Effizienz der Windenergie

Windenergie, auch Windkraft genannt, ist das Mittel, Wind zu nutzen und in Strom umzuwandeln. Der durchschnittliche Windwirkungsgrad von Turbinen liegt zwischen 35-45% .

Produktion von Windkraft

Wind wird in der Erdatmosphäre aufgrund von Unterschieden der Erdtemperaturen lokal oder auf regionaler und globaler Ebene erzeugt. Wenn warmes erwärmt wird, steigt es auf und verlässt den Ort mit niedrigem Luftdruck; Luft aus kühleren Regionen mit höherem Luftdruck strömt ein, um den Luftdruck auszugleichen.

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Windmühlen und Turbinen nutzen die kinetische Energie oder Bewegungsenergie, die Luft oder Wind von einem Ort zum anderen bewegt und in Elektrizität umwandelt. Windturbinen werden an windigen Orten aufgestellt, damit der Wind die Rotorblätter von Turbinen bewegen kann. Diese Blätter drehen einen Motor, und Zahnräder erhöhen die Umdrehungen genug, um Strom zu erzeugen. Verschiedene Turbinenausführungen sind für unterschiedliche Bedingungen geeignet.

Windeffizienz und Windkapazitätsfaktor

Windeffizienz ist nicht gleich Windkapazitätsfaktor, der diskutiert wird, wenn man an Energieeffizienz denkt. Winduhr erklärt den Unterschied zwischen den beiden Phänomenen.

Windeffizienz und ihre Grenzen

Die Windeffizienz ist die Menge an kinetischer Energie im Wind, die in mechanische Energie und Elektrizität umgewandelt wird. Physikalische Gesetze beschrieben von Betz-Limit sagt, dass die maximale theoretische Grenze 59,6% beträgt. Der Wind benötigt die restliche Energie, um an den Blättern vorbei zu blasen. Das ist in der Tat gut. Wenn eine Turbine 100 % der Energie einfangen würde, würde der Wind aufhören zu wehen und die Rotorblätter einer Turbine können sich nicht drehen, um Strom zu erzeugen.

Allerdings ist es derzeit für keine Maschine möglich, die gesamten eingeschlossenen 59,6 % der kinetischen Energie von Wind in Strom umzuwandeln. Aufgrund der Art und Weise, wie Generatoren hergestellt und konstruiert werden, gibt es Grenzen, die die Energiemenge, die schließlich in Strom umgewandelt wird, weiter verringern. Der Durchschnitt beträgt derzeit 35-45%, wie oben erwähnt. Das Maximum bei Spitzenleistung könnte laut Wind Watch 50% erreichen. Ein Australisches Regierungsdokument (NSW) stimmt auch zu, dass 50 % der maximal erreichbare Windwirkungsgrad ist (S. 3).

Die Energieeffizienz variiert nicht so stark wie der Windkapazitätsfaktor, der stark von Standort und Wetterbedingungen abhängt.

Windkapazitätsfaktor

Der Windkapazitätsfaktor ist die Energiemenge, die ein Generator im Vergleich zu dem erzeugt, was er produzieren könnte, wenn er die ganze Zeit bei Spitzenleistung funktioniert, gemäß according Grüne Tech-Medien . Der Windkapazitätsfaktor variiert tendenziell von Ort zu Ort und zu verschiedenen Jahreszeiten, selbst bei gleichen Turbinen, da er von der Windgeschwindigkeit, seiner Dichte und der überstrichenen Fläche abhängig ist, die von der Größe des Generators abhängt Öffnen Sie EI . Der Windkapazitätsfaktor kann optimiert werden, indem Orte ausgewählt werden, an denen das ganze Jahr oder die meiste Zeit des Jahres ideale Windbedingungen herrschen. Daher ist es wichtig, den Windkapazitätsfaktor und die ihn beeinflussenden Bedingungen zu berücksichtigen, um die Leistungsabgabe zu maximieren.

Windgeschwindigkeit weniger als 30 Meilen pro Stunde produziert laut Wind Watch wenig Energie. Selbst kleine Geschwindigkeitserhöhungen können zu einer erheblichen Steigerung der erzeugten Leistung gemäß Open EI führen. Der erzeugte Strom ist der Kubus der Windgeschwindigkeit erklärt Wind EIS . Luftdichte ist in kühleren Regionen und auf Meereshöhe mehr als in den Bergen. Ideale Orte mit hoher Winddichte sind also Meere mit kälteren Temperaturen nach Open EI. Dies ist ein Grund für den großflächigen Ausbau der Offshore-Windenergie. Größere und höhere Turbinen können mehr Wind höher über dem Boden und durch die größere Spannweite ihrer Blätter nutzen. Wirtschaftliche Überlegungen werden hier daher wichtig.

Der Kapazitätsfaktor wird mit verbesserter Technik ständig erhöht. Laut Green Tech Media erreichten 2014 gebaute Windturbinen einen Kapazitätsfaktor von 41,2 % im Vergleich zu 31,2 % für Turbinen, die zwischen 2004 und 2011 gebaut wurden. Der Kapazitätsfaktor von Wind wird jedoch nicht nur von der Technologie, sondern auch von der Windverfügbarkeit selbst beeinflusst. So lag der Kapazitätsfaktor der Turbinen 2015 aufgrund von Windtrockenheit unter dem Durchschnitt der Vorjahre, erklärt Green Tech Media.

Vergleich mit anderen Stromquellen

Die Energieeffizienz von Wind ist besser als die Energieeffizienz von Kohle. Nur 29-37 % der Energie aus Kohle werden in Strom umgewandelt und Gas hat fast den gleichen Wirkungsgrad wie Wind, da 32-50 % der Energie aus Gas in Strom umgewandelt werden können.

Was die Kapazitätsfaktoren betrifft, fossile Brennstoffe schnitt 2016 in den USA besser ab als Wind wind UNS. Energieinformationsverwaltung (EIA) .

• Kohlekraftwerke in den USA liefen mit 52,7% ihrer Kapazität.
• In den USA lag der Kapazitätsfaktor für Gasanlagen bei 56 %.
• Kernkraft hatte einen Kapazitätsfaktor von 92,5%, laut UVP-Zahlen für nichtfossile Brennstoffe .
• Der Kapazitätsfaktor der Wasserkraft lag bei 38 %.
• Der Kapazitätsfaktor der Windkraft lag bei 34,7%.

Beim Vergleich der Leistungsabgabe verschiedener Energiequellen ist es besser, nicht nur den Kapazitätsfaktor, sondern auch deren Energieeffizienz zu berücksichtigen. Dies macht die Steigerung der Stromerzeugung aus Windkraft im Vergleich zu fossilen Brennstoffen, die auch durch die dadurch verursachten Umweltverschmutzungsprobleme belastet sind, wettbewerbsfähig und machbar.

Unterbrechung beeinflusst die Windenergieleistung

Windenergie leidet unter Unterbrechungen, da Wind nicht immer verfügbar ist und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten wehen kann, was bedeutet, dass Strom auf ungleichmäßigem Niveau erzeugt wird. Energieunterbrechung ist das Phänomen, bei dem Energie aufgrund vieler Faktoren, die der Mensch nicht kontrollieren kann, nicht kontinuierlich verfügbar ist. Daher gibt es Schwankungen im Angebot.

Lösungen für Unterbrechungen

Da die Stromerzeugung von Windkraftanlagen von Stunde zu Stunde oder sogar von Sekunde zu Sekunde schwankt, müssen Energieversorger über größere Energiereserven verfügen, um ein konstantes Niveau der Stromversorgung zu gewährleisten und aufrechtzuerhalten, erklärt die Amerikanischer Wissenschaftler . Intermittivität bedeutet nicht nur Defizite, sondern auch Perioden der Exzesse; das bietet dann auch eine mögliche lösung. Der amerikanische Wissenschaftler erklärt, dass mit zunehmender Anzahl von Windkraftquellen lokale Unterschiede in den Wetter- und Windbedingungen Defizite und Überschüsse ausgleichen können.

Verbesserte Wettervorhersagen und Modellierungen erleichtern zudem die Berücksichtigung auch kurzfristiger Veränderungen der Windkraft. Ein Quellenmix ist auch notwendig, um die tages- oder jahreszeitlichen Unterschiede in der Windstromerzeugung auszugleichen.

Ungeachtet der Unterbrechungen haben weit verbreitete neue Windparks in den USA tatsächlich dazu beigetragen, die Stromversorgung zu stabilisieren, insbesondere bei extremen Wetterbedingungen in Texas Saubere Technik .

Kosten

Im Jahr 2017, Der Unabhängige kündigte an, dass die Energieerzeugung aus Windkraft billiger sei als aus fossilen Brennstoffen. Die Produktion einer Megawattstunde (MWh) kostete 2017 50 US-Dollar. Mit der Verbesserung der Technologie sinken die Kosten weiter, was sie attraktiver als herkömmliche umweltschädliche Energiequellen macht. Die USA hoffen, diese Bewegung durch staatliche Anreize voranzutreiben, um den Anteil der Windkraft zu erhöhen, die 2016 laut Angaben 6 % ihres Stroms lieferte UVP .

Wind EIS stellt fest, dass 80 % der Kosten Kapitalkosten für die Installation der Turbinen sind und 20 % Betriebskosten sind. Da jedoch keine Brennstoffkosten anfallen und die Stromerzeugung über den gesamten Lebenszyklus hinweg betrachtet wird, ist Windenergie konkurrenzfähig.

Kohlenstofffreie Energie

Windenergie ist eine der effizienteren Alternativen zu fossiler Energie. Es wird prognostiziert, dass bis 2050 139 Länder, die derzeit 99% der weltweiten Energie verbrauchen, 100% erneuerbare Energie nutzen könnten. Wind und Sonne könnten zusammen bis zu 97% dieser Energie liefern, so a Bericht des Weltforums 2017 . Dies kann dazu beitragen, den Anstieg der globalen Erwärmung auf unter 1,5 ° C einzudämmen. Ob Windpark am Hang oder an der Küste, Windkraftanlagen bieten eine weitaus effizientere Möglichkeit, nutzbaren Strom zu erzeugen als nicht erneuerbare traditionelle Quellen.