Eine Windkraftanlage ist ein Komplex von Windturbinen, der dazu dient, die Energie der Windmassenbewegung in die mechanische Arbeit eines Generators zur Erzeugung von elektrischem Strom umzuwandeln.
Eine einzelne Anlage kann aus einer beliebigen Anzahl von Windturbinen (Windenergieanlagen) bestehen. Die größten Systeme haben Hunderte von Elementen.
Das Funktionsprinzip jeder Anlage besteht darin, die kinetische Energie des Windes zu nutzen, um den beweglichen Teil der Windturbine zu drehen, der mit dem Rotor des Stromgenerators verbunden ist. Ein internes Getriebe erhöht die Geschwindigkeit der Welle. Dieser Vorgang erzeugt einen dreiphasigen Wechselstrom.
Der Entwurf sieht einen Regler zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom vor. Der Gleichstrom lädt die wiederaufladbaren Batterien, die den Strom an den Wechselrichter weiterleiten.
Im Wechselrichter wird der Gleichstrom wieder in Wechselstrom umgewandelt, der nun für die Verwendung in elektrischen Geräten geeignet ist. Seine Spannung beträgt 220 V und die Frequenz 50 Hz.
Windkraftanlagen – die Hauptprobleme
Das Hauptproblem bei Windkraftanlagen ist die Unbeständigkeit des Windes. Die Kapazität von Windkraftanlagen ist zu jedem Zeitpunkt variabel. Es ist nicht möglich, mit einer einzigen Windkraftanlage eine kontinuierliche Stromversorgung zu gewährleisten.
Windparks verfügen über Akkumulatoren zur Speicherung von Strom, um einen gleichmäßigeren und stabileren Betrieb des Systems zu gewährleisten. Aus demselben Grund müssen Windkraftanlagen in Energiesystemen und -komplexen mit anderen Stromerzeugungsanlagen kombiniert werden. Dabei handelt es sich in erster Linie um gasbefeuerte Generatoren, Mikroturbinen und Solarkraftwerke – Photovoltaikzellenbatterien.
Windkraftanlagen – Vorteile:
Windkraftanlagen belasten die Umwelt nicht mit schädlichen Emissionen.Die Windenergie kann unter bestimmten Bedingungen mit nicht erneuerbaren Energiequellen konkurrieren.Die Quelle der Windenergie – die Natur – ist unerschöpflich. Windparks – Nachteile
Wind ist von Natur aus unbeständig, mit Zu- und Abnahmen. Dies erschwert die Nutzung der Windenergie. Die Suche nach technischen Lösungen, die diesen Nachteil kompensieren, ist eine große Herausforderung beim Bau von Windkraftanlagen.Hochwertige Windkraftanlagen sind sehr teuer und praktisch unrentabel.Windkraftanlagen erzeugen in verschiedenen Schallspektren Geräusche, die für den Menschen schädlich sind. In der Regel werden Windparks in einem solchen Abstand zu Wohngebäuden gebaut, dass der Lärm 35-45 Dezibel nicht überschreitet.Windparks stören das Fernsehen und verschiedene Kommunikationssysteme. Der Einsatz von Windturbinen – in Europa gibt es mehr als 26.000 – wird nicht als entscheidender Faktor für die Entwicklung alternativer Energien angesehen.Windparks schaden Vögeln, wenn sie auf ihren Zug- und Nistrouten liegen.
Windkraftanlagen – Geographie der Anwendungen
Windkraftanlagen werden in Ländern mit geeigneten Windgeschwindigkeiten, niedrigem Terrain und knappen natürlichen Ressourcen eingesetzt. Weltweit führend bei der Nutzung von Windkraftanlagen ist Deutschland, wo in kurzer Zeit ca. 9000 MW an Kapazität gebaut wurden.
Die Blockleistung von Windkraftanlagen ist auf 3 MW gestiegen. Der intensive Bau von Windparks in Deutschland geht weiter. Die Produktion von Windkraftanlagen ist zu einem wichtigen Bestandteil der dänischen und deutschen Exporte geworden.
Die Produktion von Windparks hat 60.000 Menschen in Europa Arbeit gegeben. Die Regierung hat Vorschriften zur Förderung erneuerbarer Energiequellen erlassen.
Das zweite Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts war eine goldene Ära für die weltweite Windenergiebranche. Investitionen in Milliardenhöhe haben die rasche Verbilligung von Windturbinen und den Bau neuer Anlagen in der ganzen Welt ermöglicht. Im Jahr 2020 veröffentlichte WindEurope einen Bericht, der auf den von den EU-Mitgliedstaaten vorgelegten nationalen Energie- und Klimaplänen basiert. Wenn alle Länder ihre Verpflichtungen erfüllen, wird die Kapazität der Offshore- und Onshore-Windparks in Europa bis 2030 auf fast 400 GW ansteigen. Derzeit sind in Europa rund 197 GW an Windkraftkapazität installiert, davon 174 GW an Land und 23 GW auf See. Dies entspricht etwa 30 % des weltweiten Onshore-Windenergiepotenzials. Im Jahr 2019 erzeugten die Windparks in der EU 417 TWh Strom, was fast 15 % des gesamten europäischen Bedarfs entspricht. Die Nutzung der Windenergie ist nur an Orten mit konstanten und relativ starken Winden rentabel. Es gibt Onshore-Windparks und Offshore-Windparks, also Windparks auf dem Meer. Offshore-Windparks sind in der Regel größer, obwohl die Technologiebasis ähnlich ist wie bei Onshore-Windparks. Experten sind der Meinung, dass «Offshore»-Windparks (auf dem Meer) die vielversprechendsten Aussichten haben, da die Nutzung der stärkeren Offshore-Winde eine doppelt so hohe Stromproduktion ermöglicht wie ähnliche Anlagen an Land. Obwohl Offshore-Projekte derzeit aktiv entwickelt werden und wertvolle landwirtschaftliche und geschützte Gebiete erhalten bleiben, ist der Bau von Onshore-Windparks die erschwinglichste Energielösung für Wirtschaft und Gesellschaft. Tatsache ist, dass Offshore-Windturbinen teurer in der Herstellung und im Bau sind und die Verlegung von Kabeln unter Wasser schwieriger ist. Wie dem auch sei, etwa 90 % der installierten Windenergiekapazität stammt heute aus Onshore-Anlagen, während die Offshore-Windenergie noch einen langen Weg zum kommerziellen Erfolg vor sich hat.
Im Folgenden werden die größten Windparks der Welt aufgelistet, die zu dieser schwindelerregenden Zahl beitragen.
1. Windkraftwerkskomplex Gansu (China)
Der Gansu-Windpark, der auch als Jiuquan-Windpark bekannt ist, liegt in der westchinesischen Provinz Gansu, am Rande der Wüste Gobi. Mit einer geplanten Kapazität von 20 GW ist er der größte Windpark der Welt. Nach seiner Fertigstellung wird der Windpark 7.000 Turbinen beherbergen und genug Energie produzieren, um das kleine Land zu versorgen.
Das 17,5-Milliarden-Dollar-Projekt ist Teil einer 360-Milliarden-Dollar-Investitionsoffensive der chinesischen Regierung im Bereich der erneuerbaren Energien. Das Gesetz über erneuerbare Energien wurde 2005 auf den Weg gebracht, um eine installierte Windkraftkapazität von 200 GW im Land zu erreichen.
Die erste Phase des Projekts wurde 2010 abgeschlossen, wobei 3.500 Turbinen mit einer Kapazität von 5,16 GW installiert wurden. Im Jahr 2008 wurde mit dem Bau einer 750-kV-Wechselstromleitung zur Stromübertragung nach Zentral- und Ostchina begonnen.
2. Alta Wind Energy Centre (USA)
Das Alta Wind Energy Centre, auch bekannt als Mojave Wind Farm, befindet sich auf dem Tehachapi Pass in den Tehachapi Mountains in Kern County, Kalifornien. Er hat eine Betriebskapazität von 1.550 MW und ist der größte Windpark in den USA. Ursprünglich von Terra-Gen Power, einer Tochtergesellschaft von ArcLight Capital Partners und Global Infrastructure Partners, entwickelt, liefert die WES im Rahmen eines 25-jährigen Stromabnahmevertrags rund 1 500 MW an Southern California Edison.
Der Bau begann im Juli 2010 und umfasste 11 Phasen, von denen die letzte 2013 abgeschlossen wurde. Das Projekt zielt darauf ab, die CO2-Emissionen um mehr als 5,2 Millionen Tonnen zu reduzieren (das entspricht dem Wegfall von 446.000 Autos) und Strom für 275.000 Haushalte in Kalifornien zu erzeugen.
Weitere Phasen sind geplant, um die 1.550-MW-Anlage schließlich auf 3.000 MW zu erweitern.
3. Windenergiezentrum in Muppandala (Indien)
Der Windpark Muppandal im indischen Distrikt Kanyakumari ist der aktivste Windpark des Landes. Es wird von der Tamil Nadu Power Development Agency betrieben und verfügt über eine installierte Gesamtkapazität von 1500 MW.
Der Windpark umfasst 3.000 Turbinen mit einer Leistung von 200 kW bis 1.650 kW. Die Turbinenhersteller für dieses Projekt waren Enercon, NEG Micon, Suzlon und Vestas.
Die bergige Geografie der Umgebung sorgt für den stärksten Wind aus dem Arabischen Meer, der Energie für die lokale Bevölkerung erzeugt.
4. Hornsea One (UK)
Hornsea One ist mit einer Gesamtkapazität von 1,2 GW der größte Offshore-Windpark der Welt. Es war der erste Offshore-Windpark der Welt, der eine Leistung von mehr als 1 GW erreichte. Das Projekt vor der Küste Yorkshires erstreckt sich über 407 Quadratkilometer und verfügt über 174 Siemens-Turbinen mit einer Einzelleistung von jeweils 7 Megawatt.
Das Projekt befindet sich zur Hälfte im Besitz von Ørsted und Global Infrastructure Partners (GIP). Die endgültige Investitionsentscheidung (FID) für das Projekt wurde im Februar 2016 getroffen, und die erste Kapazität wird im Februar 2019 zur Verfügung stehen.
Hornsea One ging Anfang 2020 in Betrieb und produziert genug Energie, um mehr als eine Million Haushalte im Vereinigten Königreich zu versorgen. Außerdem werden 350 Dauerarbeitsplätze geschaffen und mehr als 3.000 Arbeitsplätze im Baubereich.
Hornsea One liegt in der Region Humber und ist Teil einer Investition von 6 Mrd. £ (8,7 Mrd. $), mit der das Gebiet zu einem Zentrum für erneuerbare Energien ausgebaut werden soll.
5. Windpark Jaisalmer (Indien)
Der Windpark Jaisalmer im westindischen Distrikt Jaisalmer, Rajasthan, ist mit einer Kapazität von 1.064 MW der zweitgrößte Windpark Indiens. Das von Suzlon entwickelte Projekt wurde im August 2001 gestartet. Sie erreichte ihre derzeitige Kapazität im April 2012.
Bei dem Projekt wurde das gesamte damalige Turbinenportfolio von Suzlon eingesetzt, vom ersten 350-kW-Modell bis zur S111-Serie mit 2,1 MW.
Zu den Kunden des Projekts gehören unabhängige Lieferanten und Versorgungsunternehmen sowie private und öffentliche Unternehmen wie Rajasthan Mines and Minerals, Hindustan Petroleum Corporation und CLP India.
Suzlon ist eines der größten Windkraftunternehmen der Welt mit weltweit mehr als 12.000 installierten Turbinen und einer installierten Gesamtkapazität von fast 19 GW.
6. Windpark Shepherds Flat (USA)
Der Windpark Shepherds Flat in der Nähe der Columbia River Gorge in Oregon verfügt über eine Kapazität von 845 MW. Das Projekt erhielt im Dezember 2010 eine Teilgarantie des Energieministeriums im Rahmen des Financial Institutions Partnership Program (FIPP) in Höhe von 1,3 Mrd. USD, und der kommerzielle Betrieb wurde im November 2012 aufgenommen. Die Energie der Farm wird an Southern California Edison geliefert.
Das Projekt hat rund 400 Arbeitsplätze im Bau geschaffen und bietet derzeit knapp 50 Dauerarbeitsplätze, wobei die wirtschaftlichen Auswirkungen des Betriebs auf Oregon auf 16 Millionen Dollar pro Jahr geschätzt werden.
Der Windpark wurde von Caithness Energy mit 338 General Electric GE2.5XL 2,5 MW Windturbinen mit einer Leistung von je 2,5 Megawatt entwickelt. Dieses Projekt war das erste, bei dem diese Turbinen in den USA eingesetzt wurden. Die Projektpartner waren Google, GE Energy Financial Services, Sumitomo Corporation und Tyr Energy (eine Abteilung von ITOCHU).
7. Offshore-Windpark Walney Extension (UK)
Der Offshore-Windpark Walney Extension liegt etwa 19 Kilometer westlich von Barrow-in-Furness in Cumbria vor der Nordwestküste Englands. Er besteht aus 87 Turbinen und hat eine Gesamtkapazität von 659 MW.
Vierzig davon sind 8,25-MW-Turbinen von MHI-Vestas, die in der ersten Phase des Projekts errichtet wurden, 47 weitere sind 7-MW-Turbinen von Siemens Gamesa, die in der zweiten Phase gebaut wurden.
Das Projekt befindet sich im gemeinsamen Besitz von Ørsted (50%) und seinen Partnern PFA (25%) und PKA (25%). Es wurde im September 2018 eröffnet und produziert nun genug Energie, um fast 600.000 Haushalte in Großbritannien zu versorgen.
Jeder neue Windpark trägt dazu bei, das Ziel zu erreichen, bis 2030 27 % des Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien zu decken. Angesichts der bereits erzielten Erfolge stellen Experten fest, dass die Ära der Dominanz der Kohlenwasserstoffe auf dem Energiemarkt der Erde langsam zu Ende geht.
Eva Moroz
