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Wind Variabilität

Windgeschwindigkeiten variieren ständig ...

Eine der wichtigsten Eigenschaften von WindErzeugung ist die Variabilität des Windes. Die Windgeschwindigkeiten variieren je nach Tageszeit, Jahreszeit, Höhe über dem Boden und Lage auf der Erdoberfläche. Dies macht Windgeneratoren zu so genannten Energieerzeugern und nicht zu Stromerzeugern.

Das heißt, die Energie lässt sich leichter einschätzenProduktion für den nächsten Monat oder das nächste Jahr, als die Leistung zu schätzen ist, die am nächsten Dienstag um 16.00 Uhr produziert wird. Windenergie ist nicht wie eine Gasturbine abrufbar. Es kann geplant werden, dass eine Gasturbine zu einem bestimmten Zeitpunkt eingeschaltet wird und zu einem späteren Zeitpunkt ausgeschaltet wird, wobei die volle Stromerzeugung dazwischen liegt. Eine Windkraftanlage produziert nur, wenn der Wind verfügbar ist.

An einem guten Standort ist die Ausgangsleistung für etwa 10% der Zeit null (oder sehr klein), möglicherweise für weitere 10% der Zeit und bei einem Zwischenwert für die restlichen 80% der Zeit.

Diese Variabilität bedeutet eine Art Lagerungist notwendig, damit ein Versorger die Anforderungen seiner Kunden erfüllen kann, wenn Windkraftanlagen einen Teil der Energie liefern. Dies ist kein Problem für Durchbrüche von Windenergieanlagen, die weniger als einige Prozent der Spitzennachfrage der Versorgungsunternehmen ausmachen. In kleinen Konzentrationen wirken Windkraftanlagen als negative Last. Das heißt, eine Erhöhung der Windgeschwindigkeit unterscheidet sich in ihrer Wirkung nicht von einem Kunden, der die Last abschaltet. Die Steuersysteme der anderen Erzeugergeneration spüren, dass die Erzeugung größer ist als die Last, und verringern die Kraftstoffzufuhr, um die Erzeugung mit der Last ins Gleichgewicht zu bringen. In diesem Fall erfolgt die Lagerung in Form von Kohle im Halde oder Erdgas im Brunnen.

hydroelektrischer See
Eine ausgezeichnete Form der Lagerung ist Wasser in einemhydroelektrischer See. Die meisten Wasserkraftwerke sind so groß, dass sie nicht in Vollzeit mit Spitzenleistung arbeiten können. Sie müssen daher wegen des Wassermangels einen Teil der Zeit einschränken.

Eine kombinierte Wasserkraft- und Windkraftanlage kann sparenWasser, wenn der Wind weht, und verwenden Sie das Wasser später, wenn der Wind nicht weht. Wenn Hochtemperatur-Supraleiter etwas weniger teuer werden, ist die Energiespeicherung in einem Magnetfeld eine aufregende Möglichkeit. Jede Windkraftanlage kann über einen eigenen supraleitenden Spulenspeicher verfügen.

Damit wandelt der Windgenerator sofort umein Energieproduzent für einen Spitzenstromproduzenten, vollständig abrufbar. Die verfügbare Spitzenleistung ist immer mehr wert als die Kraftstoffkostenersparnis eines Energieerzeugers. Versorger mit ausreichender Grundlasterzeugung (bei niedrigen Kraftstoffkosten) würden sich mehr für Windkraft interessieren, wenn es sich um einen sendbaren Spitzenstromgenerator handeln würde.

Die Windgeschwindigkeit variiert mit der Tageszeitden Tageszyklus genannt. In der Nähe der Erdoberfläche sind die Winde normalerweise tagsüber stärker und nehmen nachts ab. Dies ist auf die solare Erwärmung zurückzuführen, durch die „warme Luftblasen“ aufsteigen. Die aufsteigende Luft wird durch kühlere Luft von oben ersetzt. Diese thermische Durchmischung bewirkt, dass die Windgeschwindigkeiten für die ersten hundert Meter über der Erde nur geringfügig mit der Höhe zunehmen. In der Nacht hört das Mischen jedoch auf, die Luft in der Nähe der Erde wird langsamer und die Winde über einer Höhe (normalerweise 30 bis 100 m) nehmen tatsächlich über den Tageswert zu. Eine Turbine an einem kurzen Turm erzeugt während der Tagesstunden einen größeren Anteil ihrer Energie, während eine Turbine an einem sehr hohen Turm nachts einen größeren Anteil erzeugt.

Wenn die Turmhöhe erhöht wird, produziert ein bestimmter Generator wesentlich mehr Energie.

Die meiste zusätzliche Energie wird jedoch seinNachts produziert, wenn es nicht viel wert ist. Die Standardhöhen haben in den letzten Jahren zugenommen, von 50 auf 65 m oder sogar mehr. Ein größerer Turm versetzt die Schaufeln in weniger turbulente Luft, ein entscheidender Vorteil.

Die Nachteile sind zusätzliche Kosten und mehr Gefahrbei starkem Wind umstürzen. Vor dem Kauf eines Turms, der wesentlich höher ist als alles, was als Standardhöhe für eine bestimmte Turbine verkauft wird, sollte die Wirtschaftlichkeit sehr sorgfältig betrachtet werden.

Die Windgeschwindigkeiten variieren ebenfalls stark mit der Jahreszeit. In den südlichen Great Plains (Kansas, Oklahoma und Texas) sind die Winde im Frühling (März und April) am stärksten und im Sommer (Juli und August) am schwächsten. Die Versorger haben im Sommer ihren Höhepunkt und benötigen daher die meiste Leistung, wenn der Wind am niedrigsten ist, und die geringste Leistung, wenn der Wind am stärksten ist. Die tageszeitliche Variation der Windenergie ist daher eine ziemlich gute Anpassung an die Versorgungsbedürfnisse, die jährliche Variation dagegen nicht.

TABELLE 1
Durchschnittliche monatliche Windgeschwindigkeit in MPH und geplante Energieproduktion bei 65 m an einem guten Standort in Südkansas

10 m 60 m Energie 10 m 60 m Energie
Monat Geschwindigkeit Geschwindigkeit (MWh) Monat Geschwindigkeit Geschwindigkeit (MWh)
1/96 14.9 20.3 256 1/97 15.8 21.2 269
2/96 16.2 22.4 290 2/97 14.7 19.0 207
3/96 17.6 22.3 281 3/97 17.4 22.8 291
4/96 19.8 25.2 322 4/97 15.9 20.4 242
5/96 18.4 23.1 297 5/97 15.2 19.8 236
6/96 13.5 18.2 203 6/97 11.9 16.3 167
7/96 12.5 16.5 169 7/97 13.3 18.5 212
8/96 11.6 16.0 156 8/97 11.7 16.9 176
9/96 12.4 17.2 182 9/97 13.6 19.0 211
10/96 17.1 23.3 320 10/97 15.0 21.1 265
11/96 15.3 20.0 235 11/97 14.3 19.7 239
12/96 15.1 20.1 247 12/97 13.6 19.5 235

Die Variabilität des Windes mit dem Monat des Jahres undDie Höhe über dem Boden ist in Tabelle 1 dargestellt. Dies sind die aktuellen Windgeschwindigkeitsdaten für einen guten Standort in Kansas und die geplante Stromerzeugung einer Vestas-Turbine (V47-660) an diesem Standort. Anemometer befanden sich in 10, 40 und 60 m Höhe. Windgeschwindigkeiten von 40 und 60 m wurden verwendet, um die Windgeschwindigkeit auf 65 m (die nominelle Turmhöhe des V47-660) zu schätzen und die erwartete Energieproduktion dieser Turbine in dieser Höhe zu berechnen. Die Daten wurden für einen Monat von 30 Tagen normalisiert. Zwischen einem schlechten Monat und einem hervorragenden Monat kann ein Faktor von zwei liegen (156 MWh in 8/96 bis 322 MWh in 4/96).

Es wird von Jahr zu Jahr weniger Abweichungen geben, vielleicht 10 bis 20%.

Ein Windkraftanlagenentwickler hätte gernemöglichst langer Datensatz mit einem absoluten Minimum von einem Jahr. Wenn die Daten für ein Jahr zufällig das beste Jahr des Jahrzehnts sind, gefolgt von mehreren unterdurchschnittlichen Jahren, könnte ein Entwickler leicht in finanzielle Schwierigkeiten geraten. Das Risiko wird geringer, wenn der Datensatz mindestens zwei Jahre lang ist.

Man könnte meinen, langfristige Flughafendaten könnten dasverwendet werden, um vorherzusagen, ob ein bestimmter Datensatz für einen bestimmten Teil des Landes in einer Zeit mit hohem oder niedrigem Wind erfasst wurde, dies ist jedoch nicht immer der Fall. Eine Studie zeigte, dass die Korrelation zwischen den durchschnittlichen jährlichen Windgeschwindigkeiten in Russell, Kansas, und Dodge City, Kansas, 0,596 betrug, während die Korrelation zwischen Russell und Wichita 0,115 betrug.

Das Gelände um Russell ist sehr ähnlichEs gibt keinen offensichtlichen Grund, warum die Windgeschwindigkeiten an einem Standort hoch und an einem anderen niedrig sein sollten, und dann im nächsten Jahr die Rollen tauschen.

Es bestehen auch Bedenken hinsichtlich langfristiger Variationenbei Windgeschwindigkeiten. Es scheint, dass die globalen Temperaturen in den letzten zehn Jahren zugenommen haben, was sich wahrscheinlich auf die Windgeschwindigkeit auswirken würde. Es scheint auch, dass die Windgeschwindigkeiten etwas niedriger waren, da die Temperaturen zumindest in Kansas gestiegen sind. Es scheint, dass Windgeschwindigkeiten über relativ kurze Entfernungen erheblich variieren können. Ein guter Datensatz an einem Standort kann den Wind an einem Standort, der nur wenige Kilometer entfernt ist, um bis zu 10 bis 20% unter- oder überschätzen. Die auf einem 7-Meter-Turm in einem flachen Flusstal gesammelten Flughafendaten können die tatsächlichen umgebenden Hügelwinde um den Faktor zwei unterschätzen.

Wenn die Wirtschaftlichkeit kritisch ist, eine WindkraftanlageDer Entwickler muss mindestens ein oder zwei Jahre lang Rechte an einem Standort erwerben und Windgeschwindigkeitsdaten sammeln, bevor er sich zum eigentlichen Bau von Turbinen verpflichtet.

QUELLE: Stromerzeugung: Nicht konventionelle Methoden von Saifur Rahman
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