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Wissenschaft im Alltag: Windkraftwerke



Sägen, Pumpen, Mahlwerke und andere Maschinen wurden im Mittelalter von Wind und Wasser angetrieben – Mühlen waren High Tech. Noch Mitte des 19. Jahrhunderts drehten sich bis zu 200000 Windmühlen in Europa, gegen die wirtschaftlichere Dampfmaschine vermochte sich diese Technik aber nicht zu behaupten.

Erst die Ölkrise in den 1970er Jahren entfachte erneut das Interesse an der Windkraft. Eine Kombination von Rotor und Generator sollte die Bewegungsenergie des Windes in elektrischen Strom umwandeln.

Die Entwicklung begann allerdings mit einem Flop: Growian (Große Windenergie-Anlage) sollte alle bisherigen Windkraftwerke übertreffen. Sein Turm ragte 96 Meter in den Himmel; die Spannweite der beiden Rotorflügel betrug zusammen 100 Meter. Bei Windstärke 6 oder einer Windgeschwindigkeit von zwölf Meter pro Sekunde erzeugte die Anlage eine Leistung von einem, bei voller Auslastung von drei Megawatt. Doch von der Aufnahme der Erprobung Ende Januar 1983 bis zum Ende im Sommer 1987 stand Growian auf Grund technischer Probleme zu 99 Prozent der Zeit still.

An seine Stelle traten kleinere, zu "Windparks" angeordnete Kraftwerke, die sich als weit weniger störanfällig und vor allem wirtschaftlicher erwiesen haben. Dank optimierter Rotorblätter und moderner Regelelektronik erzeugen Windräder heute im Durchschnitt 30 Prozent mehr elektrische Leistung als noch vor einem Jahrzehnt. Gesetzliche Bestimmungen wie das seit 1991 in Deutschland geltende Stromeinspeisungsgesetz und das Anfang 2000 beschlossene "Erneuerbare-Energien-Gesetz" haben diese Entwicklung maßgeblich begünstigt, auch wenn Energiekonzerne über die ihrer Ansicht nach zu hohen Vergütungssätze für die Einspeisung des derart erzeugten Stroms klagen. Zurzeit gibt es in Europa den größten Windmarkt der Welt; allein in Deutschland decken die Anlagen drei Prozent des Nettostrombedarfs.

Allerdings empfinden manche die hohen Türme als unästhetisch, Anwohner haben sich in der Vergangenheit über Rotorgeräusche, das Schattenspiel der Drehflügel oder Störungen des Fernsehempfangs beklagt. Die technische Entwicklung versucht diese Probleme zu lösen, beispielsweise durch den Ersatz metallischer Komponenten durch solche aus Verbundwerkstoffen. Zudem durchlaufen Windkraftanlagen die üblichen Genehmigungsverfahren.

Grenzen setzt allerdings auch das Zusammenspiel von Natur und Ökonomie: Nur bei kontinuierlich starken Winden – in Deutschland also vor allem nahe der Küste – wird der Betrieb wirtschaftlich. Doch wenn der "Energielieferant" im Tagesverlauf deutlich variiert, müssen die Betreiber der regionalen Netze Strom zukaufen, und der ist oft teuer. Gerade Spitzen im Stromverbrauch lassen sich nicht wie bei konventionellen Kraftwerken durch ein kurzfristiges "Hochfahren" der Anlage ausgleichen.

Auch hier suchen die Ingenieure nach Lösungen. So könnte ein Stromüberschuss aus Windkraftanlagen zur Wasserstoffherstellung genutzt werden, den Brennstoffzellen später bei Bedarf wieder verstromen.

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Einen Windpark zu errichten ist eine teure Angelegenheit. Beispielsweise müssen die Rotoren sehr stabil ausgelegt werden, um bei Starkwind nicht gegen den Turm zu schlagen. Das Unternehmen Rocky Flats aus Colorado (USA) propagiert nun, die Rotorblätter hinter den Turm zu hängen und ihnen in gewissem Grade Flexibilität zu geben. Das erlaube, 40 Prozent an Gewicht und damit bis zu 25 Prozent an Investitionskosten zu sparen.

Aufwindkraftwerke machen sich ihren Wind selbst: Die Sonne erwärmt Luft unter einem Glasdach, die dann durch eine Kaminröhre aufwärts strömt und Turbinen antreibt. Die für wüstenhafte Regionen entwickelte Technik ist umstritten. Bei einem in den 1980er Jahren betriebenen Versuchskraftwerk in Manzanares (Spanien) wurden im Mittel knapp 0,1 Prozent der einfallenden Strahlungsleistung in elektrische Energie umgewandelt. Ein Stuttgarter Ingenieurbüro plant nun mit einem australischen Unternehmen zusammen die Errichtung eines Aufwindkraftwerks im Südosten Australiens. War der Kamin in Manzanares noch 200 Meter hoch, soll dort ein fünfmal höherer entstehen. Das Glasdach von vier Kilometer Durchmesser wird etwa fünf Meter über dem Boden liegen, die Anlage soll 200 Megawatt elektrische Leistung erzeugen.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 2002, Seite 78
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
10 / 2002

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 10 / 2002

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