Erzeugt eine Windkraftanlage mehr Strom, je schneller sie sich dreht?
Vereinfacht gesagt: Eine Windkraftanlage erzeugt nicht mehr Strom, je schneller sie sich dreht. Sie hat einen optimalen Drehzahlbereich, außerhalb dessen sie entweder gar keinen Strom mehr erzeugt oder an Effizienz verliert.
Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Erklärung:
1. Vor der Nennwindgeschwindigkeit: Je schneller, desto mehr (innerhalb eines bestimmten Bereichs)
Wenn die Windgeschwindigkeit von null zunimmt, beginnen sich die Generatorblätter zu drehen, und je höher die Drehzahl (Spitzendrehzahl), desto höher die Stromerzeugung. Dieser Vorgang entspricht unserer Intuition.
2. Nach Erreichen der Nennwindgeschwindigkeit: konstante Leistung, keine weitere Leistungssteigerung
Das ist der entscheidende Punkt. Jede Windkraftanlage hat eine Nennleistung (z. B. 2 Megawatt) und eine Nennwindgeschwindigkeit (üblicherweise etwa 12-15 Meter pro Sekunde).
Wenn die Windgeschwindigkeit die Nennwindgeschwindigkeit erreicht, begrenzt das Steuerungssystem aktiv die Drehzahl der Rotorblätter und die eingefangene Windenergie durch Anpassung des Blattwinkels (Pitch) und anderer Methoden, um die Stromerzeugung auf der Nennleistung zu stabilisieren und nicht weiter zu erhöhen.
Warum macht man das? Um wichtige Bauteile wie Generatoren und Getriebe vor übermäßiger mechanischer Belastung und dem Durchbrennen elektrischer Energie zu schützen. Ungebremste Beschleunigung kann Geräte schwer beschädigen.
3. Überschreiten der Abschaltwindgeschwindigkeit: Sichere Abschaltung, Stromerzeugung stoppen
Wenn die Windgeschwindigkeit zu hoch ist und die Abschaltgeschwindigkeit erreicht (normalerweise etwa 25 Meter pro Sekunde, entsprechend einem Sturm der Stärke 10), bewirkt das Steuerungssystem, dass die Rotorblätter vollständig geneigt werden (parallel zur Windrichtung wie bei einem Flugzeugflügel), um Schäden an der Struktur durch extreme Windlasten zu verhindern. Dadurch stoppt der Ventilator und bremst ab, und die Stromerzeugung ist auf null reduziert.
Wichtigste Ergänzung: Effizienz und „Spitzengeschwindigkeitsverhältnis“
Bei der Windenergieerzeugung steht nicht nur eine hohe Windgeschwindigkeit, sondern auch eine optimale aerodynamische Effizienz im Vordergrund. Diese Effizienz wird durch das sogenannte Blattspitzengeschwindigkeitsverhältnis (das Verhältnis der Blattspitzengeschwindigkeit zur Windgeschwindigkeit) gemessen. Jedes Blattdesign hat einen optimalen Wert für dieses Verhältnis, und das Steuerungssystem optimiert den Betrieb der Windkraftanlage, um eine maximale Umwandlung von Windenergie in mechanische Energie zu gewährleisten.
Ist die Geschwindigkeit zu hoch, kann dies neben Sicherheitsrisiken für die Ausrüstung auch zu einer Verringerung der Effizienz führen, da Turbulenzen und Widerstand zunehmen.
Bildmetapher
Man kann sich eine Windkraftanlage wie ein Auto mit intelligentem Tempomat vorstellen:
Anlaufphase (leichte Brise): Je größer der Gashebel (Wind), desto höher die Fahrzeuggeschwindigkeit (Drehzahl) und desto mehr Straßen (Energieerzeugung) können natürlich befahren werden.
Autobahngeschwindigkeit (Nenngeschwindigkeit): Selbst bei starkem Durchdrücken des Gaspedals wird die Geschwindigkeit vom elektronischen System zum Schutz des Motors und zur Einhaltung der Sicherheitsvorschriften auf 120 Kilometer pro Stunde (Nennleistung) begrenzt.
Extremwetter (Sturm): Das System zwingt Sie, anzuhalten (Parkplätze zu sperren) und abzuwarten, bis sich das Wetter bessert, bevor Sie weiterfahren können.
Zusammenfassend:
Die Stromerzeugung einer Windkraftanlage steigt mit der Windgeschwindigkeit, bis die Nennleistung erreicht ist. Anschließend werden Drehzahl und Leistung aktiv geregelt, um die Anlagensicherheit zu gewährleisten und einen stabilen und effizienten Betrieb sicherzustellen. Daher gilt das Prinzip „schneller, mehr Leistung“ nur bei niedrigen Windgeschwindigkeiten, während bei hohen Windgeschwindigkeiten Stabilität und Sicherheit im Vordergrund stehen.
