Windkraft

Windkraft, Form der Energieumwandlung, bei der Turbinen die kinetische Energie des Windes in mechanische oder elektrische Energie umwandeln, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Windkraft gilt als eine erneuerbare Energiequelle. Historisch gesehen wird die Windkraft in Form von Windmühlen schon seit Jahrhunderten für Aufgaben wie das Mahlen von Getreide und das Pumpen von Wasser genutzt. Moderne kommerzielle Windturbinen erzeugen Strom, indem sie die Rotationsenergie zum Antrieb eines elektrischen Generators nutzen. Sie bestehen aus einem Blatt oder Rotor und einem Gehäuse, das Gondel genannt wird und einen Antriebsstrang auf einem hohen Turm enthält. Die größten Turbinen können eine Leistung von 4,8 bis 9,5 Megawatt erzeugen, haben einen Rotordurchmesser von mehr als 162 Metern und sind an Türmen befestigt, die bis zu 240 Meter hoch sind. Die gebräuchlichsten Typen von Windturbinen (die bis zu 1,8 Megawatt produzieren) sind viel kleiner; sie haben eine Blattlänge von etwa 40 Metern und sind an Türmen befestigt, die etwa 80 Meter hoch sind. Kleinere Turbinen können für die Stromversorgung einzelner Häuser verwendet werden. Windparks sind Gebiete, in denen eine Reihe von Windturbinen gruppiert sind und eine größere Gesamtenergiequelle bereitstellen.

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Die Windressourcen werden auf der Grundlage der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit und der Verteilung der in einem bestimmten Gebiet auftretenden Windgeschwindigkeitswerte berechnet. Die Gebiete werden in Windleistungsklassen eingeteilt, die von 1 bis 7 reichen. Eine Windleistungsklasse von 3 oder höher (entspricht einer Windleistungsdichte von 150-200 Watt pro Quadratmeter oder einer mittleren Windgeschwindigkeit von 5,1-5,6 Metern pro Sekunde) ist für die Windenergieerzeugung im industriellen Maßstab geeignet, obwohl einige geeignete Standorte auch in Gebieten der Klassen 1 und 2 zu finden sein können. In den Vereinigten Staaten gibt es erhebliche Windressourcen in der Region der Great Plains sowie an einigen Offshore-Standorten. Im Jahr 2018 war der größte Windpark der Welt die Jiuquan Wind Power Base, eine Anlage mit mehr als 7.000 Windturbinen in der chinesischen Provinz Gansu, die mehr als 6.000 Megawatt Strom erzeugt. Einer der größten aktiven Offshore-Windparks der Welt, das London Array, erstreckt sich über eine Fläche von 122 Quadratkilometern in den äußeren Zufahrten der Themsemündung und produziert bis zu 630 Megawatt Leistung. Hornsea One, das 2020 in Betrieb gehen wird und eine Fläche von 407 Quadratkilometern in der Nähe der englischen Yorkshire-Küste umfasst, wird sogar noch größer sein und etwa 1.200 Megawatt Leistung erzeugen. Zum Vergleich: Ein typisches neues Kohlekraftwerk hat eine durchschnittliche Leistung von 550 Megawatt.

Im Jahr 2016 trug die Windenergie etwa 4 Prozent zur weltweiten Stromerzeugung bei. Die Stromerzeugung durch Wind hat aufgrund der Besorgnis über die Kosten für Erdöl und die Auswirkungen der Verbrennung fossiler Brennstoffe auf das Klima und die Umwelt (siehe auch globale Erwärmung) drastisch zugenommen. Von 2007 bis 2016 verfünffachte sich beispielsweise die gesamte installierte Windkraftkapazität weltweit von 95 Gigawatt auf 487 Gigawatt. China und die Vereinigten Staaten verfügten 2016 über die größte installierte Windkraftkapazität (mit 168,7 Gigawatt bzw. 82,1 Gigawatt), und im selben Jahr erzeugte Dänemark den größten Anteil seines Stroms aus Windkraft (fast 38 Prozent). Die Windkraftindustrie schätzt, dass die Welt bis 2030 fast 20 Prozent ihres gesamten Stroms aus Windkraft erzeugen könnte. Verschiedenen Schätzungen zufolge liegen die Kosten für Windenergie je nach Standort bei 2-6 Cent pro Kilowattstunde. Das ist vergleichbar mit den Kosten von Kohle, Erdgas und anderen fossilen Energieträgern, die zwischen 5 und 17 Cent pro Kilowattstunde liegen.

Herausforderungen bei der großflächigen Implementierung von Windenergie sind unter anderem Standortanforderungen wie die Verfügbarkeit von Wind, ästhetische und ökologische Bedenken sowie die Verfügbarkeit von Land. Windparks sind am kosteneffektivsten in Gebieten mit gleichbleibend starken Winden; diese Gebiete befinden sich jedoch nicht unbedingt in der Nähe großer Bevölkerungszentren. Daher müssen Stromleitungen und andere Komponenten des elektrischen Verteilungssystems die Kapazität haben, diesen Strom zu den Verbrauchern zu übertragen. Da es sich bei Wind um eine intermittierende und unbeständige Energiequelle handelt, kann es außerdem notwendig sein, den Strom zu speichern. Öffentliche Interessengruppen haben Bedenken über die potenziellen Störungen geäußert, die Windparks auf die Tierwelt und die allgemeine Ästhetik haben können. Obwohl Windgeneratoren beschuldigt wurden, Vögel zu verletzen und zu töten, haben Experten gezeigt, dass moderne Turbinen einen geringen Einfluss auf die Vogelpopulationen haben. Die National Audubon Society, eine große Umweltgruppe mit Sitz in den USA, die sich für den Schutz von Vögeln und anderen Wildtieren einsetzt, befürwortet die Windenergie nachdrücklich, vorausgesetzt, die Windparks werden an geeigneten Standorten errichtet, um die Auswirkungen auf Zugvogelpopulationen und wichtige Lebensräume für Wildtiere zu minimieren.