sein kann, häufig als Schnellläufer bezeichnet. Diese Art

4 von WKA (Windkraftanlagen) gelten als leistungs-effizienteste Anlagen, da sie in einem Bereich von Windgeschwindigkeiten von vier bis elf Metern pro Sekunde funktionieren. Sie Zeichnen sich unter Anderem durch ihre hohe Leistung bei vergleichbar niedriger Lärmbelästigung und einer Lebenszeit von circa 25 Jahren aus. Die Kosten für die Rotoren machen dabei jedoch bis zu 40% der Gesamtkosten aus, weshalb so wenig Rotorblätter wie möglich verwendet werden sollen. Drei sind jedoch notwendig, da bei einer geringeren Anzahl häufig Startprobleme auftreten und der Dreiblattrotor über eine bessere Windaufnahme verfügt, wodurch der Luftstrom nicht so schnell abreist, weshalb diese Variante bei den modernen WKA am meisten Verwendung findet. Funktion und Aufbau Bei den in Stammbach verwendeten Fundamenten handelt es sich um Flachfundamente, da sie auf tragfähigem Grund erbaut wurden. Dabei wird Stahlbeton von Ort eingegossen, wobei das erste Stück des Turmes mit im Fundament eingearbeitet wird. Allgemein kann man sagen, dass die Energieproduktion mit zunehmender Turmhöhe steigt, da dadurch auch die Windgeschwindigkeit steigt, wobei man dennoch stets auf die hohen Kosten und das Gewicht achten muss. Es handelt sich um konische Stahlrohrtürme, die in Meter Stücken geliefert und anschließend mit dem Betonfundament verschraubt werden. Durch diese Bauart werden die Wartungs- und Installationsarbeiten erleichtert. Im Inneren des Turmes befindet sich zudem ein Aufzug, der den Aufstieg in die Gondel erleichtert. Die Gondel selbst sitzt auf dem Turm, ist um 360 Grad drehbar und beinhaltet die wichtigsten Teile der WKA. An ihr ist die Rotornarbe angeschlossen, an der wiederum die Rotorblätter befestigt sind. Die Rotorblätter nehmen die Windenergie auf und

5 übertragen die Bewegung auf die Narbe. Sie bestehen meistens aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), Kevlar oder Kohlefaser. Durch die Blattverstellung können die Blätter einzeln eingestellt werden, um einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen. Da beim Modell Enercon E92 ist kein Getriebe verbaut ist, wird die Bewegung direkt über die Rotornabe auf den Ringgenerator übertragen, in dem aufgrund von Induktion eine Spannung erzeugt wird. Es ist ein Generator vom Typ SYNC Wounded mit einer Maximalgeschwindigkeit von 16 Umdrehungen pro Sekunde. Anders als normale Generatoren müssen diese mit schwankender mechanischer Leistung, also Drehmoment, auskommen. Die Windnachführung (Azimutverstellung) ist ein Drehkranz zwischen Gondel und Turm mit Elektromotor, um die Gondel und den Rotor in die optimale Position zum Wind zu drehen. Durch das Kühlsystem wird der Generator vor Überhitzung geschützt. Das Anemometer und die Windfahne, die sich auf der Gondel befinden, messen Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Der elektronische Regler ist ein Computer, der das Verhalten der Anlage prüft, die Windnachführung steuert und bei Problemen die Anlage stoppt und den Betreiber umgehend informiert. Die Signale und Daten der Windmessgeräte nutzt der Regler, um die Anlage einzuschalten, oder bei Geschwindigkeiten ab 25 Meter pro Sekunde oder Störung abzuschalten, um Schäden zu verhindern.

6 Blick in die Gondel und in den Fuß einer Windkraftanlage Funktionsweise Ab einer Windgeschwindigkeit von 2 m/s startet der Computer die Windlaufausrichtung und stellt sie optimal. Dadurch trifft der Wind auf die schräg angeordneten Rotorblätter, wodurch eine Drehbewegung entsteht. Der Rotor ist mit dem Generator verbunden, indem nun eine Spannung induziert wird. Durch die Leitungen gelangt der Strom nun im Turm nach unten und kann anschließend ins Netz eingespeist werden. Allgemeines: Im Stammbacher Ortsgebiet sind aktuell 6 Windkraftanlagen des Typs Enercon E92/2350 in Betrieb. Diese haben eine Nennleistung von 2350 kw bei einem Durchmesser 92 Meter und einer Nabenhöhe von 138 Metern. Ein Windrad überstreicht eine Fläche von 6648 m² und weist bei den drei Rotorblättern eine

7 Blick von oben auf den Windpark bei Stammbach Auf dem Bild sind die sechs Windkraftanlagen hinter der Photovoltaikanlage und der A9 klar ersichtlich. Der Sockel mit den unterschiedlichen Grünabstufungen ist ein typisches Kennzeichen der Firma Enercon. Leistungsdichte von 2,83 m²/kw auf. Der Windpark, der somit eine Gesamtleistung von kw umfasst, kann ungefähr private Drei- Personen-Haushalte mit Strom versorgen und wurde unter der Projektleitung von Fronteris Service GmbH errichtet.

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