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Alte Typen von Windkraftwerken – Voyages Scolaires

Alte Typen von Windkraftwerken

Alte Typen von Windkraftwerken 2014-07-03T09:41:35+00:00

Anfangszeit der Windenergie

Die Windenergie ist eine der ältesten vom Menschen genutzten Energieformen. Schon vor langer Zeit wurde mithilfe von Windmühlen vor allem mechanische Arbeit wie das Mahlen von Getreide und das Pumpen von Wasser durchgeführt.

Europa

In Europa sind Windmühlen seit dem 12. Jahrhundert bekannt. Sie wurden von Anfang an als Auftriebsläufer mit horizontal liegender Rotordrehachse gebaut, was bis heute das grundlegende Prinzip moderner Windkraftanlagen ist.

(http://de.wikipedia.org/wiki/Geschichte_der_Windenergienutzung)

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  • 12. – 19. Jh.
    • Wasser- und Windkraft einzige relevante Quellen für
      mechanische Energie im Abendland
    • Diese Energieformen spielten entscheidende Rolle für erste Wachstumsphase in Europa
  • 1769 Erfindung der Dampfmaschine (James Watt)
  • Noch 1895:
    • 45 % der Energie durch Wasser- und Windkraft
    • 55% aus Dampf- und Verbrennungsmaschinen

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Persien und China

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  • vertikale Drehachse
  • Widerstandsläufer

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Vorteil: Antrieb ohne Umlenkung und Getriebe

img100Chinesische Windmühle

img101Persische Windmühle

img102Funktionsprinzip der persischen Windmühle

Abendland

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  • Horizontale Achsen
  • Antriebsprinzip: Auftrieb von umströmten Flügelprofilen
  • Theoretische Beschreibung erst Anfang des 20. Jh.
  • Bockwindmühle: Mühlenhaus drehbar gelagert, kann in Wind gedreht werden

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Weitere Entwicklungsimpulse

Charles Francis Brush baute 1887/88 eine Windkraftanlage auf der Basis der Westernmills, die er zur Versorgung seines Hauses mit elektrischer Energie aus einem Batteriespeicher benutzte.

img0(http://users.humboldt.edu/omara/11.jpg)

Der Däne Poul La Cour baute 1891 die erste Versuchsanlage in Askov auf Jütland. Erstmal wurden Windkanalversuche durchgeführt.

Diese Windkraftanlage basiert auf dem Konzept des Schnellläufers wobei die Flügelspitzen sich schneller als der Wind bewegen. Der Rotordurchmesser beträgt 18m und die Leistung liegt bei 30kW.

Sie wurde durch die Firma Lykkegaard als kommerzielles Produkt vermarktet. Bis 1908 waren 72 Stück in Dänemark zur Versorgung ländlicher Siedlungen installiert.

img1(http://de.wikipedia.org/wiki/Geschichte_der_Windenergienutzung#mediaviewer/Datei:1907_Windrad_Vallekilde.jpg)
Savonius Rotor 1925

img2(http://www.elite.tugraz.at/Jungbauer/pics/Image248.gif)
Der Franzose Georges Darrieus patentierte 1931 in den USA den Darrieus Rotor welcher eine Bauform mit vertikaler Achse hat und ein Schnellläufer ist.
img3(http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/inzynieria_srodowiska/c_odnaw_zrodla_en/en_version/images/darrieus.jpg)
Ein weiterer Meilenstein war die 1,25MW Smith-Putnam-Anlage (zwei Flügel, Leeläufer, Rotordurchmesser von 17,5m), benannt nach Palmer Cosslett Putnam in Vermont, USA, 1941. Die Anlage lief mit Unterbrechungen bis 1945, dann brach einer der Flügel. Die für diese Größe notwendigen Materialien beziehungsweise Materialqualitäten waren damals noch nicht verfügbar.

img4(http://www.integener.com/SABTSKManuscript/Chapter06_files/SmithPutnam40sWndTrbn010307A.JPG)
1951 entwarf der deutsch-österreichische Windkraft-Pionier Ulrich W. Hütter eine 10-kW-Anlage mit 11 m Rotordurchmesser, die von der Firma Allgaier Werke in Serie hergestellt wurde. An die 200 Stück wurden vor allem in die Länder Südafrika, Argentinien und Indien exportiert. Eine Anlage ziert noch heute das Stammhaus der Firma Klöckner in Bonn und ist voll einsatzfähig.

Auf der Schwäbischen Alb bei Geislingen an der Steige errichtete er 1957 das Urmodell aller modernen Windkraftanlagen, die 100 kW-Anlage StGW-34 mit 34 m Rotordurchmesser. Sie erhielt 1969 neue Rotorblätter aus GFK. Faserverbund-Bauteile von 17 m Länge waren für diese Zeit ungewöhnlich.

1957 erbaute Johannes Juul in Dänemark die Gedser Windkraftanlage, die zum “Archetypen der “Dänischen Windkraftanlage” wurde und durch ihr innovatives Design ein großer Durchbruch in der Entwicklungsgeschichte der Windkraftanlagen war. Sie hatte drei Flügel, die aus Stabilitätsgründen untereinander abgespannt waren, und einen direkt netzgekoppelten Asynchrongenerator mit einer Nennleistung von 200 kW. Die Leistungsbegrenzung erfolgte rein passiv durch Strömungsabriss (Stallregelung), bei Netzausfall begrenzten fliehkraftgesteuerte Blattspitzen die Rotordrehzahl. Die Anlage lief bis 1966 sehr zuverlässig, dann wurde sie aus Kostengründen stillgelegt. Sie wurde jedoch nicht abgebaut und erlebte 1977 eine Renaissance, als sie im Rahmen eines Abkommens einer dänischen Institution mit der NASA wieder in Betrieb genommen wurde und mehrere Jahre als Versuchsanlage diente.

Im März 1978 ging die Windkraftanlage der dänischen Tvind-Schule mit drei Rotorblättern aus GFK auf der Luvseite des Turms und 1 MW Leistung in Betrieb, die mit Unterbrechungen auch 34 Jahre später noch in Betrieb war. Anfang der 1980er Jahre setzte sich während eines Nachfrageschubs aus den USA das dänische Konzept bei Windkraftanlagen durch. Typisch waren der Asynchrongenerator (Kurzschlussläufer), ein oder zwei feste Drehzahlen und drei starre Rotorblätter (Stall-Regelung). Diese Konstruktionsweise blieb bis Anfang der 1990er Jahre und Anlagen unterhalb etwa 500 kW vorherrschend.