Windkraft - Wie funktioniert ein Windrad?

Summary

In diesem Video wird anschaulich erklärt, wie Windkraftanlagen Windenergie in Strom umwandeln. Dabei wird erläutert, wie Wind entsteht, wie Windräder die kinetische Energie des Windes nutzen und diese durch mechanische Bewegung in elektrische Energie umwandeln. Es wird das Auftriebsprinzip der Rotorblätter, die Umwandlung der Drehbewegung in Strom und die Notwendigkeit von Getrieben und Frequenzumrichtern beschrieben. Zusätzlich wird auf die Regelung von Windkraftanlagen bei starkem Wind und die Bedeutung von Offshore-Windparks eingegangen. Das Video bietet einen klaren und verständlichen Überblick über die Funktionsweise von Windenergie und deren Rolle in der Energiewende.

Takeaways

• 😀 Windräder nutzen Windenergie, um Strom zu erzeugen, was sie zu einer wichtigen Quelle regenerativer Energien macht.
• 🌬️ Wind entsteht durch Druckunterschiede, die durch die Sonneneinstrahlung und unterschiedliche Erwärmung der Luft entstehen.
• ⚡ Die kinetische Energie des Windes wird in mechanische Rotationsenergie umgewandelt, die dann in elektrische Energie überführt wird.
• 🌀 Es gibt zwei Prinzipien zur Energieumwandlung: das Widerstandsprinzip und das Auftriebsprinzip, wobei das Auftriebsprinzip heute verwendet wird.
• ✈️ Bei der Auftriebsprinzip-Variante sind die Flügel des Windrades wie Flugzeugflügel geformt, was zu einer effizienteren Energieumwandlung führt.
• 🌪️ Windräder haben meistens drei Flügel, da diese Anzahl den besten Wirkungsgrad und eine ruhige Laufweise ermöglicht.
• 🔋 Ein Generator wird genutzt, um die Drehbewegung des Windrades in elektrische Energie umzuwandeln, was für die Stromerzeugung notwendig ist.
• 🔌 Der erzeugte Strom muss mit einer Frequenz von 50 Hz in das Stromnetz eingespeist werden, was durch Frequenzumrichter ermöglicht wird.
• ⚙️ Ein Getriebe ist notwendig, um die Drehzahl des Windrades zu erhöhen, sodass der Generator die benötigte Frequenz erzeugen kann.
• 🌬️ Windräder müssen geregelt werden, um Schäden bei zu starkem Wind zu verhindern. Dafür gibt es die Pitch- und Stallregelung, die die Flügel je nach Windgeschwindigkeit anpassen.
• 🌍 Im Jahr 2020 wurden etwa 88 Milliarden Kilowattstunden Strom aus Windkraft erzeugt, was ca. 13,5% der gesamten Stromerzeugung ausmacht, mit einer steigenden Tendenz.

Q & A

Wie entsteht Wind?

Wind entsteht durch Druckunterschiede in der Atmosphäre, die durch die ungleichmäßige Erwärmung der Erde durch die Sonne verursacht werden. Diese Druckunterschiede führen zu Luftströmungen, die als Wind bezeichnet werden.

Welche zwei Prinzipien gibt es, um Windräder anzutreiben?

Es gibt das Widerstandsprinzip und das Auftriebsprinzip. Beim Widerstandsprinzip strömt der Wind gegen die Fläche des Windrads, während beim Auftriebsprinzip die Flügel wie Flugzeugflügel geformt sind, wodurch ein Druckunterschied entsteht, der das Windrad in Bewegung setzt.

Warum werden heute Windräder nach dem Auftriebsprinzip gebaut?

Das Auftriebsprinzip ist effizienter als das Widerstandsprinzip. Es ermöglicht eine höhere Energieausbeute und führt zu einem besseren Wirkungsgrad der Windräder, weshalb es heute verwendet wird.

Wie wird die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umgewandelt?

Die kinetische Energie des Windes wird durch die Drehung der Windradflügel in mechanische Rotationsenergie umgewandelt. Diese Drehbewegung wird dann genutzt, um einen Generator zu betreiben, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.

Warum haben Windräder fast immer drei Flügel?

Windräder haben oft drei Flügel, weil dies den besten Wirkungsgrad bietet. Mit drei Flügeln läuft das Windrad ruhig, da die Luftverwirbelungen des vorlaufenden Flügels die nachfolgenden Flügel nicht negativ beeinflussen.

Was passiert, wenn sich der Generator zu schnell dreht?

Wenn sich der Generator zu schnell dreht, könnte dies zu einer Überlastung oder Beschädigung des Systems führen. Daher wird die Drehzahl des Windrads häufig durch ein Getriebe angepasst, um die Drehzahl des Generators zu optimieren.

Warum muss die Frequenz des erzeugten Stroms bei Windkraftanlagen angepasst werden?

Die Frequenz des erzeugten Stroms muss auf 50 Hz angepasst werden, um ihn mit dem europäischen Stromnetz kompatibel zu machen. Dies erfolgt durch den Einsatz von Frequenzumrichtern, die die Drehzahl des Windrads und somit die Frequenz des Stroms anpassen.

Wie werden Windkraftanlagen vor zu starkem Wind geschützt?

Windkraftanlagen sind mit Regelungsverfahren ausgestattet, um sie vor zu starkem Wind zu schützen. Es gibt die Pitchregelung, bei der die Flügel bei starkem Wind gedreht werden, um die Angriffsfläche zu verringern, und die Stallregelung, bei der die Flügel so designt sind, dass sie bei hohen Geschwindigkeiten weniger Auftrieb erzeugen.

Was ist der Unterschied zwischen Pitchregelung und Stallregelung?

Bei der Pitchregelung werden die Flügel gedreht, um die Angriffsfläche für den Wind zu reduzieren. Bei der Stallregelung werden die Flügel so geformt, dass sich bei zu hohen Geschwindigkeiten Luftwirbel bilden, die die Auftriebskraft verringern.

Wie viel Strom wurde 2008 durch Windkraft erzeugt?

2008 wurden etwa 88 Milliarden Kilowattstunden Strom durch Windkraft erzeugt, was etwa 13,5% der gesamten Bruttostromerzeugung ausmachte.