Ist Windkraft eine praktikable Notstromquelle für Mars One?

Nein nicht wirklich.

1. Die Atmosphäre des Mars ist sehr dünn. Es hat weniger als 1% des Drucks auf der Erde . Das heißt, er hat bei gleicher Geschwindigkeit weniger als 1% der Windstärke auf der Erde.
2. Wind tritt nur in der Morgen- oder Abenddämmerung auf. Wind entsteht, wenn zwischen zwei Bereichen einer Atmosphäre ein Druckgefälle besteht. Druckgradienten werden durch Temperatur- und Feuchtigkeitsgradienten verursacht. Auf der Erde treten diese Gradienten hauptsächlich an den Küsten auf, denn wenn die Sonne auf einen Ozean scheint, steigt die Luftfeuchtigkeit viel schneller und die Temperatur viel langsamer an, als wenn sie auf das Trockenland scheint. Die Ozeane sind einer der Hauptgründe, warum das Wetter auf der Erde so unberechenbar ist. Aber auf dem Mars gibt es keine nennenswerten Feuchtigkeitsgradienten und Temperaturgradienten treten nur bei Sonnenuntergang oder Sonnenaufgang auf, sodass Sie nur zweimal pro Sol Wind bekommen.

Es ist nicht so, dass Wind nicht lebensfähig ist, es ist nur so, dass er weniger rentabel ist als andere Energiequellen.

Bei einem so kleinen Teil des Erdatmosphärendrucks ist selbst die hohen Windgeschwindigkeiten unzureichend.

Die Energie skaliert linear mit dem Druck, aber mit dem Quadrat der Windgeschwindigkeit; für Windkraftanlagen auf der Erde beträgt die optimale Windgeschwindigkeit 50 km/h; 200 km/h vom Mars würden die Energie um den Faktor 16 erhöhen.

Leider ist der typische Marsdruck von 600 Pa 0,006 des Erddurchschnitts von 101.300 Pa.

Kombiniert man diese, liegt der Wirkungsgrad von Windturbinen auf dem Mars knapp unter 10 % der entsprechenden Turbine auf der Erde . Sicherlich könnte die Konstruktion bei geringerer Schwerkraft und geringerem zu erwartendem Winddruck deutlich leichter sein, aber dennoch sollte man keine sehr hohe Leistung erwarten, und die Konstruktion müsste GROSS sein, um eine sinnvolle Menge an Energie bereitzustellen.

OTOH, während der Mars mit 1,523679 AE nur etwa 0,43 der Menge an Sonnenlicht empfängt, die die Erde erreicht, blockiert und reflektiert die dünne Atmosphäre viel weniger davon, was bedeutet, dass Solarmodule auf dem Mars ungefähr so ​​effizient sind wie auf der Erde.

Ähnlich wie bei der Nutzung von Erdwärme auf dem Mond – ja, es ist möglich , und nein, es ist nicht praktikabel .

Wenn Solarmodule mit Tracking-Systemen ungefähr die gleichen Kosten und die gleiche Komplexität wie Windturbinen mit der gleichen Leistung auf der Erde haben, würden Sie auf dem Mars etwa 10 % der Energieleistung von Solarenergie bei ungefähr den gleichen Kosten/Aufwänden oder die gleiche Energie bei 10x erhalten die Kosten/Aufwand im Vergleich zu Solarenergie. Vielleicht etwas besser, wenn die Turbinen speziell für Marsbedingungen optimiert würden – aber noch lange nicht kostendeckend.

Ja, bis zu einem gewissen Grad. Ein paar Eckdaten:

1. Während die Atmosphäre 1 % des Drucks der Erde hat, besteht sie hauptsächlich aus Kohlendioxid (MW = 44) viel mehr als aus Stickstoff (MW = 28). Somit liegt der effektive Winddruck bei einer gegebenen Geschwindigkeit näher bei 2 % des Erddrucks.
2. Die Windkraft steigt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit, die höher sein kann als die der Erde.

Dies wurde untersucht , und die derzeitige Meinung ist, dass eine kleine Fähigkeit, Windkraft zu nutzen, helfen kann, wenn es weniger Sonnenlicht gibt als am Äquator. Die Technologie wurde in Windkanälen getestet, die Bedingungen auf dem Mars nachahmen, und es wurde festgestellt, dass sie funktionieren.

Siehe auch dieses Papier .

Teilantwort, es wäre viel schwieriger als auf der Erde.

GIF: Ein windiger Tag auf dem Mars, denken Sie daran, dass die Schwerkraft des Mars geringer ist als die der Erde, sodass der Wind nicht so stark ist, wie es scheint.

Archiviert vom Telltale Procjet im Mars Simulation Laboratory: https://web.archive.org/web/20120220080017/http://www.marslab.dk/TelltaleProject.html

Ausgeliehen von (derzeit unbeantwortet) Wurde die Kontrollleuchte auf dem Mars Phoenix Lander für die Meteorologie verwendet? Warum nicht stattdessen ein Hitzdrahtanemometer?

Entwicklung des Telltale

Der Luftdruck auf dem Mars beträgt weniger als 1 % des Luftdrucks auf der Erde, was bedeutet, dass das Instrument extrem empfindlich sein musste. Die durch den Wind verursachten Kräfte liegen in der Größenordnung von einigen Millionstel Newton (Das Instrument wiegt 20 Gramm, was bedeutet, dass die Gravitationskraft 0,2 Newton beträgt). Dies wurde erreicht, indem der aktive Teil des Instruments so leicht wie möglich gemacht wurde (etwa 10 Tausend Gramm). Nach intensiven Tests, um zu dokumentieren, dass das Experiment die Start- und Landevibrationen überstehen würde, wurde es im Windkanal des Mars Simulation Laboratory kalibriert

Die Leistung pro Flächeneinheit (Watt/m^2) im Wind ergibt sich aus der kinetischen Energiedichte mal der Geschwindigkeit:

es ist linear proportional zur Dichte und kubisch zur Geschwindigkeit.

Es wird einen Extraktionsfaktor in der Größenordnung von 0,59 oder weniger geben. Siehe Betz-Gesetz -Grenze von 16/27 in:

• https://www.raeng.org.uk/publications/other/23-wind-turbine
• http://web.mit.edu/windenergy/windweek/Presentations/Wind%20Energy%20101.pdf

Bei etwa 0,6 % des Erddrucks oder etwa 1 % der Dichte benötigen Sie also einen 5-mal schnelleren Wind, um die gleiche Leistung zu erzielen, vorausgesetzt, die gleiche Extraktionseffizienz.

Das Problem ist, dass Verluste aufgrund von Reibung (mechanisch und aerodynamisch) und möglicherweise mehr Kraft, um mit längeren Blättern und / oder höherer Spannung beim Drehen fertig zu werden, und die wahrscheinlich sehr geringe Wahrscheinlichkeit, dass der Wind 5x schneller als auf der Erde sein wird, bedeutet, dass dies nicht der Fall ist wird einfach.

Es kann jedoch andere Systeme zur Energiegewinnung geben, die für den Mars besser geeignet sind als die für die Erde optimierten.

JA, während Marsstaubstürmen :

Während alle anderen Antworten die Windbedingungen im Allgemeinen behandeln, weisen sie nicht darauf hin, dass die Windkraft während eines häufigen Staubsturms auf dem Mars genau dann ihren Höhepunkt erreicht, wenn die Notstromversorgung am dringendsten benötigt wird .

Diese Stürme, die die Sonnenenergie verringern , werden durch Winde verursacht, die mit 60 Meilen pro Stunde ihren Höhepunkt erreichen . Laut der Antwort von @uhoh würde dies einem Wind von 12 Meilen pro Stunde in der Erdatmosphäre ( 60/5 = 12) entsprechen, der weit über dem Minimum zur Stromerzeugung liegt, insbesondere auf einem Planeten mit geringerer Schwerkraft, auf dem große Windkraftanlagen einfacher zu bauen sind.

Laut dem NASA-Ames-Wissenschaftler Michael Flynn (vom ersten Link):

Nur bei Staubstürmen auf dem Mars gibt es genug Windenergie, um ein Windrad zu betreiben

Windkraft (oder Atomkraft, aber viel Glück beim Abschuss großer Mengen angereicherten Urans aus den USA) kann für die langfristige Besiedlung des Mars von entscheidender Bedeutung sein, indem sie während dieser Stürme die Sonnenenergie ergänzt.

Diese Antwort auf das letzte Tau von Opportunity war 10,8; Was bedeutet das und wie wird Tau definiert und gemessen? zeigt einen besonders schlimmen Staubsturm auf dem Mars im Marsjahr 28 (2006-2007), wo die optische Tiefe Tau für fast 40 Tage größer als 2 war! Während Batterien für sagen wir 16 Stunden ausreichen könnten, sind sie wahrscheinlich nicht um den Faktor 60 überdimensioniert, um langen globalen Staubstürmen standzuhalten.