Abschied
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Vorwort
Eine Website mit der Überschrift »Windleistungsanalysen« kann natürlich versuchen, all das Wissen über Windprofile und Windenergienutzung zusammenzutragen. Da man sich dabei leicht übernehmen kann, vertage ich diese Idee auf Zeiten mit Flauten. Arbeitsmäßig gesehen. Ich werde hier und heute nur einige Gedanken(splitter) anführen, die selbst noch ausgebaut werden können und die nur ein Bruchteil dessen sind, was man über Wind und Windleistung und deren Profile aussagen kann.
Ein ganz altes Thema ...
Es gibt nicht nur die Windmühlen als bauliches Zeichen der Windenergienutzung schon vor Jahrhunderten. Auch in der Theorie
gibt es einen langen Vorlauf. Der ökobuch Verlag Staufen hat 1982 und 1994 (inzwischen erneut??) einen Nachdruck der grundlegenden Arbeit zur Windenergienutzung
von Albert Betz herausgebracht.
Lediglich bei der Beschreibung der (meteorologischen) Ursachen des Windes erscheinen die Ausführungen des Ingenieurs und Leiters der Aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen Prof. Betz nach 80 Jahren
etwas antiquiert. Ansonsten sind solche Fragen wie:
- Die Windstärke nimmt mit der Höhe zu.
- Arbeitsvermögen bewegter Luft
- Die Windgeschwindigkeit im Windrade ist das arithm. Mittel aus den Windgeschwin- digkeiten vor und hinter dem Windrade
... unverändert aktuell. Das Spannende bei der Windenergienutzung bleibt schließlich die Frage nach der "größten Energiemenge, welche ein Rad von gegebenen Durchmesser einem Winde von gegebener Geschwindigkeit entziehen kann".
In der Formel für Lmaxtaucht
zunächst ein Koeffizient auf, der zeigt, dass nur ein bestimmter Teil (59,2%) der Windleistung umgesetzt werden kann (auch hinter dem Windrad muss die Luft noch strömen!) und zweitens, dass die Windleistung mit der 3. Potenz der Windgeschwindigkeit wächst!
Hier ist der Meteorologe dann geschockt. Eigentlich ist er zufrieden, wenn er 4 m/s vorhersagt und 3, 4 oder 5 m/s eintreffen (und nicht 2 oder 6 m/s, wobei das so schlimm noch nicht wäre, dann oft genug gibt er sich ja mit Aussagen wie 4-6 m/s zufrieden - und hier habe ich schon den genauer arbeitenden Flugmeteorologen im Blick, der um die Bedeutung des Windes für den Landeanflug weiß).
Genug der Abschweifung, die Tabelle zeigt, wenn der Meteorologe mit sich zufrieden ist (4 ± 1 m/s) , kann der Dispatcher beim Energieversorger mit einer Windenergieeinspeisung zwischen 50% und 200% des Vorhergesagten konfrontiert sein. Das produziert Frust! Oder Zusatzkosten.
| v | v³ | Prozent |
|---|---|---|
| 3 m/s | 27 | 42 % | 4 m/s | 64 | 100 % |
| 5 m/s | 125 | 195 % |
Hier könnten sich in den nächsten Jahren noch wichtige Betätigungsfelder für Meteorologen ergeben. Die Verbesserung der Windprognose!
Die Windstärke nimmt mit der Höhe zu ...
Eigentlich ein langweiliges Statement. Trotzdem gibt es immer wieder Diskussionskreise, die das spannend finden. Bei Frau Prof. Jessel 2001 (Datei leider > 1 MB!) wird mein Beitrag bei einer Diskussion wie folgt verknappt: "Warum der Trend besteht, immer höhere Windkraftanlagen zu erreichten, begründete daran anknüpfend der Diplom- Meteorologe Dr. Bernd STILLER: Ab 80 m Höhe steigt im Binnenland nicht nur die Windgeschwindigkeit deutlich an, sondern es nehmen auch die Turbulenzen ab und es findet eine Angleichung der Windgeschwindigkeiten zwischen Tag und Nacht statt. Damit steigt nicht nur die Energieausbeute, sondern es gestaltet sich auch die Energieproduktion über die Zeit hinweg gleichmäßiger. "
Einiges müsste hier noch kommentiert werden ... Aber wenigstens folgender Hinweis: Die Windzunahme gilt bei nichtstabiler Schichtung bzw. im Langzeit-Mittel, im Einzelfall nimmt der Wind natürlich nicht immer mit der Höhe zu. Abends und nachts kann das Windmaximum zwischen 40 und 60 m Höhe liegen und in 100 m der Wind schwach sein ...
dazu später mehr
Nicht GAUSS sondern WEIBULL ...
Wenn man eine genügend große Stichprobe von Messwerten hat, kann man die Häufigkeitsverteilung dieser Messwerte durch eine Verteilungsfunktion nähern. Wie die nebenstehende Abbildung zeigt, sind die Messwerte der Windgeschwindigkeit nicht symmetrisch um einen Mittelwert verteilt. Die Gaußsche Glockenkurve funktioniert hier also nicht als Näherung. Es hat sich herausgestellt, dass die zweiparametrige WEIBULL-Verteilung hier die
geeignete Anpassung liefern kann.
Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der WEIBULL-Verteilung lautet:
f(x)WV = (a / b) (x / b)a-1 exp (- (x / b)a) für x > 0
doch dazu später mehr
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