Eine Windkraftanlage ist ein großes rotierendes Gerät, das die Energie des Windes in mechanische Energie umwandelt. Diese mechanische Energie kann dann für einfache mechanische Aufgaben verwendet werden, wie zum Beispiel das Drehen großer Räder zum Mahlen von Getreide, wobei die Windkraftanlage in diesem Fall als Windmühle bezeichnet wird. Es kann auch als elektrische Energiequelle verwendet werden, entweder für eine nahegelegene Anwendung oder nach Übertragung über Hochspannungsleitungen zu einer zentralen Schaltstation, in diesem Fall wird es als Windgenerator bezeichnet.
Die Windkraftanlage ist seit Jahrhunderten in Windmühlenform im Einsatz. In vielen Teilen der Welt werden Turbinen noch immer in großem Umfang zum Mahlen von Getreide und zum Pumpen von Wasser verwendet. Windmühlen ermöglichen es Menschen ohne Zugang zu elektrischen Pumpen, Wasser tief unter dem Grundwasserspiegel zu holen, um den Zugang zu sauberem Wasser zu gewährleisten und vor durch Wasser übertragenen Krankheiten zu schützen.
In den letzten Jahren hat die Windkraftanlage als elektrischer Generator begonnen, als bedeutende Quelle der Stromerzeugung auf der ganzen Welt eingesetzt zu werden. Bei der globalen Abkehr von fossilen Energieträgern hin zu nachhaltigeren Energieformen ist Windkraft zu einem wichtigen Akteur geworden. Es ist relativ günstig, kann in vielen verschiedenen Regionen der Welt eingesetzt werden und kann sehr effizient sein. Obwohl es einige Umweltbedenken bei Windgeneratoren gibt, sind diese im Allgemeinen gering, und weltweit werden mehr als 120 Gigawatt (GW) Strom durch die Nutzung von Windenergie erzeugt.
Turbinen selbst können in zwei verschiedene Gruppen unterteilt werden: Horizontalachsen-Windturbinen (HAWT) und Vertikalachsen-Windturbinen (VAWT). Die meisten Turbinen, an die die Leute gewöhnt sind, sind HAWTs, die auf dem bekannten Windmühlendesign basieren. Moderne HAWTs sind im Allgemeinen dreiblättrig und befinden sich an der Spitze riesiger Türme, um sie auf eine Höhe zu bringen, in der die Windscherung viel höher ist.
Die meisten HAWTs werden von Computern so gesteuert, dass sie sich automatisch in den Wind drehen, um das Beste aus dem vorhandenen Wind zu machen. HAWTs benötigen keine Art von Backtracking, da sich ihre Blätter immer senkrecht zum Wind bewegen. Dadurch erzeugen sie während der gesamten Rotation Strom, im Gegensatz zu VAWTs. Der Transport von HAWTs ist jedoch unglaublich teuer, da sie enorm sind und es üblich ist, dass 20 % der Gesamtkosten allein für den Transport ausgegeben werden. Außerdem kann ihre Höhe sie ästhetisch störend machen, und die Installation ist ein schwieriger, kostspieliger und zeitaufwendiger Vorgang.
Bei einer Vertikalachsen-Windturbine (VAWT) hingegen ragt die Rotorwelle senkrecht in die Luft, mit Foils, die den Wind auffangen und die gesamte Welle drehen. Der am häufigsten vorkommende Typ ist die Darrieus-Windkraftanlage, die ungefähr wie ein großer Eierbesen aussieht. VAWTs benötigen viel weniger Höhe und sind viel weniger kostspielig zu transportieren und zu installieren und können Strom mit viel geringeren Windgeschwindigkeiten als HAWTs produzieren. Ihr Gesamtwirkungsgrad beträgt jedoch etwa 50 % der von HAWTs, und da sie tiefer am Boden liegen, weisen sie in der Regel viel niedrigere Windgeschwindigkeiten auf.
Neben den beiden Haupttypen von Windkraftanlagen, die die überwiegende Mehrheit der Windkraftanlagen weltweit ausmachen, gibt es auch eine Reihe von nicht standardmäßigen Ausführungen. Dies sind in der Regel Variationen von HAWTs oder VAWTs, wie zum Beispiel der Aerogenerator oder die Mantelrotorturbine. Auch seltsamere Varianten, wie die Magnetschwebe-Windkraftanlage und die luftgestützte Windkraftanlage, wurden vorgeschlagen und in einigen Fällen damit experimentiert. Die meisten alternativen Designs haben jedoch noch keine breite kommerzielle Akzeptanz erfahren.