Die Energie des Winds
Windenergie wird seit Tausenden von Jahren in vielfältigen Formen «geerntet». Wie sie funktioniert und wie daraus Strom entsteht.
@Suisse Eole
Ob mit Windmühlen, Segelschiffen oder anderen Geräten: Die Windenergie ist eine der ältesten vom Menschen genutzten Energieformen.
Aus der Windmühlentechnik entwickelten sich gegen Ende des 19. Jahrhunderts erste Windkraftanlagen zur Stromerzeugung. 1883 errichtete ein österreichischer Ingenieur die erste Anlage für die Internationale Elektrizitätsausstellung in Wien.
Windenergie oder Windkraft nutzt die Bewegungsenergie («kinetische Energie») des Windes. Dieser entsteht durch unterschiedliche Luftdrücke. Die Luftteilchen bewegen sich permanent und streben nach einem Ausgleich – der Windstille. Je grösser der Luftdruckunterschied ist, desto schneller strömt Luft zum Gebiet mit tieferem Luftdruck.
Bauformen der Windenergie-Nutzung
Man unterteilt die Windkraft in Gross- und Kleinwindkraft. Grosswindkraft-Projekte erzeugen vor Ort auch Widerstand, schon aufgrund der schieren Grösse einer Anlage – sie ragt je nach Standort und Alter inklusive Rotorblatt mehr als 200 Meter in die Höhe.
Kleinwindanlagen hingegen kommen in der Schweiz auf höchstens 30 Meter und stehen oft bei Bauernhöfen oder ergänzen auf den Hausdächern Photovoltaikanlagen, die Nachts keinen und im Winter weniger Strom liefern. Dafür weht der Wind. Die Anlagen gibt es in unterschiedlichen Bauformen, um auch noch schwächere Winde nutzen zu können. Es gibt Vertikalachs- und Horizontalwindturbinen. Letztere sind weit verbreitet: Sie sehen wie übergrosse Ventilatoren aus. Bei ihnen dreht sich der Rotor um die horizontale Achse. Vertikalachswindturbinen hingegen drehen sich senkrecht zur Erdoberfläche und sind darum von der Windrichtung unabhängig. Sie sind leise, kompakt und eignen sich für die Windenergienutzung in urbanen Räumen. Vertikale Windräder gibt es in höchst unterschiedlichen Designs. Verbreitet sind etwa Savonius- und Darrieus-Rotoren.
Beschränkter Wirkungsgrad
Die Bauweise kann noch so perfekt gewählt sein: Die theoretisch entnehmbare Windenergie ist beschränkt. Der deutsche Physiker Albert Betz hat es 1919 berechnet: Maximal 59,3 % der Windleistung können mit üblichen Propeller-Windrädern geerntet werden. Bei Vertikalwindrädern sind derzeit 20 bis 40 Prozent realistisch. Grosse Horizontalwindräder kommen an die 50-%-Marke heran.
Vertical Sky: klein und gross
Seit 2010 entwickelt die Schweizer Firma Agile Wind Power eine Vertikalanlage, die einen Wirkungsgrad von beinahe fünfzig Prozent bei einer Leistung von 1 MW erreicht, sich also mit konventionellen Anlagen messen kann, jedoch kompakter und leiser ist. Der Trick: Ihre Blätter werden in Echtzeit auf den Wind ausgerichtet. Die Testanlage steht auf der windgünstigen Hochebene von Brütten bei Winterthur. Das Projekt wird unter anderem von dem Energieversorger EKZ und Hochschulen wie der ZHAW und der OST unterstützt.
