Ich fasse die Projektarbeit über die Stromerzeugungsanalyse der Windkraftanlagen der Welt seit 1980 zusammen, die ich als letzte Aufgabe der letzten Projektklasse geschrieben habe. Diese Projektarbeit wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut IWES der Leibniz Uni Hannover verfasst, auf Basis der von Windpower bereitgestellten Daten analysiert und am 17. Mai 2022 endgültig eingereicht.
Ich hoffe, dass diese Analyse denjenigen, die sich mit Windenergie und Forschung befassen, eine gewisse Hilfe sein wird.
1. Einleitung
Die rasche Industrialisierung verschaffte eine bequemere komfortable Umgebung, brachte aber auch verschiedene und negative Probleme bzw. Auswirkungen mit sich. In der Vergangenheit war die Entwicklung und Nutzung von viele Kohleenergie für eine schnelle Industrialisierung und Stromerzeugung unerlässlich, und die negative Auswirkungen davon wurden ernsthaft erhöht. Insbesondere die durch Treibhausgase verursachte globale Erwärmung wird als das schwerwiegendste Problem erkannt.
Laut dem 6. Evaluierungsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klima-änderungen (IPCC) ist die globale Temperatur seit der industriellen Revolution im Jahr 1850 um 1,1 Grad gestiegen. Zudem wird der Temperaturanstieg von 1,5 Grad als Randlinie betrachtet und wird der auch als wichtigen Punkt, en es zu beachten gilt, anerkennt. Angesichts des aktuellen Temperaturanstiegs wird jedoch vorausgesagt, dass die Temperatur zwischen 2030 und 2050 1,5 Grad überschreiten wird. In diesem Betreff sagte UN-Generalsekretär Antonio Guterres in einer offiziellen Erklärung: „Der rote Alarm, den der IPCC-Bericht für die Menschheit auslöst, ist so laut, dass er ohrenbetäubend ist. Wir müssen entschlossen handeln, um unser Ziel von 1,5 Grad zu halten“, betonte er.
Kohlendioxid (CO2), ein repräsentatives Treibhausgas, das einen erheblichen Einfluss auf die globale Erwärmung hat, emittiert 992 g/kWh, wenn Kohle als Brennstoff verwendet wird, was mehr ist als Erdöl (782 g/kWh) und LNG (549 g/kWh) Insbesondere im Vergleich zu Solar (54 g/kwh), einem umweltfreundlichen Material, werden etwa 20-mal mehr Kohlendioxid-emissionen verzeichnet. Windenergie verzeichnet geringere Kohlendioxidemissionen als Solarenergie, wobei Offshore-Windkraftanlagen 9 g/kWh Kohlendioxidemissionen und Onshore-Windkraftanlagen Kohlendioxidemissionen von 10 g/kwh verzeichnen. Daher wird die Entwicklung nachhaltiger und umweltfreundlicher Energie wie Windkraftanlagen zu einem wichtigen Thema in der zukunftsorientierten Energieerzeugung. Windenergie trägt zusammen mit Wasser-, Bio- und Solarenergie erheblich zur Dekarbonisierung Europas bei. Insbesondere entwickelt sie sich zur wichtigsten Technologie zur Stromerzeugung.
Laut Report 2019 REN21(des Renewable Energy Policy Network for the 21st Century) wird bereits mehr als ein Viertel des weltweiten Stroms aus erneuerbaren Energien erzeugt. Zwei Drittel der gesamten Kapazitäten (mehr 200 GW) zur Stromerzeugung, die im Jahr 2019 neu errichtet wurden, war erneuerbar. Der Anteil der erneuerbaren Energien an der weltweiten Stromversorgung lag bei 27,3 %. Den größten Anteil daran hat nach wie vor die Wasserkraft, aber die Wachstumsraten der anderen Energieträger, vor allem der Wind- und Solarenergie, sind beachtlich. So wurden 2019 Windparks mit einer Gesamtleistung von 60 GW und Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von 115 GW neu gebaut.
1.1. Geschichte der Windenergieanlagen
Die erste Windmühle bzw. Bockwindmühle wurde im 12 Jahrhundert. Chr. gebaut, gefolgt von der ersten Bockwindmühle in Deutschland Ende des 14. Jahrhunderts. Dann wurde 1854 eine historische Windmühle, sogenannte „Western-Windrad“ von Daniel Halladey gebaut, und 1879 erfand der Amerikaner Chales F. Bruch, der als Pionier der Nutzung der Windenergie gilt, die erste automatische Windkraftanlage (Rotordurchmesser 17 m, 12-kW-Anlage) zur Stromerzeugung. Allerdings hat diese Anlage aufgrund der geringen Drehzahl der Windkraftanlage das Problem des geringen Wirkungsgrades, das die Windenergie-anlage(WEA) von „Paul la Cour“ gelöst hat. Konzentriert auf die Stromerzeugung durch Turbinen konzentrierte er sich auf die Tatsache, dass höhere Windturbinengeschwindigkeiten die Effizienz von Windturbinen erhöhen, und baute im Jahr 1891 die erste Windturbine bzw. WEA. Später, im Jahr 1920, formulierte der deutsche Physiker Albert Betz eine Formel, sogenannte Betz-Formel, wonach eine Windkraftanlage nur bis zu 59 % der kinetischen Energie des Windes nutzen kann, und diese Formel beschleunigte die Entwicklung moderner Rotorblätter. Schließlich wurde im Jahr 1958 eine von Ulrich Hutter entwickelte Windkraftanlage mit einem 100 kW-System namens W34 entwickelt. Danach wurde WEA in den 1980er Jahren weltweit aktiv gegründet. Unternehmen wie Enercon, Hodwed und Vestas usw. haben es aktiv aufgebaut und viele Technologien nicht nur in europäischen Ländern wie Deutschland, Dänemark, Italien, sondern auch in den Vereinigten Staaten entwickelt und viele Neubau weiter folgten. Jedoch führte In den 1960er Jahren die Entwicklung der kostengünstigen Erdölenergie zu einer Stagnation in der Entwicklung der Windenergie.
1.2. Hintergrund des Projekts
Aufgrund von Problemen wie der durch Treibhausgase verursachten globalen Erwärmung steht die Welt jedoch vor verschiedenen Problemen und eine Einigung über neue Energien wurde auf der Klimakonferenz der Vereinten Nationen in Paris im Jahr 2015 erzielt. Die Hauptziele dieses Treffens waren die Verringerung der Treibhausgasemissionen um 20 % und die Steigerung der Energieeffizienz um 20 %. Die Europäische Union, die zu diesem Zweck eine Strategie aufgestellt hat, hat Ende 2016 eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 22,4 % erreicht und im Jahr 2014 einen Anstieg der Energieeffizienz um 20 % (Reduzierung des Energieverbrauchs um 20 %) erreicht. Außerdem macht die Union weiter an der erfolgreichen Energie Entwicklung und Nurzung fort. Es hat jedoch noch viele Probleme, und es ist notwendig, die Entwicklung mit der neuen festgelegten Richtung fortzusetzen. Aber positive Aspekte sind, dass in verschiedenen Standpunkten noch viel Entwicklungspotential vorhanden ist und durch Kombination mit anderen Energieträgern etc. eine Neuentwicklung angestrebt werden kann.
Dieser Ausbau der Windenergienutzung hat sich regional sehr unterschiedlich entwickelt. Für Prognosen der Entwicklungen in der Zukunft und die Identifikation zukünftiger Märkte ist es wichtig, die vergangene Entwicklung zu kennen und die Gründe für die Entwicklungen zu ergründen. Deswegen ist das Ziel des Interdisziplinären Projekts die Analyse der Entwicklung des globalen Windenergieausbaus seit 1980. Eine Windpark-Datenbank, die dem Institut vorliegt, bildet die Grundlage für dieses Projekt. Es sollen globale Karten zum Windenergieausbau erstellt und die Gründe für die Entwicklungen ausgearbeitet werden.
1.3. Ziel des Projekts
Mit dem breiten Rahmen der Analyse des Ausbaus der weltweiten Windenergienutzung und der Entwicklung von Windenergieerzeugungsanlagen seit 1980 ist das Ziel dieses interdisziplinären Projekts, den Entwicklungsstand von WEA zu analysieren und zu visualisieren, um eine Grundlage für die zukünftige Entwicklung der Energiemärkte zu bilden.
Datenbank als Excel-Datei, die eine detaillierte Erklärung im nächsten Kapitel 2.1 folgen wird, kann durch diese Visualisierung klarer und einfacher verstanden werden. Datenbank, die als Excel-Datei geschrieben wird, ist in insgesamt 27 Kategorien wie Breitengrad, Längengrad, Total Power, Anzahl der Turbine etc. unterteilt. Daher sollte jede Kategorie durch Excel-Datei separat verglichen werden, aber durch Visualisierung kann sie leicht nach Kategorie verglichen, oder zwei oder mehr Kategorien kombiniert werden, um Landkarte und Grafik zu erstellen. Eine solche erstellte Visualisierung kann die aufgebauten Daten je nach Thema detailliert analysieren. Außerdem kann dadurch nicht nur den Entwicklungsprozess und aktuellen Stand nachvollzogen, sondern auch die zukünftige Entwicklungsrichtung berücksichtigt werden. Darüber hinaus ist es durch diese Analyse und Visualisierung möglich, die zukünftige Richtung der Windenergieerzeugung sowie das Potenzial für die Stromerzeugung als zukünftige Energiequelle zu finden.
Wie bereits erwähnt, zeigt die aktuelle Entwicklung von Windparks bzw. der WEA weltweit unterschiedliche Entwicklungsprozesse nach Kontinent, Land und Region. Besonders während in Europa in den 1990er Jahren viel Strom erzeugt wurde, wurde der Bau großer Windparks in den USA und China nach den 2000er Jahren fortgesetzt, was zu einer großen Stromerzeugung führte. Diese Entwicklungsprozesse und Trends werden schließlich zu wichtigen Grundlagen für die zukünftige Nutzung und Stromerzeugung der Windenergie.
Aus diesem Grund wird in diesem Projekt der Ausbau der weltweiten Windenergienutzung und die Entwicklung von Windenergieerzeugungsanlagen seit 1980 analysiert.
1.4. Aufgaben des Projekts
Die Aufgaben mit diesem Projekt können als drei Großen Rahmen eingeteilt werden. Erstens ist, die Windpark-Datenbank (als Excel-Datei) zu erhalten und zu analysieren.
Und wird die Datei darüber überlegt, wie die Daten mit besseren visuellen Qualitäten dargestellt werden können. Windpark-Datenbank, das in Kapitel 2.3 erläutert wird, enthält Informationen über den aktuellen Status von WEA in Ländern auf der ganzen Welt und die Details jeder WEA. Dieses Dateil bzw. diese Informationen werden identifiziert und die Richtung des Projektes wird festlegt und darauf basiert, welche Art von Informationen unter diesen Informationen für eine vergleichende Analyse verwendet werden können. Und dadurch werden die Darstellungen und Implementierungen durchgeführt. Dazu war es notwendig, die Auswahl der notwendigen Informationen zu diskutieren. Außerdem wie die Datei neu geordnet werden können oder welche zusätzlichen Berechnungsarbeiten erforderlich sind.
Der Hauptteil bildet zweite Aufgabe, die Visualisierung der Landkarte beinhalten. Dafür ist erster Schwerpunkt die gegenwärtige Lage in Landkarte darzustellen. Zur Visualisierung wurde ein Python-Programm verwendet, detaillierte Informationen dazu werden in Kapitel 2.3 anschaulich erläutert. Bei der Visualisierung von Windenergleanlagen bzw. Windpark-Informationen wurden folgende Details berücksichtigt.
- Längengrad
- Breitengrad
- Land
- Kontinent
- Kommissionierungsdatum
- Status
- Anzahl des Windparks
- Anzahl der Turbinen im Windpark
- Total Power (Kapazität) des Windparks
- Total Power (Kapazität) der Turbinen im Windpark bzw. WEA
- On- / Offshore
- Durchmesser der WEA
- Leistungsdichte des Windparks
Anderer Schwerpunkt ist ein Skript mit Python zu erstellen, um mit einfacher Veränderung der Parameter automatisch eine Landkarte zu implementieren. Der Fokus des Projektes geht über die reine Darstellung des aktuellen Standes und der Informationen der Windenergleanlagen hinaus, die vergleichend analysierten Informationen einfacher und übersichtlicher auf einen Blick darzustellen, so dass diese leicht erfasst werden. Aus diesem Grund wurde die Visualisierung auf verschiedene Arten durchgeführt, und unter anderem wurde eine klarere Visualisierung für jede zu enthaltende Information implementieren. Basierend auf diesen Eigenschaften von Python ist das Ziel (Aufgabe) des Projekts, das Analyseverfahren klar zu definieren und das Verfahren zu etablieren, um bei der Implementierung von Informationen mit anderen Parametern wie anderen Jahren oder anderen Kontinenten und Ländern in der Zukunft einfacher zu funktionieren.
Die letzte Aufgabe ist, politische Randbedingungen zu untersuchen. Dazu werden zwei Länder mit der weltweit größten Anzahl von Windenergleanlagen bzw. Windpark, Deutschland und Dänemark, verglichen. Die beiden Länder verfügen bis 2019 über 11.168 bzw. 3.339 Windparks, sodass erkannt werden kann, dass sie repräsentative europäische umweltfreundliche und führende Länder in der Windenergieerzeugung sind. Deswegen wird es durch einen kurzen Vergleich des aktuellen Standes und Entwicklungsprozesses der WEA in diesen beiden Ländern und unter Berücksichtigung der Randbedingungen möglich sein, über die Unterschiede zwischen den beiden Ländern hinaus das Potenzial und die Richtung des Windenergiemarktes zu untersuchen.
Das vollständige Papier (Analye des Windenergiebaus seit 1980 / Deutsch) finden Sie in der Datei unten.
Außerdem können Sie den Inhalt der einzelnen Kapitel im folgenden Beitrag überprüfen. (wird später aktualisiert)
0. Kurzfassung, Zusammenfassung und Ausblick
https://herr-kwak.tistory.com/1097
Analyse des globalen Windenergieausbaus seit 1980 / Kurzfassung, Zusammenfassung und Ausblick - (1980년 이후 세계적인 풍
Ich fasse die Projektarbeit über die Stromerzeugungsanalyse der Windkraftanlagen der Welt seit 1980 zusammen, die ich als letzte Aufgabe der letzten Projektklasse geschrieben..
herr-kwak.tistory.com
2. Visuelle Darstellung von Daten
3.1. Windparkenergieausbaus in Deutschland seit 1980 als Onshore
3.2. Windparkenergieausbaus in Deutschland seit 1980 als Offshore
4.1. Windparkenergieausbaus in Dänermark seit 1980 als Onshore
4.2. Windparkenergieausbaus in Dänermark seit 1980 als Offshore
5. Weltweite Windparks
Danke fürs Lesen.