Viele Menschen empfinden zumindest ein bisschen „Megalophilie“ – eine Liebe zu sehr, sehr großen Dingen. Vielleicht einer der vielen Gründe, warum uns Windkraftanlagen faszinieren. Stellen Sie sich den blendenden Schwindel vor, wenn Sie auf die höchste Windkraftanlage der Welt blicken: die Turbine der Max Bögl Wind AG in Deutschland steht 808 Fuß hoch – die Höhe von zweieinhalb Freiheitsstatuen.
Windkraftanlagen sind nicht nur große Türme. Sie sind große Chancen, um eine 100 Prozent saubere Energiezukunft zu erreichen. Im Jahr 2021 hat die US-Windenergie eine Erzeugungskapazität von 136 Gigawatt (GW) erreicht und geliefert 9 Prozentt der gesamten Stromerzeugung in den USA. Das reicht zum Strom 39 Millionen Haushalte.
Eine Onshore-Windkraftanlage wird zum Windpark Muirhall in Großbritannien transportiert. Quelle: ShellASP/Wikimedia Commons, Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International Lizenz.
Nach Angaben des US-Energieministeriums (DOE) liefert Wind mehr als 10 Prozent der Stromerzeugung in sechzehn Bundesstaaten – und mehr als 30 Prozent in fünf Bundesstaaten (Iowa, Kansas, Oklahoma, South Dakota und North Dakota). Während fast die gesamte US-Windenergie derzeit von landgestützten („onshore“) Windkraftanlagen stammt, strebt die Biden-Regierung an, diese zu erreichen 30 GW Offshore-Windleistung bis 2030, und 15 GW aus schwimmender Offshore-Windtechnologie bis 2035. Offshore-Windkraftanlagen können größer sein und eine höhere Erzeugungskapazität haben, und die Windgeschwindigkeiten auf See sind tendenziell konstanter und schneller.
Also, wie werden diese Tyrannosaurus-Turbinen, diese folgenschweren Maschinen, hergestellt?
Bauen vom Boden oder Meeresboden nach oben
Entsprechend Büro für Windenergietechnologien des DOE, enthält eine typische große Windkraftanlage etwa 8.000 Teile in ihrem Fundament, Turm, Gondel und Rotorblättern. In den USA gibt es über 500 Anlagen, die Komponenten für Windkraftanlagen herstellen.
Die Grundlage: Sobald Entwickler eine Site für a auswählen landgestützter Turbinenturm, Sie ebnen den Boden und legen ein Betonfundament fest, das so viel wie verwenden kann 600–1000 Tonnen Beton und 165 Tonnen Stahl.
Installation einer Gründung einer Offshore-Windkraftanlage, andererseits ist eine andere Geschichte. Ehrlich gesagt ist es geradezu episch. Riesige Schiffe verlassen den Hafen und kommen an einem Ort an, der bis zu 200 Fuß tief ist. Die Schiffe setzen dann Beine ab, um es auf dem Meeresboden zu verankern und das Schiff aus dem Wasser zu heben. Als nächstes senkt ein Bordkran einen „Monopile“ aus Stahlturm (oder, je nach Standort, eine andere Verankerungsstruktur wie ein Jacket, ein Stativ oder eine Schwerkraftbasis) ins Wasser und bohrt sie in den Meeresboden. Ein Kran setzt ein Übergangsstück über den Monopile oder das verankerte Fundament, auf dem der Turm mit Seilen gesichert wird. Für tieferes Schweben Offshore-Windkraftanlagen, Windturbinen, die sich 200 Fuß oder mehr in die Tiefe erstrecken, werden auf schwimmfähigen Unterkonstruktionen in Hafenanlagen platziert und zu ihrem Standort geschleppt, wo Festmacherleinen die Konstruktion mit Ankern verbinden, die im Meeresboden verwurzelt sind.
Wie alles auf See zusammenläuft: Errichtung eines Offshore-Windparks, (YouTube, Siemens Gamesa)
Der Turm: Bei Onshore-Wind werden die Stahlkomponenten des Turms per LKW angeliefert und vor Ort montiert, wobei der Turm horizontal auf dem Boden liegt. Die durchschnittliche US-Turmhöhe (oder „Hub“-Höhe, gemessen von der Basis bis zur Mitte der Rotorblätter) betrug im Jahr 2021 300 Fuß. 66 % höher als 1999. Bis 2035 wird der durchschnittliche Turm einer amerikanischen Onshore-Windkraftanlage voraussichtlich etwa 500 Fuß erreichen. Zum Aufstellen zieht ein Kran den Turm hoch.
Bei Offshore-Wind transportieren große Boote den vormontierten Stahlturm zum Fundament. Kranführer auf dem Schiffsdeck führen die Türme aus der Ferne in Position auf dem Übergangsstück.
Offshore-Turmmontage in einem Windpark in Großbritannien. Quelle: Derrick Jackson/UCS
Die Gondel: Der Schaltkasten in der Mitte der Rotorblätter wird als Gondel bezeichnet. Die aus Fiberglas gefertigte Gondel beherbergt das Getriebe, den Generator und die elektronischen Systeme für jede Windkraftanlage. Sowohl bei Onshore- als auch bei Offshore-Windkraftanlagen hebt ein Kran die Gondel auf die Turmspitze. In der Gondel befindet sich entweder ein Induktionsgenerator oder ein Permanentmagnetgenerator (PMG). Trotz ihrer höheren Anschaffungskosten verwenden 36 % der Onshore- und 76 % der Offshore-Windkraftanlagen PMGs, weil sie es sind effizienter für größere Turbinen. Da sie kein Getriebe benötigen, sind PMGs außerdem leiser und wartungsärmer. PMGs werden aus einer Kombination der Seltenerdelemente Neodym, Praseodym, Dysprosium und Terbium hergestellt.
Die Klingen: Der Teil, auf den Sie gewartet haben! Klingen werden jedes Jahr größer und besser, mit einem durchschnittlicher Rotordurchmesser (die Größe des vollen Blattkreises) von 418 Fuß im Jahr 2021. Das ist 164 % mehr als 1999. Die durchschnittliche Kapazität von US-Windkraftanlagen war 2021 319 % höher als 1999. Die Herstellungsprozesse entwickeln sich weiter in Richtung größer, effizienter und länger -dauerhafte Klingen.
Quelle: US-Energieministerium
Vereinfachen wir die Komplexer Prozess ein Windturbinenblatt herzustellen, indem man es wie ein Sandwich betrachtet. Wir beginnen mit dem Brot, einer großen, klingenförmigen Form, die mit trockenen Fasern gefüllt ist. Als nächstes rösten wir es: Wir injizieren ein Harz in die Fasern, es füllt alle Lufteinschlüsse zwischen den Fasern, dann erhitzen wir es, um gehärtete Kohlenstofffasern herzustellen. Entlang der Länge der Klinge wird für Steifigkeit und Festigkeit ein Karbon-„Holm“ oder Rückgrat hinzugefügt.
Als nächste Schicht kommt gebogenes Balsaholz, Schaumstoff oder recycelter Kunststoff hinzu. Diese Materialien sind wie Salat; Sie fügen Stärke hinzu, ohne viel Gewicht hinzuzufügen. Weitere trockene Fasern werden oben auf das Sandwich gegeben (lecker!) und ein weiteres Harz wird durch sie hindurch injiziert (Mayo), wobei es durch luftdichte Vakuumansaugung mit den Fasern verbunden wird. Als nächstes riefen starke Unterstützungen an Netze werden innerhalb der Form aufrecht aufgestellt, die als Stützstrebe in der hohlen Mitte der Klinge wirkt. Auf unserem Open-Face-Sandwich wird die obere Hälfte der Klinge (in einem identischen Verfahren hergestellt) umgeklappt und befestigt. Das ist das größte, grünste Sandwich, das jemals jemand gemacht hat.
Lustige Tatsache: einige Windkraftanlage Die Herstellung von Klingen dauert zwei Tage und 100 Mitarbeiter!
Sobald die Rotorblätter auf der Baustelle angeliefert wurden, führen riesige Kräne, die von computergestützten Bedienern gesteuert werden, die drei Rotorblätter vorsichtig in die Gondel. Rauschen! Wir setzen auf erneuerbare Energien. Die Windenergie kreist bereits um ihre fossilen Konkurrenten, was den Preis betrifft Windenergie wird immer billiger im Vergleich zu Kohle und Gas.
Durch Charlie HofsEhemaliger Schneider Sustainable Energy Fellow
Ursprünglich herausgegeben von Union of Concerned Scientists, The Equation.
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