Windkraft (Was ist Windenergie)
Windkraft (Was ist Windenergie)

Windkraft (Was ist Windenergie)

Eine Windkraftanlage ist ein System, das die kinetische Energie des Windes zuerst in mechanische Energie und dann in elektrische Energie umwandelt.

Eine Windkraftanlage besteht in der Regel aus Turm, Rotorblättern, Rotor, Getriebe, Generator (Lichtmaschine), elektrisch-elektronischen Elementen. Die kinetische Energie des Windes wird im Rotor in mechanische Energie umgewandelt. Die Drehbewegung der Rotorwelle wird beschleunigt und auf die Lichtmaschine im Gehäuse übertragen. Die aus der Lichtmaschine gewonnene elektrische Energie wird in Batterien gespeichert oder direkt an die Abnehmer geliefert.

Um zu verstehen, wie Windturbinen funktionieren, müssen zwei wichtige aerodynamische Kräfte gut bekannt sein. Dies sind Widerstands- und Auftriebskräfte.

Die Widerstandskraft ist eine Kraft auf den Körper in Strömungsrichtung. Zum Beispiel, wenn die maximale Widerstandskraft, die auf einer flachen Platte auftreten kann, darin besteht, dass der Luftstrom 90o senkrecht zum Objekt ist; Die minimale Widerstandskraft tritt auf, wenn der Luftstrom parallel zur Oberfläche des Objekts verläuft.

Die Auftriebskraft ist die Kraft senkrecht zur Strömungsrichtung. Da diese Kraft dazu führt, dass das Flugzeug vom Boden abhebt, wird sie als Auftriebskraft bezeichnet.

Der Fallschirm kann als bestes Beispiel für Widerstandskräfte angeführt werden. Dank dieser Kraft wird die Geschwindigkeit des Fallschirms unterbrochen. Spezielle Körper, die zur Minimierung der Auswirkungen von Widerstandskräften hergestellt werden, werden Strömungslinienkörper genannt. Beispiele hierfür sind Fische und Zeppeline.

Die auf eine ebene Platte wirkende Auftriebskraft wird sichtbar, wenn der Luftstrom in einem Winkel von 0o auf die Plattenoberfläche trifft. Unter kleinen Winkeln zur Strömungsrichtung der Luft bilden sich Niederdruckgebiete mit zunehmender Strömungsintensität.

Diese Regionen werden auch stromabwärts genannt. Daher besteht eine Beziehung zwischen der Luftströmungsrate und dem Druck. Das heißt, wenn der Luftstrom schneller wird, fällt der Druck, und wenn der Luftstrom langsamer wird, steigt der Druck. Dieses Phänomen wird als Bernoulli-Effekt bezeichnet. Die Auftriebskraft erzeugt auch Sog oder Traktion an dem Objekt.

Geschichte

Nashtifan-Windkraftanlagen in Sistan, Iran.

Die Windmühle von Heron of Alexandria (10 n. Chr. – 70 n. Chr.) Ist eines der ersten aufgezeichneten Beispiele in der Geschichte, bei dem eine Maschine mit Windenergie versorgt wurde. Die ersten bekannten praktischen Windparks wurden jedoch ab dem 7. Jahrhundert in Sistan, einer östlichen Provinz Persiens (heute Iran), gebaut.

Diese „Panemone-Windmühlen“ waren lange vertikale Antriebswellen mit rechteckigen Flügeln und Windmühlen mit vertikaler Achse.[5] Diese Windmühlen, die aus sechs bis zwölf Segeln bestehen, die mit Schilfgeflecht oder Stoffmaterial bedeckt sind, wurden beim Mahlen und in der Zuckerrohrindustrie verwendet, um Getreide zu mahlen oder Wasser zu schöpfen.

Die Windenergie tauchte erstmals im Mittelalter in Europa auf. Die ersten historischen Aufzeichnungen über ihre Verwendung in England stammen aus dem 11. oder 12. Jahrhundert. Es gibt Berichte, dass deutsche Kreuzritter ihre Fähigkeiten im Windmühlenbau um 1190 nach Syrien brachten. Im 14. Jahrhundert wurden Holländerwindmühlen zur Entwässerung im Rheindeltagebiet eingesetzt. Fortschrittliche Windturbinen wurden vom kroatischen Erfinder Fausto Veranzio beschrieben. Veranzio befasste sich in seinem Buch Machinae Novae (1595) mit den vertikalachsigen Windkraftanlagen mit gekrümmten oder V-förmigen Blättern.

Windkraftanlagen mit horizontaler Achse (YERT)

Installation eines 12-Tonnen-Getriebes und eines Scheibenbremsen-Kits in 60 m Höhe über dem Boden

Bei diesem Turbinentyp ist die Rotationsachse parallel zur Windrichtung. Ihre Flügel stehen im rechten Winkel zur Windrichtung. Kommerzielle Turbinen haben im Allgemeinen eine horizontale Achse. Der Rotor wird auf einen Drehteller gestellt, um den besten Wind zu erhalten.

Die meisten Turbinen mit horizontaler Achse sind so konstruiert, dass sie den Wind von vorne aufnehmen. Turbinen, die den Wind von hinten nehmen, haben keinen gemeinsamen Nutzen. Das Gute an Windenergieanlagen ist, dass sie nicht durch den Windschatten des Turms beeinträchtigt werden. Die schlechte Seite ist, dass das Rudersystem so konstruiert ist, dass die Turbine ständig dem Wind zugewandt ist.

Ein Beispiel für Turbinen mit horizontaler Achse sind Windturbinen vom Propellertyp. Die Schaufeln dieses Turbinentyps können einteilig sein oder sie können aus zwei oder mehr Teilen bestehen. Die heute am häufigsten verwendete Art sind die dreiflügeligen. Diese Turbinen dienen der Stromerzeugung. In der Vergangenheit wurden Mehrblattturbinen zum Mahlen von Getreide, zum Pumpen von Wasser und zum Fällen von Bäumen verwendet.

Windkraftanlagen mit vertikaler Achse (DERT)

Die Turbinenwelle steht senkrecht und senkrecht zur Windrichtung. Es gibt Sorten wie Savonius-Typ und Darrieus-Typ. Es wurde hauptsächlich zu Versuchszwecken hergestellt. Es hat eine sehr geringe kommerzielle Nutzung.

Die Vorteile dieser Turbinen lassen sich wie folgt auflisten:

Da der Generator und das Getriebe auf dem Boden platziert werden, ist es nicht erforderlich, die Turbine auf dem Turm zu platzieren, sodass kein Turm über dem Kopf steht. Die Turbine muss nicht in Windrichtung gedreht werden, daher ist keine Ruderanlage erforderlich.

Mit Ausnahme der Turbinenwelle sind andere Teile leicht zu warten und zu reparieren. Der Transport ist einfacher, da die resultierende Leistung ebenerdig abgegeben wird.

Berechnung der Windkraft

Windkraft ist ein Maß für die mögliche Windkraft. Die Windkraft ist eine Funktion der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. Verdoppelt sich die Windgeschwindigkeit, erhöht sich die Energie im Wind um den Faktor acht (23). Das heisst: Kleine Änderungen der Windgeschwindigkeit bewirken große Änderungen der Windenergie.

Beispielsweise ist die Energiemenge, die von einem Wind mit einer Geschwindigkeit von 12,6 m/s erzeugt werden kann, doppelt so groß wie die Energie, die von einem Wind mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s erzeugt werden kann. (10 = 1000, 12,63 = 2000).

Kleine Windgeschwindigkeitsfehler, die bei der Standortauswahl oder Messfehlern gemacht werden können, können große Fehler bei einer Investition in eine Windkraftanlage verursachen. Daher sollte vor dem Kauf einer Windkraftanlage eine genaue und kontinuierliche Windstudie durchgeführt werden. Um wirtschaftlich zu sein, sollte eine Windenergieanlage am Standort, an dem sie installiert werden soll, eine jährliche durchschnittliche Windgeschwindigkeit von mindestens 5,4 m/s (12 mph) aufweisen.

 

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