Windenergie: Wie funktioniert ein Onshore-Windpark?

Windenergie basiert auf der Nutzung der Kraft des Windes zur Stromerzeugung, aber wissen Sie, was hinter dem Prozess steckt und wie ein Onshore-Windpark funktioniert?

Viele von uns haben schon einmal eine dieser Windmaschinen gesehen, die wir fälschlicherweise als „Windmühlen“ bezeichnen – sei es in ihrer natürlichen Umgebung, auf einer endlosen Autofahrt durch unbekannte Weiten oder auf einem Bildschirm. Windkraftanlagen, so nennen sie die Verantwortlichen für die Umwandlung der Aeolus-Konstruktionen in …eine unerschöpfliche Quelle erneuerbarer Energie für unsere NutzungWindkraftanlagen sind technologisch hochentwickelte Anlagen, die ästhetisch viele Ähnlichkeiten mit den Mühlen aufweisen, die historisch die Landschaften vieler Länder prägten (hauptsächlich zum Mahlen von Getreide durch mechanische Kraftnutzung des Windes). Die Energiegewinnung und -umwandlung in Elektrizität sowie viele weitere Aspekte, die wir später betrachten werden, unterscheiden sie jedoch deutlich. Sehen wir uns also an, wie ein Onshore-Windpark funktioniert und welche Akteure hinter dieser Art grüner Energie stehen. Um zu verstehen, wie diese Energieform funktioniert, ist es wichtig zu wissen, dass eine Windkraftanlage kein einzelnes Element ist, sondern Teil eines größeren und komplexeren Systems: eines Windparks. Einzelne Windkraftanlagen gibt es zwar auch für kleinere Verbraucher, aber das ist ein anderes Thema. Diese Windkraftanlage ist sowohl elektrisch als auch hinsichtlich des Datenaustauschs mit den übrigen Windkraftanlagen und anderen Elementen des Windparks verbunden. Dank der Sensorik und der Vernetzung der verschiedenen Elemente ist der Betreiber des Windparks jederzeit über den Echtzeitstatus jeder einzelnen Windkraftanlage informiert: mechanische Probleme, erzeugte Energie, elektronische Probleme, technische Ausfälle… Aus diesem Grund besteht ein Onshore-Windpark aus folgenden Elementen, damit das gesamte System ordnungsgemäß funktioniert:

Hauptbestandteile eines Onshore-Windparks

• Windkraftanlage: Sie erzeugt Strom durch die physikalische Einwirkung des Windes auf die Rotorblätter, die über eine Nabe mit dem Rotor verbunden sind. Jede Windkraftanlage kann je nach Größe eine Leistung zwischen 0,5 und 7 MW haben. Der erzeugte Strom wird dank der Windkraftanlage in Mittelspannung ausgegeben.Transformator und MittelspannungsschaltanlagenIn den meisten Fällen befinden sie sich im Inneren der Windkraftanlage, in Ausnahmefällen am Fuß der Anlage.
• Mittelspannungsnetz: Dies sind die Lebensadern des Windparks, durch die der Strom zu den Verbrauchern fließt.
• Unterwerk oder Anschlusspunkt: Dieses Element ist dafür verantwortlich, die Erzeugungsspannung auf die Übertragungsspannung anzuheben und die erzeugte Energie in das Übertragungs- oder Verteilungsnetz einzuspeisen.
• Übertragungs- oder Verteilungsleitungen: Sehr gut erkennbare Akteure dank ihrer markanten Türme, die für den Transport der grünen Energie zu unseren Häusern verantwortlich sind.

Sobald die Turbine in Betrieb geht, erzeugt der im Windkanal installierte Generator durch seine Drehbewegung elektrische Energie, indem er mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Der Transformator erhöht die Spannung, um elektrische Verluste zu minimieren, und speist die Energie in das Mittelspannungsnetz ein. Dort fließt sie – in einigen Ländern wie den USA oder Brasilien auch oberirdisch – zusammen mit der Energie anderer Windkraftanlagen über Erdkabel. Im Umspannwerk wird die elektrische Energie auf Hochspannung transformiert und anschließend in das Übertragungs- oder Verteilungsnetz eingespeist. Die Verteilung an die Endverbraucher erfolgt über die Hoch- und Mittelspannungsleitungen auf den Strommasten.

Aus welchen Teilen besteht eine Windkraftanlage?

Nachdem wir nun die grundlegende Funktionsweise eines Onshore-Windparks kennen, wollen wir uns die Windkraftanlage als einzelnes Element genauer ansehen, da ihre Funktionsweise grundlegend erklärt, wie die vom Wind erzeugte Energie zunächst in mechanische und dann in elektrische Energie umgewandelt wird. Dazu betrachten wir zunächst die einzelnen Bestandteile dieser modernen Konkurrenten von Don Quijote.

1. Rotorblätter: Sie sind die sichtbaren Hauptakteure, die die Windenergie einfangen und in mechanische Energie umwandeln, welche den Rotor antreibt. Ihre Abmessungen sind gigantisch und reichen je nach Modell von 40 bis 165 Metern Durchmesser.
2. Rotor: Dieses Element, ähnlich dem Rotor eines Propellerflugzeugs, besteht aus der Nabe, die den Verbindungspunkt der Blätter darstellt, diese zu einer Reihe von Teilen verbindet und es ermöglicht, die Windbewegung in das Innere der Gondel zu übertragen.
3. Gondel: Weit davon entfernt, lediglich ein Gehäuse für das Cockpit eines Flugzeugs zu sein, handelt es sich hierbei um einen geschlossenen Baukörper, der komplexe Elemente enthält, die für die Umwandlung der mechanischen Rotationsenergie in elektrische Energie unerlässlich sind.
   1. Der Multiplikator: Dies ist das Hauptelement, das für die Erzeugung von Drehzahländerungen innerhalb der Maschine verantwortlich ist, um die mechanische Energie an den Generator weiterzuleiten.
   2. Der Generator: Er ist dafür zuständig, die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umzuwandeln.

   Turm: Dieser große Zylinder ist nicht nur ein einfacher, riesiger Mast, auf dem die Rotorblätter und die Gondel montiert sind, sondern enthält auch grundlegende Elemente für die korrekte Stromverteilung:

   1. Verkabelung: Diese verläuft im Inneren des Turms und transportiert die neu erzeugte elektrische Energie durch die internen Elemente.
   2. Transformator: Dieses Element, das sich entweder innerhalb oder außerhalb des Turms befinden kann, ist dafür verantwortlich, die elektrische Spannung auf Mittelspannung anzuheben, um Verluste zu vermeiden.
   3. Mittelspannungsschaltanlage: Sie ist ein kritisches Element, vergleichbar mit einem Haushaltslichtschalter; es handelt sich um ein mechanisches Schaltgerät (Öffnen und Schließen), das den Stromfluss sowohl im Normalbetrieb als auch unter bestimmten Störbedingungen ermöglicht. Ihre Hauptfunktion besteht darin, den Transformator vor möglichen Problemen zu schützen.
4. Fundament: Dieses Element trägt das Gewicht der gesamten Windkraftanlage und verankert sie im Boden.
5. Mittelspannungsnetz: Die Leitungen, die sich durch die gesamte Anlage ziehen und die Abführung der erzeugten erneuerbaren elektrischen Energie ermöglichen.