How do wind turbines work? - Rebecca J. Barthelmie and Sara C. Pryor

Übersetzung: Katja Schroeter Lektorat: Andrea Hielscher

Every 24 hours, wind generates enough kinetic energy

Innerhalb von 24 Stunden generiert Wind genug kinetische Energie,

to produce roughly 35 times more electricity than humanity uses each day.

um circa 35-mal mehr Strom zu produzieren, als wir alle an einem Tag verbrauchen.

And unlike coal or oil, this resource is totally renewed each day.

Im Gegensatz zu Kohle oder Öl erneuert sich diese Ressource jeden Tag.

So how can we harness this incredible amount of energy,

Wie könnten wir also solche Unmengen Energie nutzen

and is it possible to create a world powered entirely by wind?

und eine Welt schaffen, die nur durch Windenergie versorgt wird?

The basic principle of wind energy is simple.

Das Grundprinzip von Windenergie ist einfach.

A series of sails or blades mounted around a rotor catch the wind

Wind wird durch Segel oder Rotorblätter an einem Rotor eingefangen;

and translate its kinetic energy into rotational energy.

die enstandene kinetische Energie wird in Rotationsenergie verwandelt.

Traditional windmills use that rotational energy to grind wheat or pump water.

Klassische Windmühlen nutzen sie,

um Getreide zu mahlen oder Wasser zu pumpen.

But in modern wind turbines, it turns a generator that creates electricity.

Doch in modernen Windrädern betreibt sie einen Generator,

der Strom produziert.

This conversion from wind to rotational energy to electricity

Diese Umwandlung von Wind in Rotationsenergie und Elektrizität

has defined wind turbines since their invention in the late 19th century.

ist das Prinzip von Windrädern

seit ihrer Erfindung Ende des 19. Jahrhunderts.

And there are three primary factors that determine just how much energy

Drei Grundfaktoren beeinflussen die Energiemenge eines Windrads:

they can produce: the size and orientation of the blades,

Größe und Position der Rotorblätter,

the blade’s aerodynamic design, and the amount of wind turning the rotor.

deren aerodynamische Form und die Windmenge, die den Rotor dreht.

First up, blade orientation.

Erstens: die Position der Rotorblätter.

Wind turbines can be designed with their rotor

Bei Windrädern kann der Rotor

on a vertical axis or a horizontal axis.

vertikal oder horizontal angeordnet sein.

Vertical blades can pick up wind coming from any direction,

Vertikale Blätter fangen den Wind aus jeder Richtung ein,

but with much less efficiency than horizontal axis rotors.

sind aber weniger effizient als horizontale Rotoren.

Horizontal designs allow blades to capture the wind’s full force

Horizontale Designs fangen die gesamte Kraft des Windes ein,

by tracking the wind’s direction and turning to face it.

indem sie sich nach der Windrichtung drehen.

This turning process is called yawing,

Dieser Drehprozess heißt Windnachführung.

and older windmills achieved it through manual monitoring.

Bei älteren Windmühlen wurde die Position manuell eingestellt.

Today, wind sensors and computer systems automatically adjust the blades

Heute werden die Blätter durch Sensoren und Computersysteme präzise gesteuert,

with expert precision to capture as much energy as possible.

um möglichst viel Energie zu produzieren.

Outside rotor orientation,

Abgesehen von der Ausrichtung des Rotors

müssen dessen Blätter für möglichst hohe Effizienz geformt sein.

the blades themselves need to be shaped to maximize efficiency.

Zunächst verwendete man flache Rotorblätter,

While early designs used flat blades,

modern blades are curved like airplane wings.

heute sind sie geschwungen wie Flugzeugflügel.

Wind travels faster over the curved surface,

Der Wind fließt schneller über die gewölbte Fläche

creating a low-pressure pocket above the blade that forces it upwards.

und generiert eine Unterdrucktasche, die das Rotorblatt nach oben zieht.

Since the amount of lift depends on the angle

Da dieser Auftrieb vom Winkel abhängt,

at which the wind is moving relative to the blade,

mit dem der Wind auf das Rotorblatt trifft,

modern blades also incorporate a twist,

sind moderne Rotorblätter in sich verdreht,

optimizing how much of the blade can cut into the wind.

um dem Wind eine optimale Fläche zu bieten.

Made of fiberglass and resin layers, these blades are strong enough

Diese Blätter aus Fiberglas und Harz sind stark genug,

to operate through rain, lightning, and blistering sunlight for over 20 years.

um über 20 Jahre lang Regen, Gewitter und glühender Hitze zu trotzen.

Aber trotz aerodynamischen Blättern und horizontalem Rotor

Even with aerodynamic blades and a horizontal rotor,

a wind turbine can only capture wind if it's in a windy environment.

kann ein Windrad nur in günstiger Umgebung Wind einfangen.

Wind speeds typically increase the higher into the atmosphere you travel.

In der Regel nimmt die Windgeschwindigkeit mit wachsender Höhe zu.

Deshalb sind die meisten Windräder heute über 100 Meter hoch

So today, most turbines are well over 100 meters tall,

with equally large rotor diameters.

und haben ähnlich große Rotordurchmesser.

A turbine of this height and size can capture a huge amount of wind,

Ein Windrad dieser Größe kann extrem viel Wind einfangen

generating enough electricity every year to power 750 American homes.

und erzeugt genug Strom, um jährlich 750 amerikanische Haushalte zu versorgen.

A wind farm of 200 similarly sized turbines

Eine Windfarm mit 200 Windrädern dieser Größe

could power over 150,000 American homes— or twice as many European homes—

könnte sogar über 150.000 amerkanische Haushalte

oder doppelt so viele europäische versorgen --

for an entire year.

ein ganzes Jahr lang.

Offshore wind farms contain an even greater number of even larger turbines.

Offshore-Windfarmen bestehen sogar aus noch mehr und größeren Windrädern.

In 2019, the largest wind turbine ever built

2019 ging vor der niederländischen Küste

began operating off the coast of the Netherlands.

das größte je gebaute Windrad in Betrieb.

With a rotor diameter of 220 meters, just one of these turbines

Mit einem Rotordurchmesser von 220 Metern kann ein solches Windrad

can meet the annual power needs of 16,000 European households.

den jährlichen Stromverbrauch von 16.000 europäischen Haushalten decken.

Despite its amazing potential, wind energy still faces challenges.

Trotz ihres enormen Potenzials ist die Windkraft noch nicht ausgereift.

Wind may be a free and unlimited fuel,

Windenergie ist zwar kostenlos und unbegrenzt,

but no matter how large or efficient a turbine is

doch egal wie groß und effizient ein Windrad ist,

there's a mathematical limit to how much wind it can convert into electricity.

man kann nur eine gewisse Menge Wind in Elektrizität umwandeln.

German physicist Albert Betz calculated

Der deutsche Physiker Albert Betz berechnete:

that since some wind must remain to keep the blades spinning,

Da eine gewisse Menge Wind das Rad in Schwung halten muss,

a turbine can only ever capture 59.3% of the wind’s energy.

lassen sich nur rund 59,3 Prozent der Windenergie umwandeln.

Additionally, some people feel turbines disrupt natural scenery,

Einige Menschen denken auch, Windräder verschandelten die Landschaft

and wind energy’s intermittent availability

und seien aufgrund windstiller Tage

can make it difficult to integrate into electrical grids.

für die Versorgung der Stromnetze eher ungeeignet.

But even with these challenges, modern wind turbines have made wind energy

Doch trotz allem ist Windenergie besonders dank der modernen Windräder

the most efficient and inexpensive source of electricity.

die effizienteste und kostengünstigste Stromquelle.

Wind turbines already provide essential energy for communities around the world.

Windkraftanlagen versorgen bereits heute unzählige Haushalte weltweit.

And for many farmers, hosting a wind turbine

Auch für Bauern kann der Betrieb eines Windrads

can be a reliable source of additional income.

eine weitere zuverlässige Einnahmequelle sein.

With continued improvements in wind forecasting,

Durch die ständige Verbesserung von Wind-Vohersagen,

electrical grid infrastructure and energy storage,

Infrastruktur der Stromnetze und neuen Speichermethoden

wind power might blow away all our energy problems.

könnten unsere Energiesorgen dank Windenergie

bald wie weggeblasen sein.