Überblick

Windenergie – eine turbulente Sache?

Die Physik trägt dazu bei, die Effizienz von Windenergieanlagen zu steigern.

  • Joachim Peinke, Detlev Heinemann und Martin Kühn
  • 07 / 2014 Seite: 35

Auch wenn sich Windenergieanlagen aus der Ferne betrachtet eher behäbig drehen, sind sie doch enor­men Lastwechseln ausgesetzt – vergleichbar mit denen an einem Flugzeug, das sich in einem fiktiven jahre­langen Landeanflug bei starkem Wind befindet. Die Ursache hierfür sind Turbulenzen, die sich innerhalb von Sekunden auf die ganze Anlage auswirken und sich auch in der Leistungsabgabe bemerkbar machen. Bei der Entwicklung heutiger Anlagen wird dies nur sehr unzureichend berücksichtigt, für die Zukunft besteht aber ein enormes Innovationspotenzial darin, die Anlagen besser an die turbulente Strömungssituation anzupassen.

Unsere heutige Lebensform basiert auf einem hohen Energiekonsum, den eine weltweit vernetzte Energiewirtschaft sicherstellt und der globale Auswirkungen hat. Die elektrische Energie ist dabei eine der thermodynamisch hochwertigsten Energie­formen, die sich mit nur geringen Verlusten in andere Formen umwandeln und obendrein hervorragend transportieren lässt. Obwohl eine Speicherung bisher noch schlecht möglich ist, gehen nahezu alle Szenarien davon aus, dass der Anteil der elektrischen Energie am Energiekonsum weiter deutlich zunehmen wird.

Die aktuelle Diskussion um die Energieversorgung wird getrieben von der Endlichkeit der Ressourcen, ihren Umweltauswirkungen und ihrer Wirtschaftlichkeit. Die erneuerbaren Energien spielen dabei wegen der Ressourceneffizienz und den erheblich geringeren Umweltauswirkungen eine zentrale Rolle. Welche Zukunftsperspektiven hat speziell die Windenergie, und wie wirtschaftlich ist sie? Bevor wir uns diesen Fragen zuwenden, soll zunächst die Physik der Windenergie im Fokus dieses Artikels stehen.

Im physikalischen Sinn bezeichnet Windenergie die in bewegter Luft enthaltene und mit dem Wind transportierte Ener­gie. Für ihre Leistungsdichte, also die pro Zeiteinheit durch eine Fläche A transportierte Ener­gie, gilt PWind /A = 1/2 ρ u3 mit der Luftdichte ρ von ca. 1,2 kg/m3 und der Windgeschwindigkeit u. Eine Windgeschwindigkeit von 12 m/s (Windstärke 6) in Bodennähe entspricht demnach einer Windleistung von ca. 1 kW/m2. Zum Vergleich: An sonnigen Tagen beträgt die einfallende Leistungsdichte der Solar­energie am Erdboden ebenfalls ca. 1 kW/m2.

Share |
thumbnail image: Windenergie – eine turbulente Sache?

Aktuelles Heft

Inhaltsverzeichnis
12 / 2017

thumbnail image: PJ 12 2017


Physik der Seifenblasen

Zilien und Geißeln

Nobelpreise

Arbeitsmarkt

Zugang Physik Journal

Nur DPG-Mitglieder haben vollen Zugriff auf alle Hefte und Online-Inhalte des Physik Journal und müssen sich dafür mit ihrer Mitgliedsnummer registrieren » 

Erst wenn die Artikel des Physik Journal älter als drei Jahre sind, stehen sie kostenlos und frei zugänglich zur Verfügung

Als DPG-Mitglied erhalten Sie den Physik Journal Newsletter, wenn Sie sich dafür bei der DPG registrieren »

Mediadaten

Die Mediadaten für Werbe­mög­lich­kei­ten im Phy­sik Jour­nal finden Sie als PDFs hier:
2017 deutsch / eng­lisch
2018 deutsch / englisch

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer