Windräder: Rotorfläche und Luftdurchsatz (Modellrechnung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt)

sodele, Mittwoch, 20.11.2019, 23:41 vor 308 Tagen 4221 Views

Die Studie des DLR untersucht eigentlich ´nur´, wie viele Fluginsekten von Windkraftanlagen rechnerisch pro Jahr getötet werden. Daneben enthält sie jedoch einige interessante Angaben zu den bewegten Luftmassen und räumlichen Dimensionen der Rotorblätter in toto - ergänzend zum Beitrag vom 10.10., "Windmühlen schuld an Trockenheit und Dürre in Deutschland?"

Zentrale Aussagen der Wissenschaftler sind:

- Die Rotorfläche aller Anlagen zusammen beträgt 158 Mio. Quadratmeter (158 km²) im Luftraum bis 220 m Höhe. (Grundlage: 31.000 Windräder in 2017)

- Acht Millionen Kubik-Kilometer Luft wehen von April bis Oktober durch die Anlagen. Das entspricht dem Zehnfachen des deutschen Luftraums bis 2000 Meter Höhe.

- Gesamtgewicht getöteter Insekten: 1.200 Tonnen pro Jahr.


Quellen:

https://www.dlr.de/tt/Portaldata/41/Resources/dokumente/st/et_1810_10_3_Trieb_BCDR_51-5...

https://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/windkraftanlagen-toeten-im-sommer-taeglich-mi...


Herzliche Grüße

Vielen Dank!

Naclador @, Göttingen, Donnerstag, 21.11.2019, 12:06 vor 308 Tagen @ sodele 1830 Views

Hallo sodele,

vielen Dank für Deine Mühe! Schön, dass wir dank Deiner Arbeit mal ein paar belastbare Zahlen zu dem Thema bekommen.

Ich muss sagen, ich bin einigermaßen entsetzt. Ganz so gewaltig hatte ich mir die Dimensionen nicht vorgestellt. Acht Millionen Kubikkilometer! Wahnsinn!

Was noch fehlt, ist die Angabe, wie viel Energie dieser Luftmenge entnommen wird.

Laut Jahrbuch Windenergie 2018 des Bundesverbandes Windenergie wurden 2017 in Deutschland 103.4 Mrd. kWh an Windstrom erzeugt. Bei einem mittleren Wirkunsgrad von 45% (wissenwiki.de/windenergie) entspricht das einer der Luft entnommenen Energiemenge von 8.27x10^17 J.

Für die mittlere Windgeschwindigkeit in 80 m Höhe werden für Deutschland Werte um die 5 m/s genannt. Die kinetische Energie der Luft bei dieser Geschwindigkeit beträgt etwa 15 J / m³. Für acht Millionen Kubikkilometer = 8x10^15 m³ ergibt das eine kinetische Energie von 1.2x10^17 J. Das wäre nur ein Siebtel der entnommenen Energie, das kann also nicht passen. Aber die kinetische Energie des Windes steigt quadratisch mit der Windgeschwindigkeit.

Um aber die entnommene Energiemenge zu erreichen, bräuchte man eine Windgeschwindigkeit von 13.1 m/s. Und das würde nur klappen, wenn man die Luft auf die Geschwindigkeit null abbremsen würde, was technisch unmöglich ist. Laut Wikipedia (https://de.wikipedia.org/wiki/Windkraftanlage) beträgt die maximal mögliche Energieentnahme knapp 60%. Das heißt, wir müssen mit 100/60 von den 8.27x10^17 J rechnen, also mit 1.38x10^18 J. Dann bräuchten wir schon eine Windgeschwindigkeit von knapp 17 m/s oder Windstärke 7.

Ist es realistisch, anzunehmen, dass die mittlere Windstärke an Windkraftanlagen im Betrieb 7 beträgt? Mache ich einen Denkfehler? Kennt sich jemand hier mit Aerodynamik aus und kann hier mal drüber schauen?

Jedenfalls ist die entnommene Energie in der gleichen Größenordnung wie die vorhandene Windenergie, das heißt, es ist mit deutlichen Auswirkungen auf die lokalen Windgeschwindigkeiten zu rechnen.

Viele Grüße,
Naclador

--
Hanlon's Razor: "Never attribute to malice that which can be adequately explained by stupidity."
Naclador's Corrolary: "Recognize when stupidity is not an adequate explanation."

rechne richtig!

valuereiter @, Donnerstag, 21.11.2019, 12:14 vor 308 Tagen @ Naclador 1998 Views

Laut Jahrbuch Windenergie 2018 des Bundesverbandes Windenergie wurden 2017
in Deutschland 103.4 Mrd. kWh an Windstrom erzeugt. Bei einem mittleren
Wirkunsgrad von 45% (wissenwiki.de/windenergie) entspricht das einer der
Luft entnommenen Energiemenge von 8.27x10^17 J.

und wo sollen die anderen 55 % hin sein?????

45 % "Wirkungsgrad" heißt hier doch, dass der Wind, der die Querschnittsfläche des Rotors durchströmt, NICHT auf Null abgebremst wird, sondern eben 55 % seiner kinetischen Energie behält!

im Gegensatz zu einem Verbrennungsmotor wird der Wirkungsgrad hier nicht durch Abwärme begrenzt ;

Das ist fraglich, ob es das heißt.

Naclador @, Göttingen, Donnerstag, 21.11.2019, 12:32 vor 308 Tagen @ valuereiter 1752 Views

bearbeitet von unbekannt, Donnerstag, 21.11.2019, 12:40

Laut Jahrbuch Windenergie 2018 des Bundesverbandes Windenergie wurden

2017

in Deutschland 103.4 Mrd. kWh an Windstrom erzeugt. Bei einem mittleren
Wirkunsgrad von 45% (wissenwiki.de/windenergie) entspricht das einer

der

Luft entnommenen Energiemenge von 8.27x10^17 J.


und wo sollen die anderen 55 % hin sein?????

45 % "Wirkungsgrad" heißt hier doch, dass der Wind, der die
Querschnittsfläche des Rotors durchströmt, NICHT auf Null abgebremst
wird, sondern eben 55 % seiner kinetischen Energie behält!

im Gegensatz zu einem Verbrennungsmotor wird der Wirkungsgrad hier nicht
durch Abwärme begrenzt ;

Natürlich haben Windkraftanlagen die ganz normalen Generatorverluste durch Reibung , elektrischen Widerstand etc. pp. Normalerweise versteht man unter Wirkungsgrad doch den Unterschied zwischen der Energie, die vorne reingeht (also die Energiemenge, die der Luft entnommen(!) wird), und der Energie, die man hinten als elektrische Energie raus bekommt.

Aber wenn Du Recht hast, dann habe ich natürlich doppelt gerechnet und wir kommen auf 3.7x10^17 J, was einer Windgeschwindigkeit von 8.8 m/s entspricht. Das würde besser hinkommen.

Viele Grüße,
Naclador

PS: Offenbar werden alle Verluste zu einem Gesamtwirkungsgrad zusammen gefasst, der sich auf die Massestromleistung des Windes bezieht. Sprich: Du hast richtig gelegen. Danke!

[image]

--
Hanlon's Razor: "Never attribute to malice that which can be adequately explained by stupidity."
Naclador's Corrolary: "Recognize when stupidity is not an adequate explanation."

lerne googeln!

valuereiter @, Donnerstag, 21.11.2019, 12:45 vor 308 Tagen @ Naclador 1664 Views

Natürlich haben Windkraftanlagen die ganz normalen Generatorverluste
durch Reibung , elektrischen Widerstand etc. pp.

das ist korrekt, aber irrelevant:
Der Wirkungsgrad des Getriebes einer Windkraftanlage ist sehr hoch (um 98 Prozent). ...
Der Wirkungsgrad eines Generators liegt zwischen 96 und 98 Prozent. ...

Normalerweise versteht man
unter Wirkungsgrad doch den Unterschied zwischen der Energie, die vorne
reingeht (also die Energiemenge, die der Luft entnommen(!) wird), und der
Energie, die man hinten als elektrische Energie raus bekommt.

--> Wirkungsgrad = Leistung der Windkraftanlage / Leistung des Windes

--> die wesentliche "Verlustleistung" ist die in der Luft verbleibende kinetische Energie!

Peanuts

valuereiter @, Donnerstag, 21.11.2019, 12:08 vor 308 Tagen @ sodele 2037 Views

- Gesamtgewicht getöteter Insekten: 1.200 Tonnen pro Jahr.

und zum Vergleich:

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00114-018-1571-z
We estimate the prey biomass consumed by the world’s insectivorous birds to be somewhere between 400 and 500 million metric tons year

das heißt:
bei einer Landfläche von 150 Mio. Quadratkilometern (incl. Antarktis und Sahara) gibt es pro Quadratkilometer 3 Tonnen - oder in Deutschland über 1.000.000 Tonnen Insekten als Vogelfutter pro Jahr

die Windräder nehmen den Vögeln also gerade mal 0,1 % ihres Futters weg!

Das kann ja wohl kaum ein Insektensterben im Umfang von Mehr als 75 Prozent Verlust an Biomasse bei Fluginsekten erklären!

Du hast meinen Beitrag leider nicht sorgfältig gelesen

sodele, Donnerstag, 21.11.2019, 13:23 vor 308 Tagen @ valuereiter 1719 Views

Schon in der Überschrift kamen die Insekten überhaupt nicht vor. ;)

Mein Anliegen, wie auch schon im oben verlinkten Hauptbeitrag vom 10.10. ersichtlich, ist die Frage, ob diese 31.000 Windkraftanlagen eine signifikante Veränderung des lokalen Klimas bewirken können, in dem sie zB Hochdruckgebiete davon abhalten im gleichen Tempo wie ehedem weiterzuziehen.

Diese Frage sollte m.E. wissenschaftlich untersucht werden.

Früher war viel häufiger als heute von der Chaostheorie die Rede, wonach der Flügelschlag eines einzigen Schmetterlings ein prinzipiell labiles System in die eine oder andere Richtung kippen lassen kann. - Und mit der Windenergie haben wir es mit deutlich größeren Kalibern zu tun.


Herzliche Grüße

apropos sorgfältig lesen ...

valuereiter @, Donnerstag, 21.11.2019, 13:44 vor 308 Tagen @ sodele 1607 Views

"peanuts" war explizit auf die - von mir zitierte - DRITTE "zentrale Aussage" (zur Menge der dem Ökosystem durch WKAs entnommenen Insekten) bezogen!

Mein Anliegen, wie auch schon im oben verlinkten Hauptbeitrag vom 10.10.
ersichtlich, ist die Frage, ob diese 31.000 Windkraftanlagen eine
signifikante Veränderung des lokalen Klimas bewirken können,

durch welche Kausalität?

in dem sie
zB Hochdruckgebiete davon abhalten im gleichen Tempo wie ehedem
weiterzuziehen.

umgekehrt würden dann auch Tiefdruckgebiete länger verbleiben und hätten mehr Zeit abzuregenen ;)

--> könnte allenfalls Dürren 1.500 oder 3.000 km weiter östlich erklären

Verweile doch, du bist so schön!

sodele, Donnerstag, 21.11.2019, 18:18 vor 308 Tagen @ valuereiter 1371 Views

in dem sie
zB Hochdruckgebiete davon abhalten im gleichen Tempo wie ehedem
weiterzuziehen.


umgekehrt würden dann auch Tiefdruckgebiete länger verbleiben und
hätten mehr Zeit abzuregenen ;)

Es gibt einen wesentlichen Unterschied zwischen Hoch- und Tiefdruckgebieten.

Weiter oben schreibst du vs. Naclador: "Lerne googeln!"
Nun wohlan. Gesagt, getan.

Unsere norddeutschen Winde, von wo nach wo belieben diese zu fließen?

Wir zitieren:

"Als Hochdruckgebiet, bezeichnet man eine großräumige Luftmasse am Boden, welche durch einen im Vergleich zur Umgebung höheren Luftdruck gekennzeichnet ist."

und:

"In einem (Boden-)Hochdruckgebiet sinken Luftmassen großräumig ab. Dabei erwärmt sich die Luft, so dass keine Kondensation und mithin keine Wolkenbildung stattfinden kann. In Bodennähe strömt die Luft aus dem Hochdruckgebiet in Richtung Tiefdruckgebiete hinaus."

Daraus ergibt sich doch die berechtigte Frage, ob 31.000 Windräder, Tendenz nach politischem Willen stark steigend, diese vom Hoch zum Tief sich wegbewegenden Winde ausreichend stark von ihrem natürlichen Drang zurückhalten können, um das Hoch wie in einer Art Käfig gefangen zu halten?

Wer sich den Vorbeitrag vom 10.10. anschaut, findet dort zahlreiche wissenschaftlich belegte Berichte, die darlegen dass Temperaturen in der Nähe von Windparks ansteigen. Ab wie vielen Windrädern kann man Norddeutschland als EINEN großen Windpark betrachten? - Schon jetzt, oder ab 50.000 oder erst bei 100.000 Anlagen?

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Hochdruckgebiet


Herzliche Grüße

Pipifax

Jacques @, Donnerstag, 21.11.2019, 22:20 vor 308 Tagen @ sodele 1258 Views

Hallo sodele,
Die 30m Windkrafträder sind auf die wetteraktiven Wolkenstockwerke bis auf 7000m nicht mal ein Pipifax - bezogen auf Widerstand im Durchzug. Die Zunahme der BESIEDELUNG Dörfer, Städte etc. der letzten 40 Jahre, dürfte den Reibungswiderstand der durchziehenden Luftmassen um das,Dutzendfache ggü. den Windkrafträdern übersteigen.

Oder anders- im Prinzip ist immer der Mensch und sein Wachstum kausal schuld [[freude]] [[freude]] pipifax
Lg Jacques

--
Wer denkt, kann lenken. Wer nicht denkt, wird gelenkt.

rechnen wir´s mal durch ...

valuereiter @, Sonntag, 24.11.2019, 20:59 vor 305 Tagen @ sodele 730 Views

Wer sich den Vorbeitrag vom 10.10. anschaut, findet dort zahlreiche
wissenschaftlich belegte Berichte, die darlegen dass Temperaturen in der
Nähe von Windparks ansteigen.

siehe z.B.
https://www.deutschlandfunk.de/windparks-als-klimakiller.676.de.html?dram:article_id=29367
eine Erwärmung von 0,72 Grad ... [für] ein spezielles, 10.000 Quadratkilometer großes Gebiet in Texas: Zum Startpunkt der Untersuchung 2003 standen dort gerade einmal 111 Windkraftanlagen, am Ende, 2011, waren es 2358.

Ab wie vielen Windrädern kann man
Norddeutschland als EINEN großen Windpark betrachten? - Schon jetzt, oder
ab 50.000 oder erst bei 100.000 Anlagen?

2,3 WKA je 10 Quadratkilometer ...

Niedersachsen, Schleswig-Holstein, Sachsen-Anhalt, Brandenburg und Meck-Pomm messen zusammen 135.000 Quadratkilometer

--> für einen vergleichbaren Effekt werden also 31.000 WKAs benötigt
(in den genannten 5 Bundesländern)

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