Aufbau einer modernen Windenergie-Anlage – Ein Überblick

Eine Windkraftanlage setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

1. Turm und Fundament

1. Fundament
2. Turm
3. Gondel
4. Rotorblatt
5. Nabe
6. Transformator (dieses ist nicht
   ein Teil der Windkraftanlage)

Um die Standfestigkeit der Windenergie-Anlage zu gewährleisten, wird je nach Festigkeit des Untergrundes eine Pfahl- oder Flachgründung vorgenommen.

Die Turm konstruktion selbst trägt nicht nur die Massen der Maschinengondel und der Rotorblätter, sondern muss auch die enormen statischen Belastungen durch die wechselnden Kräfte des Windes auffangen. Man verwendet in der Regel Rohrkonstruktionen aus Beton oder Stahl. Eine Alternative sind auch Gittertürme.

Beispiele für Turmhöhen:

• Nabenhöhe 40-65 m: ca. 600 kW Nennleistung und ca. 40 bis 65 m Rotordurchmesser
• Nabenhöhe 65 bis 114 m: ca. 1,5 bis 2 MW Nennleistung und ca. 70 m Rotordurchmesser
• Nabenhöhe: 120 bis 130 m etwa 4,5 bis 6 MW Nennleistung und ca. 112 bis 126 m Rotordurchmesser

Das Fundament bildet die Verankerung der Windkraftanlage im Erdreich.

2. Rotor und Rotorblätter

Der Rotor ist diejenige Komponente, die mit Hilfe der Rotorblätter die im Wind enthaltene Energie in eine mechanische Drehbewegung umwandelt.

Heute dominiert der dreiflüglige, horizontal gelagerte Rotor. Die Rotorblätter  werden hauptsächlich aus glas- beziehungsweise kohlefaserverstärkten Kunststoffen (GFK, CFK) gefertigt. Das Blätterprofil ähnelt dem von Flugzeugtragflächen. Sie nutzen dasselbe Auftriebsprinzip: An der Flügelunterseite erzeugt die vorbeiströmende Luft einen Überdruck, an der Oberseite hingegen einen Sog. Diese Kräfte versetzen den Rotor in eine Vorwärts-, sprich Drehbewegung.

3. Gondel mit Maschinenstrang (Triebstrang)

Die Gondel enthält den gesamten Maschinensatz. Sie ist auf Grund der notwendigen Windrichtungsnachführung drehbar auf dem Turm gelagert. Der Aufbau der Gondel beschreibt die vom Hersteller gewählte Form, die Komponenten des Antriebsstranges (Rotorwelle mit Lagerung, Getriebe, Generator, Kupplung und Bremse) auf dem Maschinenträger zu positionieren.

a) Getriebe

Das Getriebe wandelt  die vom Rotor erzeugte Drehzahl von ca. 18-50 U/min in die für den Generator notwendige Drehzahl von ca.  1.500 U/min um.

Das Getriebe nimmt somit die Drehzahlanpassung zwischen langsam laufendem Rotor und schnell laufendem Generator vor und läuft, unterschiedlichen Windverhältnissen Rechnung tragend, meistens auf mehreren Stufen.

Wird ein speziell entwickelter hochpoliger Ringgenerator mit großem Durchmesser verwendet, kann das Getriebe entfallen (bekanntester Hersteller getriebeloser Anlagen: ENERCON).

b) Generator

Bei leistungsstärkeren Windenergie-Anlagen werden am häufigsten doppelgespeiste Asynchrongeneratoren verwendet. Diese ermöglichen im Gegensatz zum herkömmlichen Asynchrongenerator die Betriebsdrehzahl in Grenzen zu variieren. Ein anderes Konzept liegt im Einsatz von Synchrongeneratoren. Eine Netzkopplung von Synchrongeneratoren ist auf Grund des drehzahlstarren Verhaltens nur über Umrichter möglich. Dem Nachteil der aufwändigen Regelungstechnik stehen Vorteile beim Wirkungsgrad und bei den Netzeigenschaften gegenüber.

c) Kupplung und Bremse

Die Kupplung zwischen Hauptwelle und Getriebe ist aufgrund der enormen Drehmomente eine starre Kupplung. Die Art der Bremse hängt von der Rotorblattsteuerung ab.

4. Elektrische Ausrüstung

Die elektrische Ausrüstung einer Windkraftanlage setzt sich aus dem Generator (s.dem System zur Netzeinspeisung des Stroms sowie aus Sensoren zusammen.

Sensoren zur Messung von Temperatur, Windrichtung und Windgeschwindigkeit und vieler weiterer Daten befinden sich auf und in der Gondel und dienen der Anlagensteuerung und –überwachung (siehe Kapitel „Betrieb und Wartung“).

5. Sonstige Komponenten

Schließlich enthält eine Windkraftanlage Komponenten zur Windrichtungsnachführung, zur Kühlung, Heizung, zum Blitzschutz sowie Hebezeuge (Seilwinden zum Beispiel für Ersatzteile) und Feuerlöschanlagen.

6. Komponenten einer Windkraftanlage als Video