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Supergrid for Renewables

Beschreibung der Daten zu und Funktionsweise von Fallwindkraftwerken

    • Meteorologische Daten und ihre Bedeutung für die Stromproduktion mit Fallwindkraftwerken Leistungsberechnung Leistungbegrenzung von Fallwindkraftwerken Komprimierung der Daten Koordinaten
    • Land-See-Maske

Meteorologische Daten und ihre Bedeutung für die Stromproduktion mit Fallwindkraftwerken:
    Die meteorologischen Daten zur Berechnung der potentiellen weltweiten Stromproduktion mit Fallwindkraftwerken stammen aus dem Reanalyseprojekt ERA15 des ECMWF. Die wichtigsten meteorologischen Größen für die Leistung der Fallwindkraftwerke sind die Lufttemperatur und Luftfeuchte im Bereich des Turmkopfes. Sie bestimmen die Fähigkeit der Wasserverdunstung und dadurch die erreichbare Dichtedifferenz zwischen der feuchten Luftsäule im Inneren des Turmes ("Kamins") und der Umgebungsluft. Damit sind sie entscheidend für die Potentialdifferenz, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

    Einen Einblick in die Funktionsweise des Fallwindkraftwerks bietet der Konferenzbeitrag "SOLAR ENERGY WITHOUT A COLLECTOR" von Prof. Dan Zaslavsky (Technion, Haifa, Israel) der zur "3rd Sabin Conference, November 1996" herausgegeben wurde.

    Die Windgeschwindigkeit kann, abhängig von der Formgebung des Turmkopfes und solange sie nicht allzu groß wird, positiv zum Output des Kraftwerks beitragen. Höhere Werte führen zu einem Sog nach oben, der sich leistungsmindernd auswirkt. Das Auftreten sehr hoher Windgeschwindigkeiten muß bei der baulichen Ausführung des Kraftwerks berücksichtigt werden und erhöht die Baukosten.


Leistungsberechnung:
    Für die Berechnung der möglichen weltweiten Stromerzeugung aus Fallwindkraftwerken wurde ein numerisches Modell von Vadim Mezhibovski (Technion, Haifa, Israel) genutzt. Die Daten sind für Fallwindkraftwerke mit 1200 Metern Höhe und 400 Metern Durchmesser unter Berücksichtigung von Pumpverlusten zur Überwindung der Höhendifferenz und Entfernug zur nächstgelegenen großen Wasserressource (meist Meer) gerechnet. Dabei wurde angenommen, daß die Leistung der Pumpen für die Wasserversorgung auch für die höchste am Standort vorkommende Kraftwerksleistung ausgelegt ist. Dies entspricht einem Fallwindkraftwerk, das außer durch seine bauliche Ausführung wie Größe und Form keinen weiteren technischen Leistungsbegrenzungen unterliegt.


Leistungsbegrenzung von Fallwindkraftwerken:
    Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist allerdings im Falle einer Verwirklichung des Kraftwerkskonzepts mit einer Leistungsbegrenzung zu rechnen. Beispielsweise würde eine Begrenzung auf 600 MW bei einem Fallwindkraftwerk in der Nähe von Abu Dhabi einen Verlust von nur ca. 11% der Jahreserzeugung bedeuten, obwohl die Maximalleistung an diesem Standort ohne technische Restriktionen etwa 900 MW erreichen könnte. Die Kostenersparnis gegenüber der Variante, die für die Maximalleistung ausgelegt ist, ist dabei deutlich größer als der Energieverlust. Die Kosten für das 600 MW Kraftwerk können mit ca. 3800 DM/kW angesetzt werden1. Die Kraftwerksauslastung würde an diesem Standort über 65% liegen.


Komprimierung der Daten:
    Die Daten sind mit "gzip" komprimiert und können mit "gunzip" sowie mit "WinZip" dekomprimiert werden.


Koordinaten:
    Entsprechend den meteorologischen Eingangsdaten sind auch die Daten der berechneten Stromerzeugung auf einem T106-Gitter angeordnet. Die Daten sind in 51200 Zeilen angeordnet, wobei der erste Punkt am nördlichsten Breitengrad auf dem nullten Längengrad liegt und von 319 weiteren Daten für diesen Breitengrad gefolgt wird. Darauf folgt der nächste Breitengrad .... Die Abfolge der Breitengrade ist unregelmäßig und kann der Datei "t106_grd_Breitengrade" entnommen werden (N>0, S<0). Die Längengrade sind in äquidistanten 1,125 Grad-Schritten angeordnet. Ihre Abfolge der kann der Datei "t106_grdx_Laengengrade" entnommen werden (O>0, W<0).


Land-See-Maske:
    Zur leichtern Orientierung und zur grafischen Darstellung kann die Landseemaske in der Datei "lsm_t106" dienen. Reine Landgebiete sind mit dem Wert 1 belegt, Standorte in Meeren und einigen sehr großen Binnengewässern haben den Wert 0 und Küstengebieten sind Werte zwischen 0 und 1 zugeordnet. Letztere geben den Landanteil der Gebiete wieder. Die Datenanordnung und Komprimierung ist äquivalent zu der in den anderen Datenfiles.


1 Die Kosten sind aus Angaben von Rami Guetta (Technion, Haifa, Israel) abgeleitet.

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Verantwortlich: G. Czisch; Gestaltung: C. Budig, G. Czisch, W. Flemming