Die Klimawirkung von Windkraftanlagen - was sagt die Physik dazu? PDF Drucken E-Mail
12.11.2010
Leserbeitrag von Wilfried Heck

 

Jede Windkraftanlage hält mit der gleichen Leistung, mit der sie elektrischen Strom erzeugt, den Wind auf. Das ist grundsätzlich als Eingriff in das lokale Klima zu bewerten. Je mehr Windkraftanlagen, desto wirksamer. Wie ist dieser Eingriff zu bewerten?

 

Offensichtlich ist, daß sich mit der Verminderung der Windgeschwindigkeit der Luftaustausch reduziert. In Städten und Ballungsgebieten mit ihren Bauwerken - sie repräsentieren eine sehr hohe Rauhigkeit der Erdoberfläche - ist das ein bekanntes und in der Planung zu berücksichtigendes Problem. Besonders im Zusammenhang mit der Feinstaubdiskussion. Diese Erkenntnis hat sich in der Planungsdiskussion bisher nicht auf das (noch) freie Land ausgeweitet.

Ein Windpark oder auch eine Kette aus Windenergieanlagen entlang landschaftlicher Höhenzüge haben ein enorm hohes Rauhigkeitspotential für den Wind. Folge: Der Wind hinter diesen Anlagen ist deutlich geschwächt. Welche unmittelbare Folgen sind daraus abzuleiten - insbesondere im Hinblick auf den sog. Klimaschutz? 

 

Die riesigen Rotoren verursachen einen Windschatten. Bezüglich der Temperatur ist es in der Strömungsrichtung des Windes gesehen vor dem Rotor stets kälter als hinter dem Rotor. Das gilt ja auch für Gebäude oder für Höhenzüge, welche quer zur Hauptwindrichtung stehen. Wenn jemand wärmenden Schutz vor einem kalten Wind sucht, stellt er sich hinter das Gebäude und nicht davor - da ist es eben wärmer. Im Windschatten eines Berges entwickelt sich z.B. auch eine mehr wärmeliebende und trockenresistente Flora als auf der windzugewandten Seite. Für Naturkenner ist das kein Thema. Doch in der öffentlichen Klimadiskussion wird es übergangen. 

 

Einer bestimmten Menge Luft, welche die Ebene eines Windrotors passiert, wird Energie entzogen. Da die Luftmenge vor dem Windrad eine höhere Geschwindigkeit als dahinter hat, erhöht sich - bei unveränderter Menge - hinter dem Windrad ihr Volumen. Die Luft dehnt sich aus. Beispielhaft möge die Abbildung auf der Webseite von Windpower.org die Vorstellung unterstützen.

 

Eine weitere Grafik auf dieser Seite zeigt auch, daß der Fließdruck der Luft - abgesehen von der Rotorebene - gleichbleibt. Die Erläuterungen auf der dänischen Webseite belassen es jedoch bei den physikalischen Größen Druck p und Volumen V und ignorieren die dritte Komponente Temperatur T des allgemeines Gasgesetzes: p · V / T = konstant. Ergo: Um stets die Gleichung zu erfüllen, muß sich hinter dem Windrad bei gleichbleibendem Druck und größer werdendem Volumen die Temperatur erhöhen. Das tut sie zwangsläufig auch, wird aber meßtechnisch und gutachterlich übergangen.

 

Prinzipiell läßt sich schlußfolgern: Windkraftanlagen erzeugen elektrischen Strom, reduzieren (aber meßtechnisch auch nicht nachgewiesen) das 'Klimagas' CO2 und produzieren in ihrem Windschatten warme Luft. Der per CO2-Einsparung einer einzigen Windkraftanlage erzeugte 'Klimaschutz' ist infinitesimal klein, das wird niemand abstreiten. Die mittels einer Windkraftanlage produzierte Warmluftmenge ist aus globaler Sicht ebenfalls infinitesimal gering. Nun stehen sich immerhin zwei gegenläufige Infinitesimalwerte gegenüber: Temperaturerhöhung per Behinderung des Windes und die angebliche Temperaurstabilisierung per CO2-Einsparung. Damit eröffnet sich die Sinnfrage, welcher dieser beiden gegenläufigen Infinitesimalwerte in Bezug auf den 'Klimaschutz' nun die größere Wirkung ausübt - die Warmluftproduktion oder die CO2-Einsparung einer Windkraftanlage? Oder ist es in Sachen 'Klimaschutz' gar ein physikalisches Nullsummenspiel?

 

Wilfried Heck, Dipl.-Ing. Elektrotechnik, wilfriedheck.de

 

Leserbeiträge geben die Meinung des jeweiligen Autors wieder. Ökowatch ist es nicht in jedem Falle möglich, die getätigten Aussagen zu prüfen.

 

Kommentare  

 
# Heinz Donhauser 2010-11-18 09:31
Die Sache dürfte sich etwas anders verhalten: die Temperatur der Luft muss hinter dem Windrad NIEDREGER, nicht höher, sein.

Erklärung:
In Windrichtung muss der Luftdruck stets leicht fallen, es gibt keinen Wind in Richtung steigenden Drucks. Zudem kann das Luftvolumen als "Ausgleich" auch nicht zunehmen, ansonsten müsste der Wind in Windrichtung zunehmen, weil ja mehr Volumen "fließen" müsste.

Ergo: hinter dem Windrad (=in Windrichtung) ist der Luftdruck p minimal niedriger, andernfalls würde die Luft nicht weiter in diese Richtung "fließen". Nimmt der Luftdruck ab, träte aber eine Volumen-Vergrößerung mit pv/T=konstant ein, würde unveränderte Temperatur angenommen, was aber zu einer höheren Luftgeschwindigkeit führen würde, weil das Gas ja dann ein größeres Volumen beanspruchen würde. Dass dem aber nicht sein kann, weil dann mehr fließen müsste und die Windgeschwindigkeit (und damit p) zunehmen müsste, was bedeuten würde das kinetische Energie von der Luft aufgenommen worden wäre, kann aber nicht sein, denn es wurde statt dessen an das Windrad kinetische Energie abgegeben. Die Luft muss also nach dem Windrad (minimal) langsamer strömen, was bedeuten würde, dass das Volumen abnehmen müsste, was ebenfalls zutreffen muss, wenn die Windgeschwindigkeit in Richtung des Windes abnehmen soll.
Damit: p fällt und V fällt => pV fällt => T fällt, weil pV/T=konstant.
Die Luft hat also Energie in Form fallender Temperatur verloren.

Einfacher bei Betrachtung der Energie:
Der Wind (die vorbei/durchströmende Luft) verliert Energie an das Windrad, welches die Bewegungsenergie von der vorbeiströmenden Luft (=Wind) erhält. Damit müssen sowohl pV als auch T der Luft fallen, wenn pV/T weiter konstant bleiben sollen => T hinter dem Windrad ist somit zwangsläufig niedriger. q.e.d.

Viele Grüße
Heinz Donhauser
Ingenieur der Verfahrenstechnik
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# wilfriedheck.de 2010-11-18 22:13
Guten Abend Herr Donhauser.
Die Betrachtung bezieht sich auf die Rotorebene. Der Rotor entzieht dem Wind kinetische Energie. Das führt dazu, dass in Strömungsrichtung der Wind hinter dem Rotor eine geringere Geschwindigkeit als davor hat. Daher stammt auch der Begriff 'Windschatten'. Es gäbe ihn nicht, wenn dies nicht so wäre.
Eine gleichbleibende Luftmenge verlangt bei geringerer Strömungsgeschwindigkeit und einem gleich bleibendem Druck ein entsprechend höheres Volumen. Wenn der Zähler des Bruches größer wird, dann muss der Nenner im gleichen Maß ansteigen. In meinem Beitrag ist dies die Temperatur.
Freundlichen Gruß von
wilfriedheck.de
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# Heinz Donhauser 2010-11-18 09:31
Was ich nicht erwähnt hatte:

Bei Energieverlust sollte immer zu erst an Temperatur-Verlust gedacht werden, es ist nicht der Regelfall, dass bei Energieverlust eine Temperatur-Erhöhung stattfindet (auch bei Umwandlungs-/Verbrennungsprozesse findet Energieverlust über Wärmeströme und thermische Abstrahlung statt).
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# wilfriedheck.de 2010-11-18 22:32
Guten Abend Herr Donhauser.
Bei Energiewandlungsprozessen gibt es auch Temperaturerhöhungen - zum Beispiel durch Reibung.

Die Bedingung zu dem allgemeines Gasgesetzes: p · V / T = konstant habe ich weiter oben bereits erläutert.

Bei einem Verbrennungsprozess innerhalb eines gleichbleibendem Volumens erhöht sich der Druck und damit auch die Temperatur. Beispiel: Zylindervolumen eines Dieselmotors etc.
Freundlichen Gruß von
wilfriedheck.de
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