1. Windstille v_Wind=0 m/s

Das einzige was sich hier dreht sind die Pumpen und Lüfter in der WEA-Gondel.
Kein Wind -> keine kinetische Energie -> der Rotor steht! Zur Versorgung der Steuerung, Computer, Ölheizung, Hydraulik, Befeuerung usw. nimmt die Anlage Energie aus dem Versorgungsnetz auf.
Dieser Eigenenergiebedarf liegt bei ca. 11.000kWh/a für eine 2MW Anlage und bei ca. 15.000kWh/a für eine 2.5MW Anlage.

(Windstille Zeiten werden genutzt um das Turmkabel zu entwinden, falls es stark verdrillt ist. Dabei kann die Gondel bis zu 5x im Ihre Achse gedreht werden, um das lange Turmkabel wieder komplett zu entdrillen).

2. v_Wind unterhalb der Einschaltwindgeschwindigkeit

Solange der Wind zu schwach weht, um die Reibungs- und Trägheitsmomente der Anlage zu überwinden, steht die Windenergieanlage still. Die Rotorblätter stehen in einem steilen Anstellwinkel (Pitchwinkel) von ca. 40° bereit, um bei maximalem Auftrieb, möglichst viel Wind einzufangen. Wenn der Wind zunimmt und es schafft die Reibungskräfte der angekoppelten Massen des Rotors, des Getriebes und des Generators zu überwinden, beginn sich der Rotor langsam frei zu drehen. Noch ist der Generator aber nicht auf das elektrische Netz aufgeschaltet! Die WEA ist im Leerlauf- oder Trudelbetrieb.
(Um Ihre Mechanik zu schonen, ist die WEA-Gondel über das Azimutsystem noch festgebremst und wird nicht ständig dem schwachen Wind nachgeführt).

3. Einschaltwindgeschwindigkeit /Cut-in speed. v≥3m/s

Wenn die Windgeschwindigkeit etwa 3 m/s erreicht, startet die Windrichtungsnachführung den Azimutantrieb und dreht die WEA-Gondel in den Wind. Der Wind drückt nun auf die Rotorblätter. Das Auftriebsprinzip erzeugt auf der einen Seite der Blätter einen Überdruck und auf der anderen Seite einen Unterdruck. Dabei wird die Bewegungsenergie des Windes auf die Rotorblätter übertragen und der Rotor beginnt sich schneller zu drehen.
Sobald der Generator die zur Stromerzeugung benötigte Synchronisations-Drehzahl stabil erreicht hat, wird er auf das Versorgungsnetz aufgeschaltet und beginnt elektrische Energie entsprechend seiner Leistungskurve einzuspeisen (siehe 1000 u/min Punkt 3 - rechte Grafik)

4. Teillastbereich mit flexibler Rotor- & Generaltordrehzahl

Da der Wind noch nicht stark genug weht, um die Nennleistung der Anlage zu erreichen, nennt man diesen Betriebsbereich Teillastbereich (siehe Punkt 4 rechte Grafik). Um eine maximale Leistungsausbeute zu erreichen, wird die Drehzahl der Anlage in diesem Bereich flexibel auf das optimale Verhältnis zwischen Umfangsgeschwindigkeit des Rotors und Windgeschwindigkeit eingestellt (optimale Schnelllaufzahl λ).

Der Pitchwinkel der Rotorblätter wird auf einen Wert zurückgefahren, der das höchste Antriebsmoment an der Rotorwelle erzeugt (meist 0°) und dabei die Rotordrehzahl ständig optimal an die momentane Windgeschwindigkeit angepasst. Eine Verdoppelung der Windgeschwindigkeit bedeutet einer Verachtfachung der eingespeisten elektrischen Leistung.

5. Nennwindgeschwindigkeit

Das ist die Windgeschwindigkeit bei der die Windenergieanlage gerade ihre elektrische Nennleistung erreicht (siehe Punkt 5 - rechte Grafik). Dies wird meistens bei einer Windgeschwindigkeit von ca. 12-13m/s erreicht. Die Nennleistung jedes Windrades wird immer vom Generator und seiner Bauart vorgegeben und entspricht seiner maximal dauerhaft abzugebenden elektrischen Leistung. Der Generator ist also das beschränkende Element jeder Windkraftanlage.

6. Nennleistung - Vollastbereich v>12m/s mit konstanter Rotor- & Generatordrehzahl

Um den Generator vor Überdrehzahl zu schützen werden ab Erreichen der Nennwindgeschwindigkeit die Pitchwinkel der Flügel "abgeregelt". Dabei wird der aerodynamische Wirkungsgrad (c_p) der Blätter verschlechtert, indem sie aus ihrem optimalen Anstellwinkel herausgefahren werden. Der Generator wird ab jetzt mit konstanter Windleistung und Drehzahl versorgt. Diesen Betriebsbereich ab 12-13m/s, in dem die Leistungsabgabe der WEA konstant bei Nennleistung liegt, nennt man Volllastbereich (siehe Punkt 6 rechte Grafik).

6a. frühe Leistungsabregelung / derating (nur bei Gamesa)

Einige der Gamesa Windkraftanlagen besitzen noch einen weiteren seltsamen Betriebsbereich: überschreitet die Windgeschwindigkeit einen bestimmten Wert jenseits der Nennwindgeschwindigkeit (G10x:17m/s, G9x:21m/s), beginnen die Anlagen ihre eingespeiste Leistung abzusenken?!. Alle andere WEA Hersteller lassen die Leistung Ihrer Anlagen im gesamten Volllastbereich konstant. (Ausnahme: Enercon mit Sturmregelung und Siemens siehe 7a.)

7. Abschaltwindgeschwindigkeit / Cut-out speed.

Überschreitet die Windgeschwindigkeit diesen Wert für eine gewisse Zeit (z.B. 100 Sekunden), gibt die Anlagensteuerung den Befehl, die Rotorblätter aus dem Wind zu drehen. In dieser sogenannten "Fahnenstellung" (Pitchwinkel 90°) erzeugen die Blätter keinen Auftrieb mehr und der Rotor kommt zum Stillstand. Der Sturm kann ungehindert hindurchströmen und der WEA keinen Schaden zufügen. Übliche Abschaltwindgeschwindigkeiten sind 20m/s - 25m/s. In dieser Flügelstellung stehen auch WEA, die auf Störung sind oder gerade gewartet werden.

7a. Sturmregelung (Enercon & Siemens)

Während die allermeisten Windenergieanlagen spätestends bei 25m/s ihre Flügel in Fahnenstellung bringen, besitzen Enercon WEA´s und die Siemens SWT 3.3-130 eine spezielle Regelung für Stürme, bei der die Anlage ab einer bestimmten Windgeschwindigkeit langsam ihre Flügel aus dem Wind dreht und mit veringerter Rotordrehzahl und verringerter Leistung weiter am Netz bleibt und einspeisst. Häufige Starts-/Stopps werden im Bereich von 25m/s-34m/s somit verhindert, was gut für die Lebensdauer der Anlage und gut für die Stabilität des Versorgungsnetzes ist.

8. Überlebenswindgeschwindigkeit

Dies ist die maximale Windgeschwindigkeit, für die das Bauwerk aus Fundament, Turm, Gondel und Rotor ausgelegt werden muss. Je nachdem für welche IEC Windklasse / DIBt Windzone die WEA zertifiziert ist, kann die geforderte Überlebenswindgeschwindigkeit bis zur doppelten Orkanstärke (67m/s) gehen! Bei dieser Windstärke bleibt in der Regel kein Baum mehr stehen.

Extremlasten