Nutzung der Windenergie in der Vergangenheit
Auch wenn die Nutzung der Windkraft innovativ erscheint, ist sie es nicht zwangsläufig. Denn bereits in der Vergangenheit wurde die Windkraft genutzt, um zum einen die Mobilität zu verbessern und zum anderen für die Verrichtung mechanischer Arbeit. Schon vor mehr als 3.000 Jahren fuhren die Ägypter mit Hilfe der Windkraft auf dem Nil. Sie bauten sich Segelboote und nutzten einen der größten weltweiten Flüsse als Transportweg. Auch das Rote Meer und das Mittelmeer konnten sie durch die Windkraftnutzung erkunden. Beim Segeln wird die direkte Windkraft bzw. die kinetische Energie des Windes für die Fortbewegung genutzt. Sie wird mit den Segeln einfach aufgefangen und bewegt somit das Segelboot in eine bestimmte Richtung.
Mit Hilfe der Windenergie wurde zunehmend die Fortbewegung in der Luft möglich. Maßgeblich an der Erfindung des Segelfliegens beteiligt war bereits Leonardo da Vinci.
Erst später entwickelten die Menschen eine neue Technik, die sich die Windenergie zu Nutze machte. Sie bauten Mühlen, die mit Hilfe der Energie des Windes in eine Rotationsbewegung versetzt wurden. Durch die Rotationsbewegung konnte dann mechanische Arbeit, wie beispielsweise das Pumpen von Wasser oder das Mahlen von Getreide, verrichtet werden. Dies bedeutete einen enormen Fortschritt, denn bis dahin wurden derartige Arbeiten ausschließlich mit der Muskelkraft verrichtet.
Sogenannte Windmühlen waren zudem der Vorläufer der heutigen Windkraftanlagen, welche vorrangig für die Stromerzeugung genutzt werden. Die großtechnische Nutzung der elektrischen Energie begann ungefähr mit dem Jahr 1882. Ab diesem Zeitpunkt wurde die elektrische Energie eines der wichtigsten Hilfsmittel der Bevölkerung. Mit der voranschreitenden Elektrifizierung der Städte ging ein Problem einher. Wie sollte die Landbevölkerung mit elektrischem Strom versorgt werden? Für die ländlichen Gebiete musste zunächst ein Übertragungsnetz für den Strom geschaffen werden. Zudem mussten die Elektrizitätswerke im Verbundbetrieb laufen. In Deutschland waren ab den 1920er Jahren fast alle ländlichen Gebiete an das Verbundnetz angeschlossen. Um die Versorgung mit elektrischer Energie zu verbessern, denn vor allem in der Anfangszeit lief die Versorgung nicht so reibungslos wie gewünscht, setzte man ab der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts vermehrt auf die Windenergie. Ein Faktor für das Aufkommen der Idee war, dass viele Windmühlen, die mechanische Arbeit leisteten, nach wie vor bestanden.
Pionierarbeit leistete Charles Francis Brush 1887/1888. Er baute eine Windkraftanlage, die sich grundlegend an der Westernmill orientierte. Unter der Bezeichnung Westernmill versteht man ein Windrad mit Fahne, welches auf einen Gitterturm montiert wird. Mit Hilfe dieser Windkraftanlage versorgte Brush sein Haus mit elektrischer Energie aus einem Batteriespeicher.
Die wissenschaftliche Erforschung trieb der Däne Poul la Cour voran. Er war wesentlich an der Grundsteinlegung der umfangreichen Umwandlung der Windenergie in elektrischer Energie beteiligt. Die Erforschung der Grundlagen ermöglichte ihm im Jahr 1891 den Bau einer ersten Versuchsanlage in Askov auf Jütland, die er aus finanziellen Mitteln der dänischen Regierung baute. Er hat zudem entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung der heutigen Windkraftanlagentechnik. Denn er stellte ein gutes und anerkanntes wissenschaftliches Fundament auf und ging systematisch vor, so dass seine einzelnen wissenschaftlichen sowie baulichen Schritte leicht nachzuvollziehen waren. Beispielsweise betrieb er als Erster Windkanalversuche. Dort versuchte er, die Flügelform möglichst aerodynamisch zu gestalten. In der Folge gelang ihm die Entwicklung des ‚Schnellläufers‘. Bei dieser Windkraftanlage drehen sich die Flügelspitzen schneller als der Wind. Kommerziell vermarktet wurde seine Technik durch die Firma Lykkegaard, so dass 1908 bereits 72 ‚Schnellläufer‘ in Betrieb waren.
Infolge des ersten Weltkriegs wurden die Treibstoffe knapp und teuer, die unter anderem für die Stromerzeugung genutzt wurden. Dies bedeutete für die Nutzung der Windenergie einen neuerlichen Auftrieb. Da jedoch nach dem Ende des ersten Weltkriegs die Treibstoffe wieder günstiger wurden und in einem größeren Umfang zugänglich waren, entwickelten sich die Windkraftanlagen zu einem Nischenprodukt.
Einen großen Schritt machte die Technik der Windkraftnutzung durch Albert Betz. Betz, Physiker und Leiter der Aerodynamischen Versuchsanstalt Göttingen, legte mit seinen wissenschaftlichen Studien einen wichtigen Grundstein für die weitere Entwicklung der Windkraftanlagen. Er beschäftigte sich vor allem mit der Aerodynamik des Windrotors. Bekannt wurde er für die erstmalige Formulierung des Betz’schen Gesetzes, welches besagt: das physikalische Maximum der Ausnutzung der Bewegungsenergie des Windes liegt bei 59,3 Prozent. Vor allem seine Erkenntnisse zur Formgebung der Flügel einer stromerzeugenden Windkraftanlage werden bis heute genutzt.
Um 1925 entwickelte der Schiffsoffizier Sigurd Savonius eine Durchströmturbine mit einer vertikalen Rotationsachse. Diese konnte erstmals sowohl als Auftriebs- als auch als Widerstandsläufer genutzt werden. Allerdings konnte zu dieser Turbine, welche eine äußerst schwierige Funktionsweise hat, bislang kein mathematisches Modell aufgestellt werden. Eine weitere Turbine entwickelte 1931 der Franzose Georges Darrieus. Bei dieser in den USA patentierten Turbine handelt es sich ebenfalls, wie bei der Savonius-Turbine, um eine Turbine mit einer Vertikalachse, die allerdings die Bauform eines Schnellläufers aufweist.
Zu derselben Zeit arbeiteten in Deutschland verschiedene Köpfe, wie beispielsweise Ferdinand Porsche, Hermann Honnef oder auch die Ventimotor GmbH an Plänen für Großwindkraftwerke. Hermann Honnef folgte mit seinen Plänen einer Doppel-Rotor-Technik, die sich allerdings als fehlerhaft herausstellte. Dennoch gelang es ihm, seine Großwindkraftwerke einigen hochrangigen Leuten der damaligen Regierung anzuempfehlen. Die in Weimar ansässige Firma Ventimotor propagierte die Windkraft als ‚Windkraft für Wehrbauern‘. Die dezentralen Windkraftanlagen sollten die Energieversorgung nach einem vermeintlichen Endsieg der Hitler-Regierung gewährleisten. Allerdings wurden die Arbeiten von Ventimotor bereits 1943 eingestellt, da der Flugzeugbau im Rahmen des voranschreitenden Krieges wichtiger wurde.
1941 entstand in den USA, in Vermont, eine Windkraftanlage mit einer Leistung von 1,2 Megawatt. Die Smith-Putnam-Anlage wurde nach ihrem Erfinder Palmer Cosslett Putnam benannt. Die Anlage lief jedoch lediglich bis 1945, bis ein Flügel brach. Ulrich W. Hütter, im späteren Zeitgeschehen als der Windkraftpapst bekannt, entwarf 1951 eine Anlage mit einer Leistung von 10 Kilowatt. Mit diesen Anlagen ging der Deutsch-Österreicher in eine größere Produktion. In der Summe wurden rund 200 Anlagen in Länder wie Südafrika, Indien oder auch Argentinien geliefert. Eine vollkommen einsatzfähige Anlage steht bis heute im Stammhaus der Firma Klöckner in Bonn. 1957 baute Hütter dann das sogenannte Urmodell als Windkraftwerke. Bei Geislingen entstand die 100-kW-Anlage StGW-34. In dem gleichen Jahr machte die Entwicklung der Windkraftnutzung einen weiteren Schritt nach vorn. Der Däne Johannes Juul baute eine 200-Kilowatt-Windkraftanlage in Gedser. Diese war mit drei Flügeln ausgestattet. Die Anlage wurde jedoch 1966 aus Kostengründen stillgelegt. 1977 wurde sie erneut in Betrieb genommen und diente für mehrere Jahre als eine Versuchsanlage.
Zu Beginn der 1980er Jahre setzte sich das dänische Konzept bei den Windkraftanlagen aufgrund der großen Nachfrage durch. Gekennzeichnet ist das dänische Konzept dadurch, dass die Windkraftanlagen mit drei starren Rotorblättern, mit einem Asynchronmotor sowie mit ein oder zwei festen Drehzahlen ausgestattet wurden. Diese Konstruktionsweise hat sich bis heute bei den 500-Kilowatt-Anlagen weitestgehend durchgesetzt.
Die Geschichte der Testwindkraftanlagen in Deutschland ab 1978 ist nicht sehr erfolgreich. Die erste große Versuchsanlage Growian, war die größte Windkraftanlage der Welt. Diese Anlagengröße sollte erst in den 1990 er Jahren kommerziell gebaut werden. Allerdings lieferte Growian bereits vorher wichtige Erkenntnisse mit einer derart großen Anlage. In den dauerhaften Testbetrieb ging die Anlage jedoch nie. Im Weg standen unüberwindbare Materialprobleme. Auch der Nachfolger, Growian 2, eine nur halb so große Testanlage, wurde weitestgehend zu einem Misserfolg. Erneut traten Materialprobleme auf. Die Schäden ließen sich nicht mehr versichern, so dass auch Growian 2 nicht den dauerhaften Betrieb aufnahm. 1988 entstand auf einem Teil des ehemaligen Testgeländes der Growian-Anlage der erste deutsche kommerzielle Windenergiepark mit insgesamt 30 kleinen Windkraftanlagen. Dieser ist für Besucher geöffnet. Der Windenergiepark Westküste GmbH wurde in ein Informationszentrum über die Geschichte der Windenergie umfunktioniert.
