Windkraft Vom Altertum in die Moderne

Die Idee, Windkraft zu nutzen ist nicht neu und geht bis in das Altertum zurück. Vor den Dampf- und Verbrennungsmaschinen waren über einhunderttausend durch Wind angetriebene Anlagen in ganz Europa im Einsatz. Damals noch nicht um Strom zu erzeugen, sondern um mechanische Leistung für Mühlen und Pumpen bereitzustellen.

Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts gab es dann erste Prototypen, um Wind in elektrischen Strom umzuwandeln. Und spätestens seit unseren Umweltproblemen, der Ressourcenknappheit bei fossilen Energieträgern und der Abhängigkeit von wenigen Lieferanten bei Gas und Öl wird diese Form der Energieerzeugung immer relevanter. Zudem hat die technische Entwicklung zur Nutzung der Windenergie in den letzten 30 Jahre beeindruckende Fortschritte gemacht – die durchschnittliche Leistung einer Windkraftanlage hat sich in dieser Zeit von nur etwa 30 Kilowatt auf ganze 4 Megawatt erhöht.

Funktionsweise

Eine Windkraftanlage nutzt die Bewegungsenergie des Windes, um Strom zu erzeugen. Sie besteht dabei typischerweise aus einem Rotor (bestehend aus Rotorblättern und Nabe), einer Rotorwelle, einem Getriebe und einem Generator. Die Rotorblätter übertragen ihre Energie über die Rotorwelle auf das Getriebe. Dieses übersetzt die Drehbewegung auf eine Drehzahl, die für den Generator optimal ist, sodass dieser die Rotation der Rotorwelle in elektrischen Strom umwandeln kann.

Das Getriebe, der Generator und weitere elektrische Bauteile befinden sich dabei in einem grossen windschnittigen Gehäuse auf der Mastspitze. Dieses Gehäuse wird auch Gondel genannt und kann um 360 Grad gedreht werden, um immer ideal zur aktuellen Windrichtung ausgerichtet werden zu können.

Die Energiemenge, die eine Windkraftanlage aus dem Wind ziehen kann, hängt dabei von mehreren Faktoren ab: der Windgeschwindigkeit, der Luftdichte, der Rotorfläche und dem Wirkungsgrad aller mechanischen und elektrischen Komponenten. Dabei übt die Windgeschwindigkeit den grössten Einfluss auf die Stromgewinnung aus.

Hoch hinaus

Das ist auch der Grund, weshalb die Masten der Windkraftanlagen immer weiter in die Höhe schiessen. In diesen Luftschichten sind die Windgeschwindigkeiten merklich höher als knapp über dem Boden. Deshalb wuchsen Masten von Windkraftanlagen in den letzten 30 Jahren massiv an – von nur ca. 50 Metern auf bis zu über 150 Meter.

Die Rotorfläche bestimmt dann, wie viel Energie dem Wind entzogen werden kann. Sie wächst mit dem Quadrat des Rotordurchmessers, also kann ein doppelt so grosser Rotor viermal so viel Energie gewinnen. Rotorendurchmesser moderner Onshore-Anlagen liegen deshalb heute bei ca. 100 Metern.

Bei Offshore-Anlagen können sind die Durchmesser sogar noch grösser. Allerdings kann die Länge der Rotoren nicht beliebig steigen, weil an den Enden der Blätter enorme Belastungen durch Fliehkräfte entstehen. An den Rotorspitzen kommt es heute schon Geschwindigkeiten von über 300 Kilometern pro Stunde.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

• CO₂-freie Stromgewinnung
• Weniger Belastung der Natur als bei der Förderung von Kohle, Öl und Gas
• Energieträger müssen nicht aufwändig transportiert werden
• Windkraftanlagen sind robust, können weltweit zum Einsatz kommen

Nachteile:

• Schattenwurf, Betriebsgeräuschen und Optik können manche Anwohner stören
• Aufwändiger Transport und Bau der Anlagen
• Gefährdung von Vögeln beim Zusammenstoss mit den Rotorblättern
• Keine kontinuierliche Stromgewinnung, weshalb zusätzliche Stromspeicher erforderlich sind

Windkraft in der Schweiz

In der Schweiz wurden im Jahr 2020 146 Millionen kWh Strom erzeugt. Damit lag der Anteil der Windkraft an der Gesamtstromerzeugung bei nur etwa 0,2 %, was in etwa dem Stromverbrauch von 40‘000 Haushalten entspricht. Die Schweiz liegt hier weit hinter anderen Ländern in Europa, allerdings eignet sich hierzulande lediglich 0,7 % der Fläche für die Produktion von Windenergie – und Offshore-Anlagen sind ohne Meerzugang auch keine Option.

Der grösste aktive Windpark befindet sich aktuell in Mont Crosin. Hier stehen 16 Windkraftanlagen mit einer Gesamtleistung von 37 MW und einer Jahresproduktion von über 50.000 MWh.

Fazit

Windenergie kann einen grossen Beitrag leisten, fossile Energien hinter uns zu lassen. Was sich auch in dem rasanten technischen Fortschritt und der immer weiteren Verbreitung widerspiegelt – leider wird der Schweizer Beitrag hier relativ klein ausfallen. Darin zeigt sich wieder, dass die längst überfällige Energiewende nur mit einer globalen Anstrengung zu meistern ist.

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