Rotationsenergie

Was ist die Rotationsenergie?

Damit Du im Alltag elektrischen Strom nutzen kannst, wandeln Kraftwerke die Energie aus vielen verschiedenen Quellen in elektrische Energie um. Eine besondere Bedeutung kommt hierbei der Rotationsenergie zu, die in fast allen Kraftwerkstypen den elektrischen Generator betreibt. Aber was ist Rotationsenergie eigentlich und wie genau wird sie bei der Stromerzeugung eingesetzt?

 

Translatorische und rotatorische Energie

Jeder Körper, der sich im Raum bewegt, verfügt über sogenannte kinetische Energie oder Bewegungsenergie. Wenn zusätzlich zur Bewegung von Punkt A zu Punkt B noch eine Drehung des Körpers um seine eigene Achse oder um einen festen Mittelpunkt hinzukommt, handelt es sich bei der Energie dieser Bewegung um Rotationsenergie, eine Sonderform der Bewegungsenergie.

Die Rotationsenergie setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen: einem translatorischen und einem rotatorischen Teil. Der translatorische Teil der Rotationsenergie ist die Energie, mit der der Körper im Raum verschoben wird; sie entspricht also der Bewegungsenergie eines Körpers, der sich nicht um seine eigene Achse dreht. Die rotatorische Energie hingegen ist die Energie der Drehbewegung. Zur Veranschaulichung dient das aus dem Schulunterricht bekannte Beispiel eines Balls, der eine schiefe Ebene hinunterrollt. Die translatorische Energie steckt in der Verschiebung des Balls vom oberen zum anderen Ende der schiefen Ebene, die rotatorische in der Drehung des Balls um seine eigene Achse.

Wie sich die gesamte Rotationsenergie eines Körpers auf den translatorischen und den rotatorischen Anteil verteilt, hängt davon ab, wie die Masse innerhalb des Körpers verteilt ist. Je größer der Anteil der Masse, der sich weit von der Drehachse entfernt befindet, ist, umso größer ist auch der rotatorische Anteil der Rotationsenergie. Stell Dir hierfür zwei in Größe und Masse identische Bälle vor, von denen einer hohl und der andere massiv gefertigt ist. Beide Bälle bewegen sich mit jeder Umdrehung einen Meter weit die schiefe Ebene hinab. Der hohle Ball braucht für diese eine Umdrehung (und damit für eine Verschiebung von einem Meter) mehr Zeit als der massive Ball, da ein größerer Teil seiner Masse sich weit von der Drehachse (dem Mittelpunkt des Balls) entfernt befindet und damit einen weiteren Weg zurücklegen muss. Dementsprechend verfügt der hohle Ball über weniger translatorische und dafür mehr rotatorische Energie.

 

Turbinen und Rotoren liefern Energie für den Stromgenerator

In der Energiewirtschaft ist der rotatorische Anteil der Rotationsenergie von großer Bedeutung. Denn es ist die rotatorische Energie, die von einer Turbine oder vom Rotor einer Windenergieanlage an den stromerzeugenden Generator übertragen wird. Dieser verwendet die Rotationsenergie, um elektrische Spulen durch ein Magnetfeld zu bewegen und auf diese Weise eine elektrische Spannung in den Spulen zu induzieren, die als Strom abgegriffen werden kann.

Solche Generatoren sind in allen Kraftwerken mit Ausnahme von Solaranlagen und Batteriekraftwerken im Einsatz. Daher ist die effiziente Ausnutzung der Rotationsenergie besonders wichtig. Vor allem Windenergieanlagen stellt dies vor große Herausforderungen, denn deren Rotoren nehmen den größten Teil der Energie mit den Spitzen der einzelnen Rotorblätter auf, da sich diese besonders weit von der Drehachse des Rotors, also ihrem Mittelpunkt, entfernt befinden. Die Rotoren müssen also entsprechend groß gebaut werden.

Eine neue Variante der Windenergieanlagen, das sogenannte Höhen- oder Flugwindkraftwerk, könnte deshalb in Zukunft an Bedeutung gewinnen. Denn diese innovativen Kraftwerke fliegen wie Drachen in der Luft und transportieren die aufgenommene Energie über ein Halteseil zum Boden. Ganz ohne Turm und große Rotorblätter können sie so aus der Bewegungsenergie des Windes Strom erzeugen. Das macht Höhenwindkraftwerke nicht nur umweltfreundlich, sondern auch sicher für Vögel, Fledermäuse und Insekten.

Bis eine derart vegane Form der Windenergienutzung verfügbar ist, setzt Vegan Strom aber weiterhin auf die Energie von Sonnenlicht, Erdwärme und Gezeiten. Denn dank dieser Energiequellen können wir Dir schon heute nachhaltigen und veganen Strom anbieten, für den garantiert kein Tier leiden musste.

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