Nutzung in der Geschichte
Schon seit Jahrtausenden nutzt der Mensch die Windenergie für seine Zwecke. Beispielsweise nutzte man schon seit langer Zeit die Windenergie als Fortbewegung mit Segelschiffen oder Ballons. Außerdem wurde die Windenergie auch zur Verrichtung mechanischer Arbeiten mit Hilfe von Windmühlen, um Wasser zu pumpen oder Mehl zu mahlen, genutzt.
Freizeitliche Nutzung
Kitesurfing
Windsurfen ist eine Wassersportart, bei der man die Windenergie als Fortbewegungsenergie nutzt.
Dies geschieht durch ein Segel, der an einem Surfbrett befestigt und freibeweglich ist.
Segeln ist eine Fortbewegungsart, die heutzutage meist als Hobby bzw. als Wettkampfsportart ausgeübt wird.
Hierbei werden auch, wie beim Windsurfen, Segel zur Umwandlung von Windenergie in Bewegungsenergie genutzt.
Kitesurfen ist eine relativ junge Sportart, bei der der Surfer auf einem Board steht und von einem
lenkbaren Windschirm durch die Energie des Windes über das Wasser gezogen wird.
Ballonfahren bezeichnet die Fortbewegung in der Luft, mittels Heiß- oder Gasluftballon, welche vom Wind vorangetrieben werden.
Drachen fliegen ist ein Hobby, bei dem ein kleiner Drachen vom Wind in der Luft herumgetrieben wird. Die Kunst hierbei liegt darin,
den Drachen bei Windböen steigen zu lassen, ohne dass er auf den Erdboden zurückgetrieben wird.
Wirtschaftliche Nutzung
Die wirtschaftliche Nutzung besteht darin, die Windenergie zu nutzen, um sie in elektrische Energie umzuwandeln. Dazu gibt es verschiedene Windkraftanlagen, die alle mit Hilfe von Rotoren und dem Tragflächenprinzip (Auftriebsprinzip) die Windenergie aufnehmen und in Drehbewegung umwandeln. Welche dann schließlich mit einen Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.
- Die Einblattrotoranlage ist nur sehr schwach vertreten, da sie aufgrund des einen Rotorblattes einen Gegengewichtarm benötigt. Außerdem sind die Umdrehungsphasen ungleichförmig, wodurch Material und Getriebe ebenfalls ungleichförmig belastet werden. Aufgrund der besseren Aerodynamik setzt man heutzutage nur noch auf Dreiblattrotoranlagen.
- Die Zweiblattrotoranlage hat den Vorteil, dass die Kosten und das Gewicht eines Rotorblattes gespart werden können. Allerdings hat sich diese Bauart nicht durchgesetzt, weil für den gleichen Energiebetrag, bezogen auf die Dreiblattrotoranlage, eine höhere Drehzahl benötigt wird. Weiterhin gibt es ein Stabilitätsproblem, wenn sich ein Rotorblatt in der obersten Position befindet und das andere genau vor dem Turm steht, denn dann hat der Wind sehr wenig Angriffsfläche, da dieses Windrad bei dieser Position praktisch einen großen Pfosten darstellt.
- Die Darrieus-Rotor-Anlage arbeitet mit einer vertikalen Rotationsachse. Die Leistung gegenüber Horizontal-Achsen-Anlagen ist aber wesentlich geringer, da die 2 oder 3 seilkurvenförmig gekrümmten Rotorblätter einen halben Kreisumfang gegen den Wind machen müssen. Ein weiterer Nachteil dieser Anlagen besteht darin, dass sie nicht von selbst anlaufen. Sie benötigen deshalb zuerst Fremdenergie, damit sie sich in Bewegung setzten und vom Wind angetrieben werden können. Außerdem ist die Windgeschwindigkeit in Bodennähe relativ gering, was die Kosteneinsparung des Turmes nicht ausgleicht. Generator, Getriebe etc. befinden sich auf dem Boden, wodurch zum Beispiel die Wartung erleichtert wird. Der größte Vorteil dieser Anlage liegt aber darin, dass sie ohne einen Mechanismus zur Windnachführung auskommt. Wenn sich die Windrichtung also ändert, stellt das für die Darrieus-Anlage kein Problem dar.
- Die Savonius-Rotor-Anlage besteht aus zwei zylindrischen Halbschalen und ist von den Kühlwaggons der Bahn und von den Kühllastwagen bekannt. Sie wird heute allerdings nur noch sehr selten verwendet.
- Die Amerikanische Windturbine wurde und wird, vor allem in Amerika und in Australien, zum Wasserpumpen benutzt. Die Turbine besteht aus vielflügeligen Blechrotoren und mit Hilfe einer Windfahne, wird der Turmkopf mit den Flügeln immer gegen die Windrichtung gedreht.
- Die holländische Windmühle besitzt 4 bis 24 breite Flügel und wurde zur mechanischen Energienutzung, wie zum Getreidemahlen und zum Wasserpumpen, benutzt. Wegen der großen Menge an Flügelblätter, läuft dieses Windrad schon bei niedrigen Windgeschwindigkeiten an. Allerdings haben die Flügel eine starre Befestigung und können deswegen die Energie des Windes nicht optimal nutzen, was dazu führt, dass die Umdrehungsgeschwindigkeit der Flügelspitzen lediglich der des Windes entspricht. Diese Windanlage wird deswegen als Langsamläufer bezeichnet.
- Die Dreiblattrotoranlage ist die am meisten verwendete und am häufigsten vorkommende Form der Windkraftanlagen. Die drei Rotorblätter sind ähnlich wie Flugzeugtragflächen, aerodynamisch optimiert. Diese Anlage wird als Schnellläufer bezeichnet, da das jeweils nachfolgende Rotorblatt, aufgrund der optimierten Anordnung, die Bewegungsenergie der Luftströmung, die durch die anderen Rotorblätter verursacht wird, sehr gut nutzbar machen kann und die Umfangsgeschwindigkeit der Rotorblattspitzen bei Normalbetrieb somit bis auf das 12-fache der Windgeschwindigkeit betragen kann. Bei Langsamläufern kann man sagen, dass jedes zusätzliche Flügelblatt auch mehr Gesamtleistung bedeutet, da der Startmoment dieser Windräder dadurch beschleunigt wird. Schnellläufer mit wenig Rotorblätter haben dagegen Startprobleme. Die Dreiblattrotoranlage hat aber eine bessere Windaufnahme als die Anlagen mit einem bzw. zwei Rotorblätter, da die Luftströmung nicht so schnell abreißt. Dreiblattrotoranlagen werden oft in größeren Gruppen (Windpark) an einem Standort gebaut. Dies kann auf dem Land, wie auch vor der Küste (Offshore-Anlagen) der Fall sein.
Die Dreiblattrotoranlage - die Windkraftanlage von Heute!
