Kommt „Spitzenwind“?

Nein, The Register hat die Geschichte falsch dargestellt.

Diese Frage besteht aus mehreren Teilen. Die Zusammenfassung lautet:

1. "Spitzenwind" ist ein Mythos : Es gibt nichts Vergleichbares im Windbereich, wie die Kohlenwasserstoffvorräte an einen solchen Erschöpfungspunkt gelangen, dass die jährliche Produktion danach unaufhaltsam zurückgeht.

2. Die Modellierungsmethode Smackdown – Haben frühere Schätzungen die globalen Onshore-Windressourcen überschätzt? Dies ist derzeit nicht zu beantworten. Es gibt zwei widersprüchliche Modellierungsmethoden - die aggregierte Mikroskala; und die Mesoskala. Die mesoskalige Modellierung in diesem neuen Papier von Adams & Keith (und in den anderen verwandten Papieren von Lee & Keith und dem Papier von Lee & Kleidon in Davephds Antwort) kann noch nicht validiert werden, da es unzureichende Informationen über die Leistung von Windparks gibt größer als 100 km ² in der Fläche - wir haben sie noch nicht gebaut. Bis wir reale Daten von sehr großen Windparks haben, können wir nicht sagen, welche Modellierungsmethode genauer ist.

3. Spielt es eine Rolle? Nein, tut es nicht. Es gibt eine breite Palette unterschiedlicher Schätzungen der globalen Onshore-Windressourcen, die mit unterschiedlichen Modellierungsmethoden abgeleitet werden. Sie alle sind sich einig, dass der globale Onshore-Windenergiebedarf den globalen Strombedarf um ein Vielfaches übersteigt. Und in Ermangelung einer Validierung der mesoskaligen Modellierung wird sie nicht für die Windparkplanung verwendet, die weiterhin die mikroskalige Modellierung verwenden wird.

"Spitzenwind" ist ein Mythos

Den Original-Zeitschriftenartikel finden Sie hier . Das Konzept von Peak Oil, zu dem Peak Wind analog gehalten wird, ist die einfache Vorstellung, dass bei der Erschöpfung einer endlichen, nicht erneuerbaren Ressource eine Zeit kommt, in der die Förderrate ein Maximum erreicht und danach von Jahr zu Jahr abnimmt.

Das Papier von Adams & Keith, über das The Register zu berichten behauptet, erhebt keinen solchen Anspruch auf Wind: Es gibt keinen Anspruch in dem Papier, dass es eine Windressource gibt, die erschöpft sein wird . Das liegt daran, dass der Wind durch die einfallende Sonnenstrahlung ständig erneuert wird.

Ein typischer Peak-Oil-Peak erschöpft sich dann. Während die globale Winderzeugung mit zunehmender globaler Kapazität weiter zunimmt.

Asymptotische Windproduktion

Das fragliche Papier modelliert die Leistungsabgabe pro Flächeneinheit und prognostiziert, dass sie sich bei etwa 1,2 W/m ² einpendeln wird . Das bedeutet, dass mit zunehmender installierter Windleistung die Windleistung weiterhin eine ansteigende Kurve wäre und keine Spitze und keine Abwärtskurve zeigen würde.

Stattdessen behauptet das Papier, dass die Rendite abnimmt: Das heißt, dass der Bau von mehr Wind auch weiterhin mehr Strom liefern wird, aber mit abnehmender Rate. Das ist schon lange bekannt. Der Unterschied besteht darin, dass Adams & Keith behaupten, dass dies schneller geschehen wird als zuvor modelliert, und dass die globale potenzielle Onshore-Windressource nur ein paar Mal so hoch ist wie der globale Strombedarf und nicht ein Vielfaches davon.

Ihre spezifische überprüfbare Behauptung lautet:

Die Windenergieproduktion ist auf etwa 1 W/m ² bei Windparks größer als etwa 100 km ^{2 begrenzt}

Bisher haben wir nur sehr wenige Windparks, die größer sind, daher bleibt dies eine theoretische Übung. Es gibt Pläne, in den nächsten 10 Jahren wesentlich größere Windparks zu bauen, also werden wir es früh genug herausfinden.

Die Modellierungsmethodik smackdown

Dieses Papier ist Teil einer seit langem andauernden Diskussion in der Literatur über die geeignetste Methode zur Modellierung der Nachlaufeffekte großer Onshore-Windparks. Der Unterschied läuft darauf hinaus, ob man vom Nachlauf einer einzelnen Turbine aufwärts modelliert (die Jacobson -Methode der Aggregation von der Mikroskala) oder ob man verwendet

eine Parametrisierung der atmosphärischen Effekte von Windkraftanlagen

wie es Adams und Keith in der fraglichen Zeitung tun (und wie es Keith & Lee und Lee und Kleidon tun). Dies ist bis zu einem gewissen Grad eine Glaubensfrage, ob die Parametrisierung durch Wegwerfen des Details der einzelnen Turbine die Nützlichkeit des Modells erhöht oder beeinträchtigt. Es ist eine Glaubensfrage, denn noch haben wir nicht genug Daten von Windparks über 100 Quadratkilometern, um die Meso-Modelle zu validieren.

Es ist eine interessante Diskussion über die Grundlagen der atmosphärischen Modellierung, nicht zuletzt, weil Mark Z. Jacobson der Mann ist, der buchstäblich das Buch darüber geschrieben hat . Seine Arbeiten zu diesem Thema sind hier aufgelistet .

Spielt es eine Rolle für die (inter-)nationale Politik?

Es ergeben sich keine Implikationen für die (inter-)nationale Politik. Frühere Schätzungen gehen von einer globalen Windressource aus, die mindestens eine Größenordnung größer ist als der globale Strombedarf, sodass eine Viertelung dieser Ressource (wie Adams & Keith vorhersagen) immer noch dazu führt, dass die potenzielle globale Onshore-Windenergie den globalen Strombedarf übersteigt. Das heißt. es gibt noch keine sinnvolle Begrenzung der Onshore-Windressourcen. Und das ignoriert das enorme Potenzial der Offshore-Windkraft.

Spielt es eine Rolle für die Auslegung von Windparks?

Ab sofort nein, das tut es nicht: Einzelne Windparks werden immer noch mit Nachlaufmodellierung auf der Ebene einzelner Turbinen entworfen, anstatt sich nur auf die mesoskalige Modellierung von Adams & Keith zu verlassen. Wenn eine Zeit kommt, in der empirische Beweise ihre parametrisierte mesoskalige Modellierung stützen, kann dies verwendet werden, da sie rechnerisch einfacher und schneller ist und weniger Eingaben erfordert. In den kommenden zehn Jahren werden Onshore-Windparks mit einer Größe von mehr als 100 km ² gebaut, also wird die oben erwähnte überprüfbare Hypothese getestet.

Gemäß Windgeschwindigkeitsreduzierungen durch groß angelegte Windturbineneinsätze verringern die Turbineneffizienzen und setzen niedrige Erzeugungsgrenzen, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , Band 113, Seiten 13570–13575, (2016):

Der zunehmende Einsatz von Windkraftanlagen verbraucht einen zunehmenden Anteil der kinetischen Energie der Atmosphäre und verlangsamt somit wahrscheinlich die Windgeschwindigkeiten. Klimamodelle können diese Effekte explizit simulieren (6–8) und eine 10-fache Reduzierung der erwarteten Stromerzeugungsrate im großen Maßstab von 3 auf 5 W _e m ⁻² ergeben , die in Studien unter Verwendung beobachteter Windgeschwindigkeiten berichtet wurde (3–5, 9 , 10) bis hinunter zu 0,3–0,5 W _e m ⁻² , berichtet in Klimamodellstudien (6–8), wobei etwa 1,0 W _e m ⁻² in windigeren Regionen wie dem Mittleren Westen der USA möglich sind (6, 8, 11–13) .

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Wie in Tabelle 1 gezeigt, gibt es zahlreiche beobachtungsbasierte Ansätze, die durch Vernachlässigung dieser atmosphärischen Effekte die Windleistungsgrenzen drastisch um den Faktor 10 überschätzen . Die Berücksichtigung dieser atmosphärischen Effekte führt zu großräumigen Beschränkungen der Windkraftnutzung in den meisten Landregionen, die weit unter 1,0 W m ^{–2 liegen}

Also, ja, das OP hat Recht, dass eine große Anzahl von Windkraftanlagen die kinetische Energie des verfügbaren Windes verringert, aber die OP-Referenz überschätzt immer noch mit der Zahl von 1,0 W m ^–2 . Laut dieser neueren Forschung ist es ein weiterer Faktor von 2 oder 3 niedriger.

Der Artikel erklärt auch, dass es eine Spitze gibt, nicht im Sinne des Verbrauchs des gesamten Windes, sondern einen Punkt, über den hinaus das Hinzufügen weiterer Turbinen die erzeugte Strommenge tatsächlich verringert:

Erwartungsgemäß steigt die Stromerzeugung zunächst mit größerer installierter Leistung, erreicht dann aber bei einer installierten Leistung von 24,3 MW _i km ^–2 eine maximale Rate von etwa 0,37 W _e m ^–2 an Land (0,59 W _e m ^–2 über dem Ozean) . an Land (9,1 MW _i km ⁻² über Ozean). Beachten Sie, dass die Erzeugungsrate nicht „gesättigt“ ist, wie in Lit. vorgeschlagen. 8, sondern die Erzeugung erreicht eine maximale Grenze, ab der die Stromerzeugung aufgrund der weiteren Verlangsamung der Windgeschwindigkeiten reduziert wird (6, 7, 13).