mini |hochkant=1.5 |Anteil der Stromerzeugung aus Windenergie an der Gesamterzeugung, 2022. Die Windenergie ist eine der ältesten vom Menschen genutzten Energieformen. Schon vor langer Zeit wurde mit Hilfe von Windmühlen vor allem mechanische Arbeit wie das Mahlen von Getreide und das Pumpen von Wasser durchgeführt (siehe Windpumpe). Die Geschichte der Windenergienutzung beschreibt die Entwicklung von diesen ersten Windmühlen bis zur heute mit großem Abstand wichtigsten Nutzung, der Erzeugung von elektrischer Energie mit Windkraftanlagen an Land und im Meer, die 2023 einen Anteil von rund 7,8 % der weltweiten Stromproduktion hatte.World electricity generation by source. Ember. Abgerufen am 18. Juli 2024. Nicht behandelt werden Anwendungen wie Segelschifffahrt, Segelwagen oder Segelflug.
Windmühlen Vorindustrielle Zeit mini|Chinesische Windmühle, Bleistiftzeichnung mini|hochkant|Die Fram im Packeis eingeschlossen (März 1894); der Windgenerator (Bildmitte) lieferte Strom für die elektrische Beleuchtung des Schiffes Die ältesten Windmühlen sind aus Persien (zum Getreidemahlen), Tibet (als Gebetsmühlen) und China (zum Wasserpumpen)Hong-Sen Yan, Marco Caccarelli (Hrsg.): International Symposium on History of Machines and Mechanisms: Proceedings of HMM 2008, Springer, 2011, ISBN 978-90-481-8138-4, S. 295–324. bekannt. Diese hatten eine vertikale Rotordrehachse und eine horizontale Drehkreisebene. Die persische Windmühle funktionierte als Widerstandsläufer. Die chinesische Windmühle, bei der vertikal stehende Dschunkensegel sich im Drehkreis um ihre Achse dank ihres spezifischen Riggs automatisch selbst zum Wind ausrichten, ist ein Auftriebsläufer.
In Europa sind Windmühlen seit dem 12. Jahrhundert bekannt. Sie wurden von Anfang an als Auftriebsläufer mit horizontal liegender Rotordrehachse gebaut, was bis heute das grundlegende Prinzip moderner Windkraftanlagen ist. Entstehen konnte diese Technologie durch das Zusammentreffen einiger historischer Umstände: Im Hochmittelalter hatte sich das Handwerk innerhalb der Zünfte vervollkommnet. Der wachsende allgemeine Wohlstand verknappte das Angebot an billigen Arbeitskräften. Die Christianisierung der seefahrenden nordischen Völker (z. B. Wikinger) verstärkte den Austausch zwischen ihnen und Mitteleuropa. Durch Wasserkraft angetriebene Schöpfräder zur Bewässerung („Noria“) sind bereits aus dem 5. Jahrhundert v. Chr. aus Mesopotamien bekannt. Erste Mahlmühlen mit Wasserkraftantrieb sind aus dem 3. Jahrhundert v. Chr. aus China belegt. Auch die alten Ägypter, Perser und später die Griechen und Römer verwendeten Wassermühlen. Bedingung für die Nutzung der Wasserkraft ist die Voraussetzung, dass ein Gewässer mit ausreichendem Gefälle vorhanden ist, das auch in Trockenperioden genügend Wassermenge führt. Da diese Bedingung im Flachland vielerorts nicht erfüllt ist, dort hingegen (oft) der Wind stärker und gleichmäßiger bläst, hat sich in den küstennahen, flachen Regionen die Windmühle als vorherrschender Mühlentyp etabliert, in den bergigeren Regionen die Wassermühle. Die flexible, zeit- und ortsunabhängige Verfügbarkeit der Antriebskraft in beliebiger Menge war das Hauptargument für den Einsatz von Mühlen, die mit Muskelkraft betrieben wurden, etwa von Göpeln.
Hinzu kam die Verbindung der aerodynamischen Kenntnisse der nordischen Völker mit der Handwerkskunst der Mitteleuropäer, die eine Entwicklung der Windmühlentechnik ermöglichte.
Neben den reinen Windmühlen gibt es auch Mühlen, die ihre Antriebskraft aus Wasser und Wind zugleich beziehen. Eine der wenigen heute noch komplett erhaltenen derartigen Mühlen ist die Hüvener Mühle im nördlichen Emsland.
Die Windmühlen wurden im Laufe der Zeit verbessert und außer zum Mahlen auch zum Dreschen, Wasserpumpen oder -schöpfen und zum Sägen sowie Hämmern oder Klopfen (Walken) eingesetzt. Bereits vor der Industrialisierung entstanden so in einigen windbegünstigten Regionen wie z. B. Dänemark, den Niederlanden und Norddeutschland Landschaften, die stark von der gewerblichen Windenergienutzung geprägt wurden.
Industrialisierung Während der einsetzenden Industrialisierung wurden die Windmühlen im 19. Jahrhundert weiter verbessert. Zuvor war es bereits durch die Aufhebung des Mahlzwanges in Preußen im Jahr 1810 zu einem deutlichen Anstieg der Zahl der Mühlen gekommen. Zwar traten mit der Dampfmaschine und später den Verbrennungs- und Elektromotoren starke Konkurrenten entgegen, die schließlich im 20. Jahrhundert die Windenergienutzung weitestgehend verdrängten. Im 19. Jahrhundert jedoch kam es zunächst zu einem parallelen Wachstum. Dies lag nicht zuletzt an den zunächst noch höheren Kosten der Dampfmaschine, die erst allmählich durch die Fortschritte im Transportwesen (Verbilligung der Kohletransporte durch die Nutzung der Eisenbahn) kompensiert werden konnte.
Der Höhepunkt von Windmühlen als mechanischen Kraftquellen wird von Historikern in Deutschland erst in die 1880er Jahre datiert und damit in die Hochindustrialisierung. In Nischen, beispielsweise in verkehrlich schlecht erschlossenen ländlichen Regionen, hielten sich diese dezentralen Energiequellen sogar bis in die 1950er Jahre.Michael Mende: Frühindustrielle Antriebstechnik – Wind- und Wasserkraft. In: Ullrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 289–304, S. 291. Noch 1895, kurz vor Beginn der Elektrifizierung, ergab eine reichsweite Gewerbezählung, dass von den ca. 150.000 Betrieben, die mechanische Kraftquellen nutzten, noch 18.000 auf Windkraft zurückgriffen, während 54.000 über Wasserräder oder -turbinen und 59.000 über eine Dampfmaschine verfügten. Allerdings lag die durchschnittliche Leistung der Dampfmaschinen deutlich höher als die der Windmühlen.Michael Mende: Frühindustrielle Antriebstechnik – Wind- und Wasserkraft. In: Ullrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 289–304, S. 292 f. Danach ging die Nutzung zurück. 1914, zu Beginn des Ersten Weltkrieges wird die Zahl der Windmühlen auf ca. 11.400 geschätzt, 1933 waren noch 4.000 bis 5.000 Windmühlen in Betrieb.Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur: Introduction to Wind Energy Systems Basics. Technology and Operation. Berlin/Heidelberg 2013, S. 1. Letzte Verbesserungen an der Windmühlentechnik erfolgten in den 1940er Jahren in Deutschland durch Kurt Bilau (Bilausche Ventikanten), in Holland u. a. durch Ten Have und van Riet.
Weitere Fortschritte und Anwendungsmöglichkeiten brachte das 19. Jahrhundert mit der beginnenden Elektrifizierung, die sich auch auf Windmühlen auswirkte. So wurde schon bei Nansens Fram-Expedition (1893–1896) ein windgetriebener Generator eingesetzt, um an Bord während der langjährigen Drift auf dem Packeis Richtung Pol und an diesem vorbei nach Spitzbergen Strom für die elektrische Beleuchtung zu erzeugen.
In Nordamerika entwickelte Daniel Halladay die Westernmill, die hauptsächlich zum Wasserpumpen eingesetzt wurde und wird. Sie war die erste, die sich selbsttätig bei Sturm aus dem Wind drehen konnte. Bei herkömmlichen Mühlen dagegen hatte der Müller immer darauf achten müssen, vor einem aufziehenden Sturm die Mühle zu sichern, um sie vor Schäden zu schützen. Damit und mit der industriellen Produktion der Mühlen war der Weg für einen massenhaften Einsatz frei. Noch immer sind einige dieser Mühlen in ländlichen Gegenden weltweit im Einsatz, meistens als Antrieb für Wasserpumpen aber auch zur Erzeugung von Elektrizität an Standorten, die – wie abgelegene Farmen etwa – fern der Netzversorgung liegen. Es entstehen auch heute noch neue Westernmills, meist aus nostalgischen Motiven von örtlichen Handwerkern oder Bastlern und Liebhabern erbaut und aufgestellt.
Windkraftanlagen mini|Plan des Windrades zur Stromerzeugung von Josef Friedlaender vor der Elektrischen Ausstellung im Wiener Prater (Rotunde) 1883
Windkraftanlagen entwickelten sich aus der Windmühlentechnik heraus. Mit der kommerziellen Nutzung der elektrischen Energie 1882 begann die Elektrizität allmählich auch für die Bevölkerung ein wichtiges technisches Hilfsmittel zu werden. Zunächst wurden ausschließlich dezentrale Netze errichtet,A. Hina Fathima, K. Palanisamy: Optimization in micro grids with hybrid energy systems – A review. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews, 45, 2015, S. 431–446, S. 431, doi:10.1016/j.rser.2015.01.059. die häufig mit Gleichstrom betrieben wurden. Das heutige Verbundnetz entstand hingegen erst mit der großflächigen Elektrifizierung in den 1920er Jahren. Zur Verbesserung der Versorgung mit elektrischer Energie gab es daher im ausgehenden 19. Jahrhundert verstärkt Versuche, auch mit Hilfe der Windenergie elektrische Energie zu erzeugen. Da die Windmühlen zu diesem Zeitpunkt noch sehr weit verbreitet waren, gab es mehrfach Gedanken, diese zum Betrieb eines Dynamos umzurüsten.
Die erste belegte windbetriebene Anlage zur Stromerzeugung errichtete 1883 der österreichische Ingenieur Josef Friedländer anlässlich der Internationalen Elektrizitätsausstellung 1883, sie stand im Eingangsbereich des Ausstellungsgeländes vor der Rotunde im Wiener Prater.Paul Gipe: Austrian was First with Wind-Electric Turbine Not Byth or de Goyon. Wind works. 25. Juli 2023. mini |hochkant |links |Scientific American berichtet 1890 über Brushs Windkraftanlage mini|hochkant|Dänisches Windrad (hier in Vallekilde) um 1905 mini|hochkant|Windrad bei Berlin im Jahr 1932, vermutlich von Kurt Bilau
Charles Francis Brush baute 1887/88 eine Windkraftanlage auf der Basis der Westernmills, die er zur Versorgung seines Hauses mit elektrischer Energie aus einem Batteriespeicher benutzte.
Der Däne Poul La Cour hat dann – die Verdrängung der Windmühlentechnik durch die Elektrifizierung hatte schon eingesetzt – die Grundlagen der Technik wissenschaftlich erforscht. Er wandte seine Erkenntnisse als einer der ersten Wissenschaftler auf die Wandlung in elektrische Energie an und errichtete 1891 mit Mitteln seiner Regierung eine erste Versuchsanlage in Askov auf Jütland. Seinem guten wissenschaftlichen Fundament, seinem systematischen Vorgehen sowie seiner Geschicklichkeit bei der praktischen Umsetzung seiner Entwürfe sind wichtige Entwicklungen für die heutige Windkraftanlagentechnik zu verdanken. Er betrieb erstmals Windkanalversuche – unter anderem zur Aerodynamik der Flügelform – und kam zum Konzept Schnellläufer, einer Anlage, bei der sich die Flügelspitzen schneller als der Wind bewegen. Eine von ihm konzipierte Anlage wurde von der Firma Lykkegaard als kommerzielles Produkt vermarktet, bis 1908 waren bereits 72 Stück in Dänemark zur Versorgung ländlicher Siedlungen installiert.