In der heutigen Zeit wird fast überall elektrische Energie benötigt. Jedes Mal, wenn Du ein Licht einschaltest oder dein Handy auflädst, machst Du Gebrauch davon. Diese Energie muss jedoch erst mal gewonnen werden, was unter anderem mittels Windkraft getan werden kann.
Windenergie – einfach erklärt
Die Energie, die weltweit benötigt wird, kann einerseits durch fossile Brennstoffe gewonnen werden. Dafür werden Öl, Kohle oder Gas verbrannt. Es werden dabei aber auch große Mengen CO₂ freigesetzt, die schädlich für das Klima sind. Nicht zu vergessen ist dabei, dass diese Stoffe nicht unendlich zur Verfügung stehen.
Lies gerne die Erklärungen zur fossilen Energie, zu Erdöl, zu Erdgas und zu Kohle, um mehr darüber zu erfahren.
Zudem kann man heutzutage aber auch auf sogenannte erneuerbare Energien setzen.
Erneuerbare Energie arbeitet mit Energieträgern, die unendlich sind oder schnell wieder nachwachsen können.
Für die Energiegewinnung mittels erneuerbaren Energien nutzt man die Sonnenenergie, die Wasserenergie, die Erdwärme sowie die Windenergie.
Um mehr über erneuerbare Energie zu erfahren, lies gerne die Erklärung dazu. Zu jeder der genannten Formen der Energiegewinnung gibt es auch eine gesonderte Erklärung. Diese kannst Du lesen, wenn Du mehr darüber erfahren möchtest.
Windenergie – Definition
Um die Windenergie verstehen zu können, muss zunächst klar sein, was Wind überhaupt ist.
Wind nennt man die spürbar stärkere, natürlich Bewegung der Luft im Freien.
Die Kräfte vom Wind sind nicht zu unterschätzen. Deswegen nutzt der Mensch diesen auch zur Energiegewinnung. Dabei wird die Windenergie umgewandelt in Strom.
Die Windenergie ist die Bewegungsenergie des Windes, die genutzt wird, um elektrischen Strom zu erzeugen.
Bewegungsenergie wird auch kinetische Energie genannt, es wird bei der Energiegewinnung aus Wind die kinetische Windenergie in elektrische Energie umgewandelt. Dazu werden sogenannte Windkraftanlagen benötigt.
Falls Du mehr zum Wind wissen möchtest, kannst Du auch die Erklärung dazu lesen!
Windkraftanlage
Eine Windkraftanlage kann die Bewegungsenergie des Windes in elektrische Energie umwandeln. Windkraftanlagen können auf dem Land oder auf dem Küstenvorfeld der Meere stehen. Die Windkraftanlagen im Meer werden auch Offshore-Windparks genannt.
Es existieren aber auch andere, deutlich kleinere Windkraftanlagen, die meistens für den privaten Gebrauch in Einfamilienhäusern eingesetzt werden. Diese erzeugen dann weniger Strom, sind aber auch nicht so laut.
Umgangssprachlich können Windkraftanlagen auch Windräder genannt werden.
Windrad
Die gängigste Form der Windkraftanlage ist das Windrad.
Windräder bestehen aus mehreren Teilen, die alle ihre Aufgaben haben.
Ein Windrad steht auf einem Fundament, das dafür sorgt, dass das Windrad stehen bleibt und nicht im Boden versinkt. Zudem befindet sich unten auch der Mittelspannungstrafo. Dieser wandelt den Strom so um, dass er in das Stromnetz eingespeist werden kann.
Im Turm des Windrads befindet sich die Steuerungstechnik. Mit dieser kann das Windrad überwacht werden, Störungen gemeldet und unter anderem der Winkel der Rotoren verändert werden.
Der Turm kann bis zu 150 Meter hoch und aus verschiedenen Materialien bestehen. In ihm verläuft zudem eine Vielzahl von Kabeln.
Ganz oben befindet sich die Gondel mit dem Maschinenhaus und dem Generator, der die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Die Gondel ist drehbar und kann so dem Wind entsprechend ausgerichtet werden.
Wie genau die Stromerzeugung mithilfe eines Generators im Windrad funktioniert erfährst Du im nächsten Kapitel.
An der Gondel sind drei lange, leichte Rotorblätter befestigt. Diese können bewegt und für eine höhere Effizienz auch dem Wind entsprechend gedreht werden.
Der Stromertrag eines Windrads hängt von vielen Faktoren ab. Besonders mit der Höhe des Windrads nimmt der Stromertrag deutlich zu. Das liegt daran, dass in höheren Luftschichten die Kraft des Windes zunimmt. Gleichzeitig bestimmt die Größe der Rotorblätter und die Windgeschwindigkeit die Menge der gewonnenen Energie.
Ein durchschnittliches Windrad produziert 4 bis 7 Millionen Kilowattstunden pro Jahr.
Die Kilowattstunde – oder kurz kWh – ist die Einheit des Verbrauches oder der Erzeugung von Energie. Wenn ein elektrisches Gerät läuft, wird der Bedarf an elektrischer Energie in Kilowattstunden berechnet. Je länger es an ist, desto mehr Kilowattstunden werden verbraucht.
Windpark
Eine Ansammlung von mehreren Windrädern nennt man Windpark. Um unter den Begriff Windpark zu fallen, müssen mindestens drei Windräder nahe beieinander angeordnet sein. Oft zählt man in Windparks circa zehn Windräder.
Der Zusammenschluss von vielen Windrädern an einem Ort kann drei Gründe haben:
- Der Standort eignet sich besonders gut.
- Der gewonnene Strom kann gut in das Stromnetz eingeschleust werden.
- Der Bau und Betrieb der Windräder ist organisatorisch einfacher als an anderen Standorten.
Windenergie – Funktionsweise
Die Umwandlung von Windenergie zu Strom besteht aus mehreren Schritten.
Zuerst trifft der Wind in Form von kinetischer Energie auf die Rotorblätter der Windkraftanlage. Die Rotorblätter werden dadurch in Bewegung versetzt. Infolge der Rotation entsteht mechanische Energie, die zum Generator geleitet wird.
Mittels eines Magneten wird die Drehbewegung im Inneren des Generators zu elektrischer Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird mithilfe eines Kabels durch den Turm zum am Boden liegenden Mittelspannungstrafo geleitet. Dieser transformiert den Strom in Mittelspannung, sodass dieser ins Stromnetzwerk fließen kann. Das bedeutet aus Volt werden Kilovolt.
Mehr über die verschiedenen Energieformen kannst Du in der Erklärung Energie, Energieträger und Energieformen aus dem Fach Physik lesen. Du findest aber auch separate Erklärungen zur kinetischen und mechanischen Energie und zur elektrischen Feldenergie.
Windenergie – Vor und Nachteile
Die Windkraft als erneuerbare Energie bietet einige Vorteile, aber dennoch auch gewisse Nachteile, die man beachten sollte.
Windenergie – Vorteile
Ein großer Vorteil der Windenergie ist, dass sie nachhaltig ist. Wind muss nicht erst nachwachsen, sondern kommt immer wieder in der Natur vor. Zudem ist der Wind eine saubere Energiequelle und ist nicht durch den Ausstoß von klimaschädlichen Emissionen, wie CO₂ oder Methan, umweltbelastend.
Zudem ist Windenergie auch eine vielversprechende Möglichkeit für rohstoffarme Länder, die zum Beispiel kein Kohlevorkommen haben und so trotzdem Energie erzeugen können.
Zu den rohstoffarmen Ländern zählt unter anderem Deutschland. Aber auch Kanada und Norwegen haben kaum Rohstoffe, wie Erdöl oder Erdgas, und nutzen so unter anderem die Windenergie zur Stromerzeugung.
Die technische Entwicklung der Windenergie ist heutzutage auch so schnell, dass die Windkraftanlagen immer effizienter werden und somit mehr Strom erzeugen können.
Windenergie – Nachteile
Ein Nachteil der Windkraftanlagen ist unter anderem, dass der Wind nicht konstant weht. Somit kann der Wind nicht als hauptsächlicher Energielieferant genutzt werden. Wenn es zu manchen Zeiten windstill ist, wird trotzdem Strom benötigt, der dann aber nicht hergestellt werden kann.
Diese Tatsache führt gleich zum nächsten Nachteil. Der Wind kann nicht gespeichert werden. Wasser zum Beispiel kann in Stauseen angestaut werden, mit Wind ist das nicht möglich. Dieser muss sofort in Strom umgewandelt werden, was mehr Aufwand bedeutet.
Die Windkraftanlagen nehmen auch Einfluss auf ihr Umfeld. Die Geräusche einer Windkraftanlage erfordern einen Mindestabstand zu Wohngebieten, damit die Bewohner und Bewohnerinnen nicht gestört werden. Das Landschaftsbild wird jedoch auch trotz des Abstands verändert, was viele Anwohner und Anwohnerinnen stört.
Vor allem für Vögel entsteht zudem durch Windkraftanlagen eine Gefahr. Diese können mit den Rotorblättern der Windkraftanlagen kollidieren und dabei schwer verletzt werden.
Windenergie – Weltweit
Die Windenergie entwickelt sich in den verschiedenen Ländern unterschiedlich schnell. Im Jahre 2000 haben die fünf Länder Deutschland, Spanien, USA, Dänemark und Indien den meisten Strom mittels Windenenergie gewonnen.
Bis zum Jahr 2020 hat sich dies etwas verändert. China erzeugte in diesem Jahr den meisten Strom mittels Windenergie. Dänemark gehörte nicht mehr zu den Top 5 der Länder mit Nutzung von Windenergie. In Dänemark wurde zwar 2020 mehr Strom mittels Windenergie gewonnen als im Jahre 2000, aber andere Länder haben eine weitere Entwicklung1.
Windenergie – Deutschland
Die Bundesregierung Deutschlands verfolgt das Ziel, von fossilen Energiequellen wegzukommen. Dabei setzt Deutschland vorwiegend auf erneuerbare Energien wie die Windenergie.
2021 nimmt diese rund 23 % der deutschen Stromversorgung ein2. Weltweit liegt Deutschland damit auf Platz drei. Deutschland hatte zu diesem Zeitpunkt mehr als 28.000 Windräder in Betrieb2. In Zukunft sollen weitere Windkraftanlagen gebaut werden.
Windenergie – Zukunft in Deutschland
Deutschland möchte immer mehr Strom mittels erneuerbarer Energie gewinnen, um das Klimaziel des Klimaschutzgesetzes zu erreichen. Darin geht es darum, die Treibhausgase zu minimieren und somit dem Klimawandel entgegenzuwirken.
Ohne die Treibhausgase und den damit entstehenden Treibhauseffekt ist ein Leben auf der Erde nicht möglich, da es zu kalt wäre. Zu viele dieser Gase erzeugen jedoch zu hohe Temperaturen, womit der Klimawandel verschlimmert wird. Deswegen ist es so wichtig, die Treibhausgase zu minimieren.
Die Energiegewinnung durch erneuerbare Energieträger spielt dabei eine große Rolle, weshalb mehr Windkraftanlagen gebaut werden sollen – vor allem auf dem Meer.
Bei den Offshore-Windparks im Meer ist der Vorteil, dass durch konstanten und stärkeren Wind mehr Strom erzeugt werden kann. Allerdings sind die Stromleitungen bis ans Land komplizierter und kostenaufwendiger zu verlegen als bei Windkraftanlagen auf dem Land.
Das Erreichen des Klimaziels in Deutschland wird erschwert durch verschiedenste Regelungen wie den Artenschutz von Tieren in den Gebieten oder Höhen- und Abstandsregelungen der Windräder, welche eingehalten werden müssen.
Windenergie – Dänemark
Auch wenn Dänemark nicht mehr unter den ersten fünf Ländern liegt, die am meisten Strom mittels Windenergie erzeugen, ist es ein Vorzeigebeispiel. Der benötigte Strom in Dänemark wird zu 80 % aus der Windenergie gewonnen3. Dort sind Windkraftanlagen vor allem am Meer weit verbreitet. Bis 2028 möchte Dänemark den in ihrem Land benötigten Strom komplett über die Windenergie gewinnen.
Dänemark ist also trotzdem ein Land, dass sehr viel Windenergie in Strom umwandelt, wenn man das Verhältnis zu der Landesfläche, sowie den Einwohnern und Einwohnerinnen sieht.
In Dänemark begann auch die Nutzung der Windenergie zur Stromerzeugung. Schon rum und 1900 wollte Dänemark auf diese Weise den auf dem Land lebenden Personen Strom zur Verfügung stellen.
Windenergie – Das Wichtigste
- Die Windenergie ist eine erneuerbare Energiequelle.
- Mit Windkraftanlagen kann der Wind in elektrische Energie umgewandelt werden.
- Offshore-Windparks ermöglichen auch die Umwandlung des Windes auf dem Meer zu Strom.
- Rund 25 % des in Deutschland benötigten Stroms werden mittels Windkraft gewonnen. In Zukunft sollen noch weitere Windkraftwerke gebaut werden.
- Der wichtigste Vorteil der Windenergie ist die Nachhaltigkeit der Form der Energiegewinnung.
Nachweise
- volker-quaschning.de: Weltweite installierte Windkraftleistung. (30.07.2022)
- wind-energie.de: Zahlen und Fakten. (18.08.2022)
- tagesschau.de: Dänemark hat mit dem Wind große Pläne. (18.08.2022)
- ewe.com: Windenergie als treibende Kraft der Energiewende. (30.07.2022)
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