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Referat 'Windenergie' - die Energie der Zukunft?



physik referate

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Referat zum Thema:

'Windenergie' - die Energie der Zukunft? Stand der ntwicklung



Gliederung

1. Was ist Windenergie?

2. Geschichte und Entwicklung der Nut- zung von Windenergie

3. Techniken

4. Kritikpunkte

5. Heutiger Stand der Entwicklung

6. Aufwindkraftwerke

8. Literatur

1.Windenergie

Windkraftwerke sind Anlagen, die elektrische Energie erzeugen. Durch den Wind werden die Rotoren, die in den Windkraftanlagen eingebaut sind, zum Drehen gebracht, dadurch wird elektrischer Strom erzeugt. Windenergie entsteht nicht aus Kohle, Gas, l oder Kraftwerken, sondern soll den Verbrauch dieser Energieträger ersetzen oder senken, um die Vorräte zu schonen und zur Entlastung der Umwelt beizutragen.

2. Geschichte und Entwicklung

Der Durchbruch der Windräder ist eigentlich eine Wiederkehr, denn im Laufe seiner Geschichte zählte das Windrad in verschiedenen Erdteilen zu verschiedenen Zeiten zu den wichtigsten Energiequellen.

Zuerst vor ungefähr 4 00 Jahren in Mesopotanien (> Landschaft zwischen Euphrat und Tigris, im Zentralirak), 1 00

Jahre später im östlichen Mittelmeerraum und danach in China. In Europa begann die Windmühlenzeit im . Jahrhundert. Sie erreichte mit wenigstens 0 0 Stück ihren Höhepunkt im 7. Jahrhundert, man zählte 8 5 allein in Norddeutschland noch 0 00 und in Holland 9 0 0 Mühlen.

In den USA wurden bis in die Zeit des ersten Weltkrieges ber 6 Millionen <amerikanische> Windräder (mit vielen Flügeln,r Pumpen und Stromgeneratoren) gebaut. Windräder waren in Teilen Europas, Amerikas und Asiens bis ins 19. Jahrhundert hinein einer der wichtigsten Energiequellen. Der Wind (also das Thema) ist erst nach dem Ölschock (in den 0er Jahren) wieder interessant geworden. Unmittelbar 1 73 sahen plötzlich viele Industrieländer in der Windenergie eine Chance, etwas aus der Abh ngigkeit herauszukommen. Die Regierungen der Industrieländer kurbelten an der Entwicklung von Windanlagen zur Stromerzeugung.

Zunächst wurden kleine und mittlere Windenergiekonverter (WEK) gebaut. 1 82 war Deutschland so weit, eine 3

MW Anlage mit dem Namen Growian-1 zur Erprobung aufzustellen. Doch auch Growian zeigte nach drei Jahren

Risse an den Rotorblättern.

Am besten wehen die Winde in einer Höhe von 1 0 Metern. Weil der Wind unmittelbar ber dem Boden von allerlei Hindernissen gebremst wird, baut man die Windturbinen vorteilhaft auf Masten oder Türme.

Keine Windturbine kann die Windenergie zu % nutzen, weil ein Teil der Luft durch die Turbinenlätter auf der Rückseite verdrängt wird. Der theoretisch höchste Wirkungsgrad beträgt 0 . Durch die Weiterleitung der Energie zwischen Propeller, Getriebe und Generator sowie durch die Umwandlung der mechanischen in elektrische Energie gehen 0% der Windenergie verloren, so daß am Ende nur noch rund 4 % der Windenergie übrig bleibt.

Am 1 0 9 3 wurde in Brunsbüttel (Schleswig-Holstein Growian, die größte Windkraftanlage der Welt, in Betrieb genommen. Sie erzeugt maximal 3 Megawatt an Strom, das ist der Energiebedarf von ca. 0 0 Haushalten. Growian ist die Abkürzungr gre Windenergieanlage. Der Rotorendurchmesser von Growian beträgt 00 m und

die Turmhöhe beträgt ebenfalls 0 m.

Es wurde geplant, 00 vergleichbare Anlagen zu einem Verbund zusammenzuschließen. Das würde bedeuten, daß die Anlagen insgesamt 3 0 Megawatt an Strom leisten, das ist so viel wie der Energiebedarf von ca. 0 00

Haushalten. Es würde die Leistung von einem kleinen Kernkraftwerk erreichen. Dies scheiterte aber an den hohen Kosten der Anlagen. Growian kostete als Prototyp 1 0 Mio. DM, die Serienanfertigungrde nur 0 - 30 Mio. DM kosten.

Die Zahl der bereits existierenden Kleinanlagen in der BRD wird auf etwa 00 gesch tzt. Das von der Kernforschungsanlage 'Jülisch' errechnete Windenergiepotenzial beträgt 2 Terrawatt Stunden, dies entspricht einem Energieaufkommen von 2 Mrd. Liter Öl.

In Dänemark wurden allein in 3 Jahren ca. 1 00 Windkraftanlagen an das Stromnetz angeschlossen. In Kalifornien/USA sind Windparks mit jeweils mehreren hunderten Windkraftanlagen entstanden. Die meisten Windkraftanlagen, die in USA aufgerichtet worden sind, sind von d nischer Herkunft.

3. Techniken

Im Laufe der Zeit haben sich verschiedene Techniken in der Herstellung von Windrädern entwickelnnnen. Es gibt . die vertikal laufenden Windräder und . die horizontal laufenden Windräder.

Die vertikalen Windräder stehen senkrecht zum Wind und sind abngig von der Windrichtung. Die Drehbewegung wird auf Generatoren oder auf Arbeitsmaschinen, wie z B. Pumpen bertragen.

Dagegen sind die horizontal laufenden Windr der unabh ngig von der Windrichtung, sie arbeiten auch, wenn der Wind von hinten kommt. Dadurch wird zwar der Bau vereinfacht, weil man nicht die Anlagen in die Windrichtung drehen mu , hat aber den Nachteil, daß die Angriffsfläche hier kleiner ist als bei Windrädern mit senkrechter Drehachse.



Eine weitere Technik ist der Darrieus-Rotor. Die Form der Rotorenblätter gleichen einem Zwiebelring. Auch dieser Rotor arbeitet unabhängig von der Windrichtung. Er kann den Wind auch schon in geringerhe auffangen und muß deshalb nicht auf einem hohen Mast angebracht werden. Diese Art der Windkraftanlage wird heute in Westeuropa nicht mehr genutzt, dient aber immer noch der Energieerzeugung in Entwicklungsländern.

4. Kritikpunkte

  Geräusche - viele Menschen, die in der Nachbarschaft von Windenergieanlagen wohnen, fühlen sich durch die

Geräusche, die die Rotorenblätter beim Drehen verursachen, gestört.

  Verbauung der Landschaft - durch die Größe der Windenergieanlagen wird eine relativ gre Fläche benötigt.

Die Fläche um die Türme kann landwirtschaftlich genutzt werden, man muß sich jedoch erst an den Anblick der großen Türme gewöhnen.

  Beeinträchtigungen  im Windschatten der Anlagen - es kommt vor, daß z.B. das Fernsehbild bei Empfängern,

die im Windschatten der Windenergieanlagen stehen, flackern. Außerdem weiß man auch noch nicht, inwiefern

Veränderungen durch den ständigen Austausch der Luftschichten eintretennnen.

5. Heutiger Stand der Entwicklung

Die erneuerbaren Energiequellen sind theoretisch unerschöpflich. In der Praxis kann man nach heutigem Stand der Technik nur einen geringen Teil Windkraftanlagen wirtschaftlich nutzen, weil Windenergie nur zeitweilig vorhanden ist. Die Nutzung der Energie ist deshalb an teure Techniken gebunden. Erforderliche Speicher, die die Energie speichert, müssen noch entwickelt werden. Deshalb ist Windenergie nicht geeignet, um ganze Regionen zu sichern.

Darum muß man sagen, daß man Kernkraftwerke nicht durch sog. Windparks (bestehend aus mehreren hunderten Windkraftanlagen) ersetzen kann. Die Windkraftanlagennnten einen Anteil von 6 - 8% an der heutigen Kraftwerksleistung der BRD erreichen.

Wind hat aber den Nachteil, daß er die Energie nicht ständig liefern kann. Man kann auch aus technischen Gründen die Winkraftanlagen nicht beliebig hoch bauen, und man braucht auch wegen der geringen Dichte des Windes gre Flächen.

Am 1 . August 1 87 wurde im s dlichen Dithmarschen ein Energie-Park in einer Grö e von 20 Hektar, daß sind 14

Fu ballfelder, mit mehr als 30 Windkraftanlgen in Betrieb genommen. Die Abstände zwischen den einzelnen Anlagen betrugen 1 5 Meter. Dies funktionierte aber nicht reibungslos, wie man es gehofft hatte. Die Bewohner klagten über zu vielrm und fünf von diesen Anlagen fielen schon aus.

Für die Experten ergibt sich durch Tests, daß man die Anlagen nicht so nah beieinander aufbauen kann, obwohl der Abstand schon 1 5 Meter beträgt. In den letzten Jahren hat sich im In- und Ausland verstärktes Interesse an Windkraftanlagen der Leistungsklasse 1 Megawatt interessiert.

Es ist beabsichtigt, im Rahmen Energieversorgungskonzeptesr die Insel Helgoland eine 1 Megawatt- Windkraftanlage zu errichten. Hierbei soll das Wissen von GROWIAN weiterhelfen.

6.Aufwindkraftwerke

Sind Anlagen die mit einer Kombination von Treibhaus, Kamin, und Windrad Energie erzeugen. Durch eine Folie, die am Boden befestigt ist, erwärmen Sonnenstrahlen den Boden und damit auch die Luft, die mit hoher Geschwindigkeit einen Kamin in der Mitte des Foliendaches hochsteigt und somit eine Turbine ( Rotor ) antreibt.

Die erste Aufwindkraftanlage der Welt wurde 1 82 in Manzanares/Spanien in Betrieb genommen. Die gesamte Fläche, die die Folie bedeckt, beträgt 6 0 m2 ( 6 Km2), und der Kamin, der sich in der Mitte der Fläche befindet, hat eine Höhe von 00 Metern und erzeugt maximal 50 kW.

Das Aufwindkraftwerk, das in Spanien gebaut wurde, kostete 4 Mio. DM, allein 7 Mio. entfielen auf die Entwicklung und den Bau. Um den Stromverbrauch der BRD zu decken, müßte man bei spanischen Sonnenverhältnissen eine Flächenausdehnung von 24 00 km2 erforderlich sein.

Formel : 1 W = 1 J/s = 1 VA = 1 kg m2/s3

8. Literatur

a. Text von Herrnrner 'Die Windenergie'

b. Energie Forschung und Technik, VerlagV Rheinland 1 85 S. 5ff c. Aktuell, das Lexikon der Gegenwart, Chronik Verlag 1 84

d. Rudolf Weber, Laßt uns Engerie vom Himmel holen, Ver- lag Olynthus 1 8 , S. 59 ff e. Windenergie, Jahrbuch 9 8 89, Verlag C.F.Müller Karlsruhe



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