Regenerative Energie
Die Bewegungsenergie der Luftmassen der Erde umfaßt eine Leistung von ca. 3.000 TW. Nur ein Bruchteil von dieser Energie ist als Windkraft nutzbar, da der Hauptanteil in höheren für Windkraftanlagen (Windenergiekonverter) nicht zu erreichenden Luftschichten oder über den Ozeanen anfällt. Von dem über dem Land existierenden Windenergiepotential ist ein weiterer Anteil aufgrund zu geringer Windgeschwindigkeit nicht nutzbar.
Charakteristisch für die Windenergie ist ihre unregelmäßige Schwankung. Dies sowohl zeitlich (Jahreszeiten, Wetterlage, böiger Wind, Dauer annähernd gleicher Geschwindigkeit) als auch örtlich (global, regional, lokal, Windrichtung).
Als Grenze für eine wirtschaftliche Windenergienutzung gilt gemeinhin eine Geschwindigkeit von 4 m/s im Jahresmittel in 10 m Höhe über dem Boden. In Deutschland wird dieser Wert regelmäßig in den Küstengebieten (Gürtelbreite ca. 100 km) und auf Kuppen und begünstigten Lagen von Mittelgebirgen und Alpen erreicht.
Die Leistung, die mit Windenergie zu erzielen ist, ist proportional der Luftdichte r , der durchströmten Fläche A (gemessen senkrecht zur Windrichtung) und der Windgeschwindigkeit v in der dritten Potenz.
P = r / 2* A * v3 (W)
Daraus folgt, daß insbesondere bei wechselhaften Windverhältnissen (Böen) enorme Leistungsschwankungen an der Windkraftanlage auftreten (z.B. entsprechen 4 m/s Windgeschwindigkeit ca. 40 W/m2 durchströmte Fläche, 8 m/s ca. 310 W/m2).
Neue Windkraftanlagen in der Größenordnung von 1 MW installierter Leistung können je nach Standort einen jährlichen Stromertrag von ca. 1.800.000 bis 2.500.000 kWh erbringen.
Die wirksame vom Wind durchströmte Fläche A wird einerseits begrenzt durch den Rotordurchmesser und andererseits durch den meist vorhandenen Innenkreis um die Rotorachse, in welchem die Rotorblätter zur Nabe hin enden.
Die theoretisch ermittelte im Wind enthaltene Leistung ist der Tabelle der Windstärkeskala zu entnehmen. Die unteren und oberen Windgeschwindigkeiten stehen für eine Nutzung derzeit aus wirtschaftlichen bzw. technischen Gründen nicht zur Verfügung. Die Leistung kann nur zum Teil umgewandelt werden.
Neben der Leistungsshöhe der Windenergie und ihrer zeitlichen Verteilung ist auch die Zeit ohne nutzbare Windenergie von wirtschaftlicher Bedeutung. Die Zeiten unterhalb einer Mindestwindgeschwindigkeit werden als mittlere Flautendauer ermittelt. Diese liegt in Küstenregionen bei ca. 5 Std. und im Binnenland bei bis zu 40 Std.
Im Gegensatz zu anderen Energiequellen, die konstant zur Verfügung stehen und bei denen die Leistung mit der Nutzungs- bzw. Betriebsdauer multipliziert den Energieertrag ergibt, muß bei der Windenergie die Leistung, die mit der Geschwindigkeit stark schwankt, über die Zeit integriert werden. Üblicherweise wird dies über die Häufigkeitsverteilung bestimmter Geschwindigkeitsklassen und deren Aufsummierung erreicht. Anstelle empirisch ermittelter Histogramme wird häufig auch ein aus der jeweiligen durchschnittlichen Windgeschwindigkeit theoretisch ermitteltes Histogramm verwendet (Rayleigh-Verteilung).
