Windkraftanlagen sehen aus wie Flugzeugpropeller, die auf der Stelle laufen – sie drehen sich, aber sie gehen nicht weiter. Sie dienen jedoch einem sehr nützlichen Zweck. Der Wind birgt viel Energie, und ihre riesigen Rotoren können einen Teil davon einfangen und sofort in Strom umwandeln. Schauen wir uns einmal genauer an, wie das im Einzelnen funktioniert.

Eine Windkraftanlage ist eine Maschine, die sich in einer sich bewegenden Flüssigkeit (Flüssigkeit oder Gas) dreht und einen Teil der vorbeiströmenden Energie auffängt. Turbinen werden in allen möglichen Maschinen eingesetzt, von Düsentriebwerken über Wasserkraftwerke und Diesellokomotiven bis hin zu Windmühlen. Selbst ein Kinderspielzeug-Windrad ist eine einfache Form einer Turbine.

Die riesigen Rotorblätter an der Vorderseite einer Windkraftanlage sind der “Turbinenteil”. Die Blätter haben eine spezielle gebogene Form, ähnlich wie die Tragflächen eines Flugzeugs. Wenn der Wind an den Flügeln eines Flugzeugs vorbeiströmt, bewegt er sie mit einer Kraft, die wir Auftrieb nennen, nach oben; wenn er an den Blättern einer Turbine vorbeiströmt, dreht er sie stattdessen. Der Wind verliert einen Teil seiner kinetischen Energie (Bewegungsenergie) und die Turbine gewinnt ebenso viel. Wie zu erwarten, ist die Energiemenge, die eine Turbine erzeugt, proportional zu der Fläche, die ihre Rotorblätter überstreichen; mit anderen Worten: Je länger die Rotorblätter sind, desto mehr Energie erzeugt die Turbine. Natürlich sind auch schnellere Winde hilfreich: Wenn der Wind doppelt so schnell weht, steht einer Turbine potenziell achtmal so viel Energie zur Verfügung, die sie nutzen kann. Das liegt daran, dass die Energie des Windes proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit ist.

Da der Wind ständig schwankt, schwankt auch die von einer einzelnen Windkraftanlage erzeugte Elektrizität. Wenn man viele Windkraftanlagen zu einem großen Park zusammenschließt und viele Windparks in verschiedenen Gebieten in ein nationales Stromnetz einbindet, ergibt sich insgesamt eine viel gleichmäßigere Versorgung.

Obwohl wir von “Windturbinen” sprechen, ist die Turbine nur eines der Teile dieser Maschinen. Bei den meisten (aber nicht allen) Turbinen ist ein weiterer wichtiger Teil ein Getriebe, dessen Zahnräder die relativ langsame Drehung der sich drehenden Flügel in eine schnellere Bewegung umwandeln – die Antriebswelle wird schnell genug gedreht, um den Stromgenerator anzutreiben. Das Getriebe kann auch Komponenten wie Sammelschienen enthalten, die dazu beitragen, die aus dem Wind gewonnene Energie in Strom umzuwandeln.

Der Generator ist ein wesentlicher Bestandteil aller Turbinen, und man kann ihn sich ein wenig wie eine riesige, vergrößerte Version des Dynamos in einem Fahrrad vorstellen. Wenn Sie mit dem Fahrrad fahren, dreht sich der Dynamo am Hinterrad und erzeugt so viel Strom, dass eine Lampe leuchtet. Dasselbe geschieht in einer Windkraftanlage, nur dass der “Dynamo”-Generator von den Rotorblättern der Turbine und nicht von einem Fahrradrad angetrieben wird, und die “Lampe” ist ein Licht in einem meilenweit entfernten Haus. In der Praxis werden in Windkraftanlagen verschiedene Arten von Generatoren verwendet, die mit Dynamos überhaupt nicht vergleichbar sind.