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Windenergie

Energietechnik, regenerierbare Energiequellen, regenerative Energieform zur Nutzung für den menschlichen Verbrauch. Winde sind die Folge der unterschiedlichen Erwärmung verschiedener Gebiete auf der Erde und der daraus resultierenden Konvektionsströmungen; Windenergie ist somit eine indirekte Nutzungsform der Sonnenenergie. Zwar beträgt der geschätzte Anteil der jährlichen Sonneneinstrahlung von 5,6 × 106 EJ, der in Wind- und Meereströmungen umgewandelt wird, nur etwa 0,02 %, jedoch entspricht auch diese Menge noch einem Vielfachen des Weltjahresverbrauchs an fossiler Primärenergie. Von allen erneuerbaren Energiequellen zeigte der Windenergiesektor im Zeitraum von 1990-2000 die stärkeste Dynamik mit Wachstumsraten bei installierten Anlagen von durchschnittlich 30 % jährlich weltweit; die gesamte installierte Kraftwerksleistung betrug 1999 über 10 GWel. Weltspitzenreiter in der Windenergienutzung ist derzeit Deutschland, was v.a. staatlichen Förderungsprogrammen zu verdanken ist. Bei der Windenergienutzung wird zwischen Windgeneratoren mit horizontaler (Horizontalachsenkonverter) und vertikaler (Vertikalachsenkonverter) Drehachse unterschieden, wobei letztere bisher keine Rolle im kommerziellen Sektor spielen. In beiden Fällen basiert die Energieumwandlung auf einer unterschiedlichen Umströmung von Ober- und Unterseite eines im allgemeinen asymmetrischen Flügels, die nach der Bernoullischen Gleichung zu einer (aerodynamischen) Auftriebskraft führt. Windgeneratoren, die auf der blossen Mitnahme des Flügels durch die Windströmung basieren, wie etwa der Savonius-Rotor (Ekman-Strömungsmesser), spielen nur eine untergeordnete Rolle. Die Standortwahl ist von entscheidender Bedeutung für eine ökonomische Nutzung der Windenergie; zur Zeit werden Standorte mit mittleren Windgeschwindigkeiten von > 5m / s als wirtschaftlich nutzbar angesehen. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass die Windenergieleistungsdichte gemäss Windenergie (A: überstrichene Fläche) von der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit und somit nicht nur von deren Mittelwert, sondern auch von deren detaillierter Verteilung abhängt, so dass Standorte mit identischem Mittelwert durchaus stark unterschiedliche Energieausbeuten haben können. Der Höhe der Aufstellung eines Windgenerators kommt ebenfalls grosse Bedeutung zu, da zum einen mit grösserer Entfernung zur konvektiven Randschicht, die sich beim Überstreichen der Erdoberfläche durch die Windströmungen ausbildet, die Windgeschwindigkeiten ansteigen, typischerweise mit einem Skalengesetz der Form (v / v0) = (h / h0)a (a » 0,2), zum anderen auf Grund der Höhenabhängigkeit der Luftdichte r, die an hoch über dem Meeresspiegel gelegenen Standorten die maximale Energieausbeute etwas reduziert. Der maximale Wirkungsgrad eines Windgenerators ist durch das Betzsche Gesetz gegeben, das den Wirkungsgrad auf 16 / 27 » 0,59 begrenzt. An guten Standorten sind Windanlagen mit Investitionskosten von 1 000 US-Dollar pro kW installierter Leistung bereits heute voll konkurrenzfähig – auch ohne Einbeziehung versteckter Umweltkosten oder Subventionierung der fossilen Energieträger –, was in einem erzielbaren Strompreis zwischen 0,05 und 0,10 US-Dollar / kWh zum Ausdruck kommt. Neben der Einzelaufstellung von Windgeneratoren kommt auch die Farmaufstellung immer häufiger zum Einsatz; die grösste derzeit (1999) realisierte Windfarm (Storm Lake Wind Power Facility) befindet sich in Alta, Iowa, USA, und verfügt über eine installierte Leistung von 197,75 MWel.

 

Windenergie: Installierte Windenergieleistung in MWel in verschiedenen Ländern jeweils am Ende des Jahres (1995 bis 1998). (Quelle: Wind Force 10. How wind can produce 10% of world power by 2020, Renewable Energy World, Vol.2, No.6, November 1999)

Land

1995

1996

1997

1998

Wachstum 1997-98 [% / a]

durchschnittl. Wachstum [% / a]

Deutschland

1 132

1 552

2 081

2 874

38,1

36,4

USA

1 614

1 615

1 611

2 141

32,9

9,9

Dänemark

637

835

1 116

1 420

27,2

30,6

Indien

576

820

940

992

5,5

19,9

Spanien

133

250

512

880

71,9

87,7

Niederlande

249

295

329

379

15,2

15,0

Grossbritannien

200

273

328

338

3,0

19,1

China

44

79

146

200

36,7

65,6

Italien

33

71

103

197

91,6

81,5

Schweden

69

103

122

176

43,9

36,5

WELT

4 687

5 893

7 288

9 597

31,7

27,0

 

Windenergie

Windenergie: Windgenerator auf Gitterturm mit einer Nominalleistung von 250 kW (mit freundlicher Genehmigung der Fa. Nordex GmbH).

 

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