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Windmühle (sprachgebräuchlich
auch einfach Mühle), eine Maschine, die Windkraft in vielseitig verwertbare
Energie umwandelt. Die Energie wird durch Einwirkung der Windkraft. Auf
schräg gestellte Rotorblätter oder Flügel erzeugt, die strahlenförmig
um eine Achse angebracht sind. Die sich drehende Achse kann im Prinzip ihrerseits
mit Vorrichtungen zum Mahlen von Getreide, zum Pumpen von Wasser oder zur
Erzeugung von elektrischem Strom Verbunden sein. Im allgemeinen Sinne bezeichnet
man diese Vorrichtung auch als Windmühle, wenn die Achse mit einem
Gerät wie z. B. einer Pumpe oder einer Mahlmaschine gekoppelt ist.
Wenn diese Maschine mit einem elektrischen Generator verbunden ist, bezeichnet
man das gesamte Anlagensystem auch als Windkraftwerk.
Ruisdael: Die Mühle von Wijk bei Duurstede Windbetriebene Mühlen
gibt es bereits seit dem Mittelalter. In Persien, dem heutigen Iran, baute
man einfache Windmühlen vermutlich schon im 10. jahrhundert. Sie dienten
vor allem zur Bewässerung und zum mahlen von Getreide. Bei den ersten
Windmühle war das Windrad mit Segeln horizontal gelagert und trieb
eine vertikal stehende Achse an. Diese Vorrichtungen waren zwar nicht sehr
leistungsstark, aber sie erleichterten den Menschen einige Arbeiten. Die
dahinter stehende Technik verbreitete sich im Laufe der Zeit bis nach China
und dem mittleren Osten. Die ersten Windmühlen in Europa stammen aus
dem 12. und 13.Jahrhundert. In Fachkreisen wird angenommen, dass diese Technik
auch über die Kreuzzüge nach Europa gelangte. Bei der im 13. Jahrhundert
entwickelten deutschen Bock-Windmühle musste die gesamte Holzkonstruktion
von Hand um einen Mittelpfosten gedreht werden, um die Flügel in den
Wind zu stellen. Mit ihr trieb man Maschinen zum Mahlen von Getreide sowie
Vorrichtungen für andere Maschinen an. Die holländische Mühle
(Turmmühle, Kappenmühle) entstand während des 15. Jahrhunderts.
Sie bestand aus einem feststehenden Steinturm, auf dessen Spitze die drehbare,
aus Holz konstruierte Haube bzw. Kappe das Windrad sowie den oberen Teil
des Mühlengetriebes trug. Alle früheren Windmühlen besitzen
einige gemeinsame Merkmale: eine horizontal laufende Hauptachse, die aus
der Haube oder dem oberen Teil des Mühlengebäudes herausragt und
Von der vier bis acht Windflügel von jeweils drei bis neun Meter Länge
strahlenförmig aus gehen. Die hölzernen Rahmen der Flügel
sind entweder mit Segeltuch bespannt oder mit hölzernen Läden
abgedeckt. Die Kraft der drehenden Hauptachse wird durch eine Reihe von
Zahnrädern und Wellen auf die Mühle im unteren Teil des Gebäudes
übertragen.
Zwischen dem 15. und 16. Jahrhundert erfüllten Windmühlen neben
dem Mahlen von Getreide und der Bewässerung von Ackerstand eine Vielfalt
weiterer Aufgaben. Zu diesen Gehörte das Abpumpen von Meerwasser aus
Gebieten die unter dem Meeresspiegel lagen, außerdem dienten Windmühlen
zum Sägen von Holz, zur Papierherstellung, zum Ölpressen aus Samen
und zum Mahlen unterschiedlicher Rohmaterialien. Insbesondere durch die
Niederländer wurde der Windmühlenbau im 17. Jahrhundert und im
18. Jahrhundert gefördert. Bis zum 18. Jahrhundert hatten die Niederländer
annähernd 9000 Windmühlen gebaut. Zu den wichtigsten technischen
Verbesserungen der Windmühle zählt eine im Jahr 1745 erfundene
mechanische Einrichtung, die den Flügelteil der Mühle automatisch
der jeweiligen Windrichtung anpasst (sogenannte Windrichtungsnachführung).
Mit Hilfe dieser Konstruktion ließen sich die Flügel bei Wind
aus unterschiedlichen Richtungen von selbst optimal in den Wind drehen.
Die Schlitzöffnungen dieses Flügels konnten entweder von Hand
oder automatisch in ihrer Größe verändert werden. Dadurch
wurde eine gleichbleibende Drehgeschwindigkeit der Flügel bei wechselnder
Windgeschwindigkeit möglich. Weitere Verbesserungen entwickelte man
beispielsweise auch bei Bremsanlagen zum Anhalten des Windrades. Außerdem
wurde die Form der Flügel weiterentwickelt. So verwendete man im 19.
Jahrhundert propellerähnliche Tragflügel anstelle der herkömmlichen
Flügel, um so die Leistung der Mühlen bei schwachem Wind zu erhöhen.
Mit Hilfe von Windkraftwerken wandelt man Windenergie in elektrischen Strom
um, deshalb werden diese Kraftwerke auch als Windenergieanlagen bezeichnet.
Man unterteilt diese Anlagen im wesentlichen in zwei Kategorien: Anlagen
mit horizontallaufender Achse und solche mit vertikaler Achse. Bei Anlagen
mit horizontallaufender Achse ist an einem Achsen-ende ein zwei- oder mehrblättriger
Rotor installiert, der über ein Gebiet mit einem elektrischen Generator
verbunden ist. Der Rotor wird zwecks optimaler Ausbeute mit Hilfe eines
Computers in den Wind gedreht. Bei zu großer Windstärke wird
der Rotor automatisch verriegelt. Die gebräuchlichste Konstruktion
mit vertikaler Achse ist der sogenannte Darrieus-Rotor. Diese Maschine ist
von der Windrichtung unabhängig und sieht im Prinzip so ähnlich
aus wie ein Schneebesen. Ein Darrieus-Rotor kann jedoch nicht von selbst
anlaufen. Deshalb werden Darrieus-Rotoren nicht anlaufenden Savonius-Rotoren
kombiniert. Beim Savonius-Rotor stehen sich zwei gebogene, vertikal stehende
Flügel gegenüber.
Das Windrad verfügt bei geringer Drehgeschwindigkeit über ein
hohen Drehmoment und wird hauptsächlich zum Antrieb von Maschinen verwendet.
Beispielsweise nutzt man Windräder in ländlichen Gebieten der
USA zum Antrieb Wasserfördernder Pumpen. Diese Menschen haben einen
Rotor mit einer Reihe schräg liegender Blätter, die strahlenförmig
von einer horizontallaufender Achse ausgehen. Der Rotordurchmesser liegt
gewöhnlich zwischen zwei bis fünf Metern. Ein großer ruderähnlicher
Flügel der hinter dem Rotor angebracht ist, dreht das Rad in den Wind.
Bei zu hoher Windstärke wird der Rotor mittels einer Sicherheitsvorrichtung
automatisch aus der Windrichtung gedreht.
Windenergieanlage in Dänemark Wissenschaftler schätzen das bis
Mitte des 21. Jahrhunderts zehn Prozent des Strombedarfs der gesamten Welt
durch Windkraftwerke geliefert werden könnte. Gewöhnlich nehmen
moderne Maschinen bei einer Windgeschwindigkeit von 19 Kilometern pro Stunde
den Betrieb auf, erreichen ihre Nennleistung bei 40 bis 48 Kilometern pro
Stunde und brechen den Betrieb bei Windgeschwindigkeiten von 100 Kilometern
pro stunde ab. Am geeignetsten für Windkraftwerke sind Gegenden mit
einer jährlichen Durchschnittsgeschwindigkeit von mindestens 21 Kilometern
pro Stunde. Windenergie trägt nur in äußerst geringem Maße
zur Umweltbelastung bei und ist somit eine wichtige Alternative zu den unwiederbringbaren
Brennstoffen wie Erdöl. Die erfolgreichsten Windenergieanlagen für
eine großangelegte Energiegewinnung sind von mittlerer Größe
(von 15 bis 30 Metern im Durchmesser, mit Leistungen von 100 bis 400 Kilowatt).
Manche Anlagen sind in Gruppen oder Reihen angeordnet und werden Windparks
genannt.
Einige der größten Windparks der Welt stehen in Kalifornien.
In Deutschland findet man Windenergieanlagen vor allem an der Nordseeküste.
Der Beitrag der Windenergie zur Gesamtenergieversorgung ist derzeit noch
gering. Gegen- wärtig bezieht Dänemark über zwei Prozent
seines gesamten Strombedarfs über Windenergie. In der Europäischen
Union liefern Windenergieanlagen etwa sechs Prozent der primären Energieerzeugung.
Stromversorgungsnetze, Elektromotoren und Generatoren, Schutz natürlicher
Ressourcen.
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