natuerliche Grenzen der Windkraft

natuerliche Grenzen der Windkraft

Ist Windkraft unendlich? Nein. Es gibt natürliche Begrenzungen, die es nur im begrenztem Maße erlauben die Windkraft abzuschöpfen. Es kann nur begrenzt der Atmosphäre Energie entzogen werden, dafür gibt es unterschiedliche Berechnungen. Da der Wind sich weltweit über Länder verteilt, muss folgende Frage gestellt werden:

Wie viel Wind darf jeder Staat, jedes Land, jeder Gemeinde der Atmosphäre entziehen?

Je mehr Wind man der Atmosphäre entzieht, je größer werden die Auswirkungen auf die Nachbarn sein. Es sind nicht nur Auswirkungen auf das Klima und meteorolosche Strömungssysteme ->Link, sondern man klaut sich den Wind gegenseitig. Auf der windabgewandten Seite (Lee) kommt weniger Wind, also weniger Energie an.
 Es führt unweigerlich zu Benachteiligung der dahinterliegenden Regionen!
Die Entnahme von Energie durch riesige Windfelderwird unweigerlich Einfluss auf das Wetter haben. Es ist jetzt bereits zu beobachten, dass der Regen im Osten kaum noch ankommt, entsprechende Studien fehlen leider. Sollte jedes Land in Europa die gleichen Ausbaupläne verfolgen wie Deutschland, wird es Einfluß auf die Nachbarländer haben.

Für den Schutz der Meere gibt es Fangquoten und für das freie Gut Wind?

Für die Ausbaupläne in Deutschland bedeuten diese natürlichen Grenzen eine Begrenzung der Energiemenge.
Angegeben wird der Wert als Flächenleistungsdichte. Für Windkraftanlagen liegt die Flächenleistungsdichte zwischen etwa 45 W/m2 und 200 W/m2. Diese bezieht sich allerdings auf die überstrichene Rotorfläche.

Die Frage, welcher Energiebetrag der strömenden Luft maximal entnommen werden darf, ohne die Strömungsverhältnisse
großflächig zu stören, wurde von A.Kleidon (Max-Planck-Institut Jena) ->Link untersucht.
Zusammenfassung zur Studie des Max-Planck-Instituts Jena: Wie viel Windenergie erzeugt die Atmosphäre, und wie viel davon lässt sich optimal als erneuerbare Energie nutzen? Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, physikalisch fundierte Antworten auf beide Fragen zu geben und erste Abschätzungen sowie Sensitivitäten bereitzustellen, die mit den Ergebnissen numerischer Simulationsmodelle übereinstimmen. Der erste Teil beschreibt, wie die Thermodynamik bestimmt, wie viel Windenergie die Atmosphäre aufgrund der solaren Strahlungsantriebskraft im großen Maßstab physikalisch erzeugen kann. Die Arbeit, die zur Erzeugung und Aufrechterhaltung großräumiger atmosphärischer Bewegung geleistet wird, kann als Folge einer atmosphärischen Wärmekraftmaschine betrachtet werden, die durch den Unterschied in der solaren Strahlungserwärmung zwischen den Tropen und den Polen angetrieben wird. Die resultierende Bewegung transportiert Wärme, wodurch diese differentielle solare Erwärmung und der damit verbundene großräumige Temperaturunterschied, der diese Energieumwandlung überhaupt erst antreibt, abgebaut werden. Diese Wechselwirkung zwischen dem thermodynamischen Antrieb (Temperaturunterschied) und der resultierenden Dynamik (Wärmetransport) ist entscheidend für die Bestimmung der maximal erzeugbaren Leistung. Dies führt zu einem globalen Mittelwert der Erzeugungsrate kinetischer Energie von etwa 1,7 W m⁻², was sehr gut mit den aus Beobachtungen abgeleiteten Werten von etwa 2,1–2,5 W m⁻² übereinstimmt. Dies entspricht weniger als 1 % der gesamten absorbierten Sonnenstrahlung, die in kinetische Energie umgewandelt wird. Obwohl die Atmosphäre scheinbar extrem ineffizient in der Bewegungserzeugung ist, zeigt die Thermodynamik, dass sie ihr Möglichstes tut, um die in den Winden enthaltene Energie zu erzeugen. Der zweite Teil befasst sich mit den Grenzen der Umwandlung der kinetischen Energie der Atmosphäre in erneuerbare Energie. Die Betrachtung der Impulsbilanz der unteren Atmosphäre zeigt, dass im großen Maßstab höchstens ein Bruchteil von etwa 26 % der kinetischen Energie in erneuerbare Energie umgewandelt werden kann, was mit Erkenntnissen aus Klimamodellsimulationen übereinstimmt. Daraus ergibt sich ein typisches Ressourcenpotenzial von etwa 0,5 W m⁻² pro Flächeneinheit im globalen Mittel. Die scheinbare Diskrepanz zwischen den deutlich höheren Erträgen einzelner Windkraftanlagen und kleiner Windparks lässt sich durch die räumliche Skala von etwa 100 km erklären, in der die kinetische Energie nahe der Erdoberfläche abgebaut und wieder zugeführt wird. Abschließend erörtere ich, wie diese Erkenntnisse mit etablierten meteorologischen Konzepten vereinbar sind, praktische Anwendungen für die Abschätzung von Windressourcen unterstützen und, allgemeiner, wie solche physikalischen Konzepte, insbesondere die Grenzen der Energieumwandlung, die Grundlage für eine einfache, analytische und transparente Klimaforschung bilden können.
Durch die Ergebnisse dieser Modellrechnungen wird nahegelegt, dass die mittlere elektrische Leistung, die durch WEA im großflächigen Mittel zur Verfügung
gestellt werden kann, weniger als 0,25 W/m2 beträgt. Bezogen auf die Fläche Deutschlands liegt der maximale jährliche Ertrag von Windenergie an Land demnach bei 750 TWh. ->Analyse von Kobe,Ahlborn,Schuster

Die Stromerzeugung wird somit begrenzt durch den Anteil der Landesfläche und Nebeneffekte.