Windkraft – das große Pusten
Bei der Windkraft werden die bewegten Luftmassen der Atmosphäre genutzt. Schon früher gab es Windmühlen, die beispielsweise zum Mahlen von Getreide eingesetzt wurden. Heute gehört die Windenergie zu den erneuerbaren Energien und dient der Stromerzeugung. Inzwischen finden sich weltweit immer mehr Windenergie-Anlagen. Sie können in allen Klimazonen errichtet werden und in sämtlichen Landschaftsformen. Laut einer Studie der US-amerikanischen Harvard University könnte eine effiziente weltweite Nutzung der Windkraft den kompletten Energiebedarf der Menschheit abdecken.
Immer hart am Wind
Bei der Windkraft handelt es sich um horizontale Bewegungsenergie, die auch als kinetische Energie bekannt ist. Sie entsteht, weil die Sonne auf die Erde strahlt und dadurch Energiegefälle entstehen, da diese Strahlung nicht überall gleich ist. So kommt es dazu, dass Luftdruckunterschiede entstehen und diese haben Bewegungen der Luftmassen zur Folge, die den Zweck haben, die Energiegefälle auszugleichen. Sie äußern sich in Form von Winden. Dass die Windkraft eine besonders nachhaltige Energiequelle ist, ist seit Langem bekannt. Tatsächlich hat es nämlich kaum nennenswerte Auswirkungen auf das Weltklima, wenn die Windkraft in großem Maße genutzt wird. Eine Schwierigkeit, die jedoch bei der gezielten Nutzung der Windenergie besteht, ist die Tatsache, dass sie nicht konstant zuverlässig ist. Schließlich gibt es beim Wind keine konstante Stärke und er unterliegt häufig starken Schwankungen. So kann es auch im Küstenbereich, wo normalerweise eher starker Wind herrscht, durchaus Tage geben, an denen nahezu Flaute herrscht. Diese Unstetigkeit macht eine gezielte Nutzung problematisch, weshalb die Windkraft in den meisten Fällen in Kombination mit anderen Energiequellen genutzt wird.
Wie Windkraft funktioniert
Moderne Windkraft-Anlagen nutzen das Auftriebsprinzip. Sie haben in den meisten Fällen Rotorblätter, die aerodynamisch geformt sind, diese sind aus dem Flugzeugbau bekannt. Die meisten Anlagen haben Horizontalachsen-Rotoren. Diese richten sich dann nach der jeweiligen Windrichtung aus. Aus diesem Grund muss ein Generator in der Spitze des Windrades installiert werden. Bei Rotoren mit einer vertikalen Achse kann der Generator jedoch auch ebenerdig aufgestellt werden, da sie nicht mit dem Wind mitgeführt werden müssen. Allerdings haben sie den Nachteil, dass sie weniger wirkungsvoll sind und bisweilen sogar eine Hilfe benötigten, um in Gang zu kommen. Man unterteilt die Windkraft-Anlagen in Kleinanlagen, mittlere Anlagen und Großanlagen. Unterscheidungs-Kriterien sind dabei die Leistungen und die Höhe. Kleinanlagen haben eine Leistung von unter 70 Kilowatt und sind zirka 25 Meter hoch. Mittlere Anlagen haben eine Leitung, die zwischen 70 und 750 Kilowatt liegt und sie sind zwischen 40 und 65 Meter hoch. Bei Großanlagen liegt die Leistung im Bereich über 750 Kilowatt und sie erreichen eine imposante Höhe von 60 bis zu 100 Metern. Es gibt zudem Bestrebungen, die Höhe und Leistungsfähigkeit noch deutlich zu steigern, so dass künftig wohl noch eine weitere Megawatt-Klasse hinzugezogen werden muss. Dieses bezieht sich im Besonderen auf den Offshore-Bereich, wo Großanlagen dieser Art zum Einsatz kommen können. Die Windkraft-Technik ist inzwischen sehr gut entwickelt und es gibt eine Tendenz, die Leistungsfähigkeit immer weiter zu steigern. Die Nutzung der Windkraft wird sich in Zukunft also noch weiter ausbauen lassen und aus diesem Grund ist diese erneuerbare Energiequelle stetig auf dem Vormarsch.
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MehrWasserkraft – immer im Fluss
Die Wasserkraft gehört zu den regenerativen Energiequellen und wurde schon vor langer Zeit genutzt. Man nutzte die Bewegungsenergie von Bächen und Flüssen, indem man ein Rad in die Strömung integrierte. Bis ins zweite Jahrhundert vor Christus gehen diese frühen und simplen Wasserräder zurück. Mit ihrer Hilfe wurden in den meisten Fällen Mühlen zu Mahlen von Getreide angetrieben. Die dazu gehörigen Mahlsteine waren dabei unmittelbar an der Welle des Rades im Wasser angebracht, es gab keine dazwischen geschalteten Übertragungselemente. Die Römer nutzten nur wenig später Wasserräder mit einer waagerechten Welle, die über ein Umlenkgetriebe verfügten.
Wasserkraft im Spiegel der Geschichte
Die Hochzeit des Wasserrades kam im Mittelalter. Sie würden häufig in Klöstern eingesetzt und die Technik wurde immer mehr verfeinert und wurde immer ausgereifter. Durch die Erfindung der Daumenwelle konnte man eine drehende Bewegung in ein Hin und Her verändern. So konnte die Wasserkraft für Schmieden und Schleifereien, in Sägewerken und auch in der Textil-Herstellung genutzt werden. Auch im Bergbau kam sie zum Einsatz. Wasserkraftwerke im modernen Sinne gibt es ebenfalls schon seit relativ langer Zeit. Bereits vor mehr als hundert Jahren waren sie neben den Dampfmaschinen im Einsatz und mit ihrer Hilfe konnte elektrische Energie gewonnen werden. Man unterscheidet Laufwasserkraftwerke, Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke, Gezeitenkraftwerke und Wellenkraftwerke. Laufwasserkraftwerke zeichnen sich durch eine geringe Fallhöhe des Wassers aus. Allerdings hat es einen relativ hohen Wasserdurchsatz. Trotz vergleichsweise hoher Kosten bei der Errichtung, zahlen sie sich aus, weil sie im Gegenzug sehr langlebig sind. Zudem müssen sie nicht ständig durch Personal kontrolliert werden und haben geringe Betriebskosten. Sie dienen der Grundstromversorgung und man findet sie beispielsweise in Saar und Mosel.
Vielfältige Nutzungsmöglichkeiten
Speicherkraftwerke findet man häufig in hoch gelegenen Seen oder Talsperren. Hier wird das Wasser mit Hilfe von Stollen und Druckrohrleitungen zu den Turbinen geleitet und im Falle eines Anstiegs des Elektrizitätsbedarfs aus dem Speicherbecken genutzt werden. Diese Art der Wasserkraft eignet sich besonders, um den Spitzenbedarf zu decken. Im Gegensatz dazu werden Pumpspeicherkraftwerke dazu genutzt, größeren Strombedarf zu bedienen. Sie sind vergleichbar mit gigantischen Batterien und sichern die Reserve, bzw. das Netz, wenn es zu einem Ausfall eines anderen Kraftwerkes kommen sollte. Auch die Energie der Gezeiten kann zur Gewinnung von Elektrizität genutzt werden. Hierzu eignen sich Gezeitenkraftwerke. Diese sind jedoch nur dann sinnvoll, wenn es einen ausreichenden Tidenhub gibt, also wenn die Unterschiede zwischen Ebbe und Flut wirklich signifikant sind. Dieses ist beispielsweise in Frankreich der Fall, wo der Unterschied zwischen den Wasserständen bei zirka zwölf bis dreizehn Metern liegt. Sie sind aus diesem Grund nur an relativ wenigen Orten sinnvoll, da diese natürlichen Gegebenheiten nicht überall vorhanden sind. So gibt es beispielsweise in Deutschland nicht ein einziges Gezeitenkraftwerk. Zu guter Letzt gibt es noch die Möglichkeit, die Wellen zur Gewinnung von Strom zu nutzen. Hier gibt es unterschiedliche Methoden, um Elektrizität zu erzeugen, doch auch diese Wellenkraftwerke sind in Deutschland nicht zu finden, sie gibt es an den Küsten einiger skandinavischen Länder, in Frankreich und England. Weltweit werden zirka 20 Prozent des Elektrizitätsbedarfs durch die Wasserkraft bedient.
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