Warum können Windkraftanlagen trotz ihrer geringen Rotationsgeschwindigkeit so viel Strom erzeugen?

Auf dem weiten Meer stehen Reihen von Windrädern, die sich langsam drehen und so kontinuierlich Offshore-Windenergie in sauberen Strom umwandeln und an Tausende von Haushalten senden. Kann eine Windturbine also wirklich Strom erzeugen, wenn sich ihre Rotorblätter so langsam drehen? Reicht die erzeugte Elektrizität aus? Lassen Sie uns das Geheimnis der Stromerzeugung durch Windturbinen lüften.

Tatsächlich ist das Prinzip der Stromerzeugung durch Windkraftanlagen nicht kompliziert. Dabei wird hauptsächlich Windkraft zum Antrieb der Rotorblätter von Windturbinen verwendet, die Windenergie wird in mechanische Energie umgewandelt und die mechanische Energie wird dann durch die schnelle Rotation von Asynchronmotoren in elektrische Energie umgewandelt.

Da sich die Lüfterblätter relativ langsam drehen und sich Windstärke und -richtung jederzeit ändern können, ist die Motordrehzahl instabil. Daher verfügt jeder Lüfter über ein Zahnradgetriebe, das die Drehzahl auf die Nenndrehzahl des Generators erhöhen kann, sowie über einen Drehzahlregelungsmechanismus, um die Drehzahl stabil zu halten, und wird dann mit dem Generator verbunden. Durch das Getriebe kann der Motor eine stabile Drehzahl beibehalten, auch wenn sich die Lüfterblätter langsam drehen.

Um die Wirkung der Windkraftanlage zu maximieren, befindet sich hinter dem Windrotor ein Heckruder, das die Windrichtung erfassen kann. Es kann Informationen an das Steuerungssystem übermitteln und den Rumpf benachrichtigen, die Richtung zu korrigieren, sodass der Windrotor immer in die Windrichtung zeigt.

Natürlich verfügt der Lüfter über eine Nenndrehzahl. Wenn die Windgeschwindigkeit zu hoch ist, muss der Winkel der Rotorblätter gedreht werden, um den Luvbereich zu ändern und die Geschwindigkeit der Rotorblätter zu verringern. Wenn die Windgeschwindigkeit den Grenzwert des Ventilators überschreitet, muss der Ventilator sofort aufhören zu arbeiten, sonst brechen die Flügel und die Kabine fängt Feuer.

Wie viel Strom kann also eine Windturbine erzeugen, wenn sie sich einmal um den eigenen Kreis dreht?

Lassen Sie uns tiefer graben. Am Beispiel der 18-Megawatt-Windturbine, die Anfang 2023 erfolgreich entwickelt wurde, beträgt der Laufraddurchmesser dieser Windturbine 260 Meter und die vom Laufrad überstrichene Fläche etwa 53.000 Quadratmeter. Bei voller Windgeschwindigkeit kann eine einzelne Einheit 44,8 Grad Strom pro Umdrehung erzeugen und mehr als 74 Millionen Grad sauberen Strom pro Jahr ausgeben, womit der jährliche Strombedarf von 40.000 Dreifamilienhaushalten gedeckt werden kann.

Obwohl sich Windräder langsam drehen, erzeugen sie daher viel Strom. Da die Windressourcen unerschöpflich sind, können Windturbinen kontinuierlich Strom erzeugen, der über Unterseekabel an die Küste übertragen wird und so allen Lebensbereichen eine saubere Energiequelle bietet. Dies ist das Geheimnis der Stromerzeugung durch Windturbinen.