Wind weht, die Rotorblätter drehen sich, Strom kommt raus. Das klingt erstmal simpel, doch wie genau funktioniert eine moderne Windenergieanlage und was passiert in ihrem Inneren? Diese Frage beleuchten wir im folgenden Artikel.
Die Rotorblätter einer Windenergieanlage sind in ihrer Konstruktion sehr ähnlich zu Flugzeugflügeln. Wenn Wind auf die Rotorblätter trifft, entsteht – ähnlich wie beim Flugzeug – ein Unterdruck, der die Blätter in Bewegung setzt.
Die Rotorblätter sind an der Rotornarbe, also der Nase des Windrads befestigt. Beides zusammen wird als Rotor oder auch Stern bezeichnet. Der gesamte Rotor wird durch den Wind, also durch Bewegungsenergie oder auch kinetische Energie, in Rotation versetzt. Wie schnell sich ein Rotor dreht, hängt von der Größe, dem Anlagentyp und der Windstärke ab. Die Spanne liegt etwa bei 5 bis 20 Drehungen um die eigene Achse pro Minute. Dies klingt erst einmal wenig, bei voller Leistung kann die Geschwindigkeit an den Rotorblattspitzen dabei allerdings bereits über 200 km/h betragen.
Sobald der Rotor sich dreht, geht der Blick in das Maschinenhaus. Dieses sitz oben auf dem Turm und sieht aus wie eine Überdimensionale Garage oder je nach Hersteller wie ein Ei. Das Maschinenhaus und der Rotor sind über die Antriebswelle verbunden. Diese dreht sich im Maschinenhaus genau so oft wie der Rotor, also 5- bis 20-mal pro Minute und mit sehr viel Kraft. Die Antriebswelle leitet die Drehbewegung an das Getriebe weiter. Das Getriebe wiederum wandelt die langsamen Umdrehungen des Rotors und der Antriebswelle in rund 1500 Umdrehungen pro Minute um. Damit handelt es sich nun um mechanische Energie. An das Getriebe ist schließlich der Generator gekoppelt. Dessen Generatorwelle dreht sich ebenfalls mit 1500 Umdrehungen pro Minute und wandelt ähnlich der Funktionsweise eines Fahrraddynamos die mechanische Energie in elektrische Energie um und erzeugt somit Strom. Weiterhin gibt es auch Anlagentypen, die kein Getriebe besitzen. Man spricht hier auch von Direktantrieb, da die Rotorleistung direkt auf den Strom erzeugenden Generator übertragen wird.
Schließlich muss der Strom vom Generator ins Netz eingespeist werden. Dazu führen im inneren des Turmes Stromkabel nach unten und schließlich durch unterirdisch verlegte Kabel aus der Windenergieanlage hinaus zum nächsten Einspeisepunkt. Damit der Strom in das Netz eingespeist werden kann, benötigt er die richtige Spannung und Frequenz (in Europa immer 50 Hertz). In den meisten Windenergieanalgen befindet sich daher ein Transformator, der die Generatorspannung auf die Netzspannung anpasst. Es handelt sich dabei im Regelfall um Mittelspannung also 20.000 – 30.000 Volt (entspricht 20-30 kV). Handelt es sich um einen Windpark mit einer großen Gesamtleistung ist zudem oft ein Umspannwerk notwendig, das die Spannung auf 110kV oder 380kV erhöht und in eins der entsprechenden Netze übergibt. Ist der Strom dann im Netz eingespeist kann er von Verbraucherinnen und Verbrauchern genutzt werden.
Quelle: Windkanal – Der Windenergie Podcast: Wie wird Wind zu Strom? Technik-Grundlagen einer modernen Windenergieanlage
