Energiegewinnung:

Windenergie - Angebot und Ausbeute

1. Berechnung der Windgeschwindigkeit

Für alle Stellen, an denen sich das Schiff im Laufe des Jahres befindet, müssen bestimmte Windverhältnisse angenommen werden. Wir haben uns dabei an fünf Windzonen orientiert, die im Europäischen Windatlas ausgewiesen sind. Für jede Zone ist im Windatlas eine durchschnittliche Wind- Geschwindigkeit (m/sec) in 50 m Höhe über Grund bzw. Wasser angegeben. Daraus

müssen nun die für das Windrad auf dem Schiff maßgeblichen Windgeschwindigkeiten abgeleitet werden. Das geschieht in 2 Stufen:

1.1. Makrostrukturen der Landschaft.
Im Europäischen Windatlas gibt es dafür 5 Klassifikationen (siehe Tabelle links: "geschütztes Terrain" bis "Hügel & Bergkämme") Für unsere Zwecke haben wir daraus 3 Klassen ausgewählt: Die 1. Klasse ("geschütztes Terrain") haben wir für die "windgeschützten Häfen" verwendet. Die "windoffenen Häfen" haben wir der 3. Kategorie ("Meeresküste") zugeordnet. Für die Reise brauchen wir dann noch die Kategorie "offenes Meer". Für jede dieser Kategorien können die Windgeschwindigkeiten in 50 m Höhe aus der Tabelle abgelesen werden.

1.2. Mikrostrukturen der Landschaft
Diese Windgeschwindigkeiten müssen dann auf die Nabenhöhe des Windrades (in unserem Fall des Twisters: Mittelpunkt der vom Wind durchströmtem Fläche) auf dem Schiff umgerechnet werden. Die "Nabenhöhe" beträgt 9,48 m über Wasser. Die Windgeschwindigkeit nimmt generell mit der Höhe über

Terrain bzw. Wasser ab, jedoch in unterschiedlichem Maße - je nach der "Rauigkeit" des Geländes, also dessen Mikrostruktur. Für entsprechende Berechnungen wurden verschiedene Formeln vorgeschlagen ( wir orientieren uns an Horst Crome: Windenergie - Praxis, Staufen 1989, S. 44ff): v₂ = v₁ _* (h₂ / h₁)^a . Darin ist v₁ die Windgeschwindigkeit (m/sec) in 50 m Höhe, v₂ die Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe, h₁ = 50 m, h₂ ist die Nabenhöhe und a der sog. "Rauigkeits-Koeffizient". Diesen haben wir festgelegt mit 0,12 für das offene Meer, 0,15 für Liegeplätze an der offenen Küste und 0,24 für die Häfen - egal, ob "windgeschützt" oder "windoffen", denn hier geht es um die Bebauung und den Bewuchs (Büsche, Bäume) rund um das Hafengelände, und die ist bei diesen beiden Hafentypen als gleichartig anzunehmen.

2. Berechnung der abgegebenen Windradleistung

Aufgrund der verschiedenen Szenarien kann jetzt für jeden Tag des Jahres die Geschwindigkeit ermittelt werden, mit der der Wind auf den Twister auftrifft. Mit Hilfe der Formel p_eff = η_* 0,61_* A_* v³[Watt] kann daraus die Leistung des Windrades p_effberechnet werden. In der Formel steht η für den Gesamt-Wirkungsgrad des Windgenerators - hier 0,29, siehe Kapitel "Windrad", A ist dessen vom Wind durchströmte Fläche in m² und v ist die Windgeschwindigkeit in m/sec. Beispielsweise erhält man für eine "frische

Brise" von 9 m/sec (5 Beaufort) eine Leistung von p_eff = 0,29 _* 0,61 _* 110_* 9³=
14 186 Watt = 14,186 kW. In einer Stunde erzeugt das Windrad also ca. 14 kWh, in einem Tag 340 kWh, in einem Jahr 124 266 kWh oder 124 MWh (Megawattstunden) - wenn die ganze Zeit über die oben genannte "frische Brise" anhalten würde. Unter den beschriebenen Szenarien produziert das Windrad die folgenden Energiemengen:

Diese Energie muss - sofern sie nicht direkt verbraucht wird - gespeichert werden. Lesen Sie dazu im Kapitel "Energiespeicher", wie die elektrische Energie in eine speicherförmige Form - nämlich Wasserstoff - umgewandelt, gespeichert und bei Bedarf mit Hilfe von Brennstoffzellen wieder in eine nutzbare Form - Elektrizität - zurückverwandelt wird.
Die dabei auftretenden Wandlungs- und Speicherverluste können zumindest zeitweise vermieden werden, wenn die Windrotoren-Flügel wahlweise auch als Segel verwendent werden können. Wie das möglich ist, wird auf der Seite "Rotorflügel als Segel" gezeigt.

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