Windkraft Technik Teil 2: Wieviel Energie steckt im Wind

Eine Windenergieanlage liefert ihre Leistung, indem sie die Kraft des Windes in ein Drehmoment an den Rotorblättern umwandelt. Die Energiemenge, die der Wind auf den Rotor überträgt, hängt von der Luftdichte, der Rotorfläche und der Windgeschwindigkeit ab.

In Teil 1 ging es um die Technik hinter der Stromerzeugung aus Wind. Hier dreht sich alles um den Wind selbst und die Umwandlung in Energie. Viele der folgenden Informationen sind der sehr ausführlichen und gut aufbereiteten Website des dänischen Windenergieverbandes entnommen.

Eine Windenergieanlage liefert ihre Leistung, indem sie die Kraft des Windes in ein Drehmoment an den Rotorblättern umwandelt. Die Energiemenge, die der Wind auf den Rotor überträgt, hängt von der Luftdichte, der Rotorfläche und der Windgeschwindigkeit ab.

Zur Luftdichte: Die kinetische Energie eines bewegten Körpers ist proportional zu seiner Masse (oder seinem Gewicht). Deshalb hängt die kinetische Energie des Windes von der Luftdichte ab. In anderen Worten: Je "schwerer" die Luft, desto mehr Energie kann die Anlage aus ihr entnehmen. Dabei ist zu beachten: Die Dichte nimmt mit steigender Feuchtigkeit leicht ab. Kalte Luft ist dichter als warme. In großen Höhen (in den Bergen) ist der Luftdruck geringer, damit ist auch die Luftdichte niedriger.

Rotorfläche: Die Rotorfläche bestimmt, wie viel Energie eine Windenergieanlage dem Wind entziehen ("ernten") kann. Da die Rotorfläche mit dem Quadrat des Rotordurchmessers zunimmt, kann eine doppelt so große Anlage viermal soviel Energie ernten.

Die Windgeschwindigkeit ist extrem wichtig in Bezug auf die Energie, die eine Windenergieanlage in Elektrizität umwandeln kann: Der Energiegehalt des Windes steigt kubisch mit der mittleren Windgeschwindigkeit. Wenn sich z.B. die Windgeschwindigkeit verdoppelt, steigt der Energiegehalt um das Achtfache (2 x 2 x 2 = 8).

Warum ist so? Aus der Mobilität wissen wir, dass man für ein Auto, das mit doppelter Geschwindigkeit fährt, viermal soviel Bremsenergie braucht, um es zum Stillstand zu bringen, Im Fall der Windenergieanlage verwenden wir die Energie aus der Bremsung des Windes, und wenn die Windgeschwindigkeit doppelt so hoch ist, bekommen wir pro Sekunde doppelt soviel Windenergie durch den Rotor.

Wenn wir davon sprechen, dass die Windenergieanlage Energie aufnimmt, muss dennoch berücksichtigt werden, dass die Anlage den Wind ablenkt – und zwar sogar BEVOR der Wind überhaupt die Rotorebene erreicht hat. Da jedoch der Massenstrom gleich bleiben muss, weitet sich bei einer frei angeströmten Windenergieanlage der Wind auf, da eben trotz der geringeren Geschwindigkeit hinter der Anlage die gleiche Menge Luft abtransportiert werden muss. Das bedeutet, dass wir mit einer Windkraftanlage niemals die gesamte Energie im Wind gewinnen können.


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Datum: 16.09.2014

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