Die Windenergiebranche erlebt weltweit ein rasantes Wachstum. In
nicht allzu ferner Zukunft könnte Windkraft sogar zur tragenden Säule der
globalen Stromversorgung
werden. Auch die Speichertechnologie
bekommen Wissenschaftler zunehmend in den Griff. Noch fehlt es aber
an hinreichend leistungsfähigen Stromnetzen.
Gerhard Samulat ist Diplomphysiker und
arbeitet als freier Wissenschaftsjournalist
in Wiesbaden.
Es ist beeindruckend, was die Forscher um Michael B. McElroy von der Harvard University (Cambridge,
Massachusetts) ausgerechnet haben: Ihrer Studie
zufolge lässt sich mit Windkraftanlagen eine Leistung
erzielen, die mehr als dem 40-Fachen des derzeitigen
globalen Bedarfs an elektrischer Energie entspricht. Dies
würde selbst dann gelten, wenn ausschließlich mittelgroße
Windräder einer
Leistung von 2,5 Megawatt auf ökologisch
unbedenklichen
Landstrichen aufgestellt würden und wenn
sie 80 Prozent der Zeit stillstünden. Die größte kommerzielle
Windkraftanlage der Welt, die Enercon E-126, bringt es jedoch
heute bereits auf eine Nennleistung von 7,5 Megawatt – ausreichend,
um gut 10 000 Haushalte mit Strom zu versorgen.
Und der US-amerikanische
Anlagenhersteller General Electric
will in den kommenden Jahren sogar eine Turbine mit supraleitender
Technik entwickeln, die eine Leistung von 10 bis 15 Megawatt liefern soll. Wenngleich: Die durchschnittliche Auslastung
deutscher Windkraftanlagen betrug in den vergangenen
zehn Jahren etwa 17 Prozent. Das heißt, die Anlagen standen
die meiste Zeit still. Trotzdem ist der Nachschub an Windenergie,
angetrieben durch den Lauf der Sonne, nach
menschlichem Ermessen unerschöpflich
Auf Seite 82 (linke Spalte, ganz unten) heißt es, dass die Leistung einer Windkraftanlage EXPONENTIELL mit dem Durchmesser des Rotors steigt. Meines Wissens nimmt die Leistung aber QUADRATISCH zu - wie die überstrichene Fläche eben …
Antwort der Redaktion: Vielen Dank für Ihr Interesse an Spektrum der Wissenschaft. Der Zusammenhang zwischen Rotordurchmesser und Spitzenleistung hat sich in Untersuchungen tatsächlich als nahezu exponentiell erwiesen, wie Sie der angehängten Grafik entnehmen können, die von der Website www.weltderphysik.de stammt. Sie zeigt den Zusammenhang zwischen Spitzenleistung und Rotordurchmesser in halblogarithmischer Auftragung; es ergibt sich nahezu eine Gerade. Das überrascht möglicherweise, denn mit wachsendem Rotordurchmesser steigt die Rotorfläche nur im Quadrat. Jedoch steigt zugleich die Höhe der Rotornabe über dem Boden und damit auch die Windgeschwindigkeit (diese wächst mit der Höhe) - und die Leistung der Anlage wächst mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. Diese Zusammenhänge ergeben gemeinsam offensichtlich eine nahezu exponentielle Funktion, zumindest im untersuchten Bereich.
10.01.2012, Dipl. Ing. Wolfgang Fischer, Pitten (Österreich)
Im 2. Teil der Serie Energie wird die Nutzung der Energie des Windes behandelt. Dabei wird kaum auf die Frage eingegangen, wie groß ist das Windkraftpotenzial für Europa bzw. weltweit? Als Versuch einer Antwort möchte ich meine eigenen Berechnungen hinsichtlich Windenergie vorlegen: Ausgehend von der eingestrahlten Energie der Sonne auf die Erdoberfläche mit rund 5,6. 1021 kJ/Jahr (Erdoberfläche 510. Millionen km², eingestrahlte Energie durchschnittlich 8,7 kWh/m² Tag, Albedo rund 0,35) wird angenommen, dass nur 1 Promille in Windenergie umgesetzt wird. Das bedeutet, im Wind sind weltweit etwa 5,6 1018 kJ enthalten oder 1,56 1015 kWh.
Das oben angeführte Windkraftpotenzial von Europa beträgt 1300 TWh oder 1300. 1012 kWh. Das sind ein 0,083 % Anteil der Gesamtwindenergie. Wenn weltweit das Zehnfache der in Europa geernteten Windenergie, das sind 13.000 TWh genutzt werden, ist das immer noch weniger als ca. 1 % der Gesamtwindenergie.
Ein negativer Einfluss auf Windverhältnisse bzw. dem Klima und - der erzeugten Windenergie ist somit kaum denkbar.
Den oben genannten Zahlen soll der Gesamtstrombedarf Europas (EU mit Schweiz und Norwegen) mit 4300 TWh für das Jahr 2020 und 5000 TWh für 2050 gegenübergestellt werden. Zusätzlich werden das Potenzial der Wasserkraft Europas (ca. 400 Th) und der Fotovoltaik mit realistischen 600 TWh hinzugezählt. Erst dann können knapp die Hälfte des europäischen Strombedarfs – in Summe 2300 TWh in Europa bereitgestellt werden. Soll Europa aber sicher mit elektrischer Energie versorgt werden, bleibt nur ein Ausweg, die moderne Kernenergie. Gerade hier hat der Kontinent alle Möglichkeiten, beginnend mit der vorhandenen Technik bis zu gut ausgebildetem Personal.
Ein ganz entscheidender Punkt in allen bisher bekannten Konzepten ist das Fehlen leistungsfähiger Stromnetze. Hier hätte ich den Vorschlag entlang von Autobahnen oder Eisenbahnlinien einen geschlossenen Betonkanal mit den Innenabmessungen von etwa 4,0 x 2,5 m zu verlegen. In diesem werden auf beiden Seiten insgesamt 4 Hochspannungsgleichstromrohrgasleitungen für +/- 500 kV geführt. Jede Leitung ist für 2,5 GW Übertragungsleistung ausgelegt. Insgesamt kann so ein „Stromhighway“ 10 GW übertragen. Über Europa wird so ein Leitungsnetz gelegt, welches die regionalen Netze über Umrichterstationen verbindet.
Zum Abschluss finde ich es äußerst störend, mit den Begriffen Leistung und Energie locker umzugehen. Was hat es für einen Sinn, wenn von installierter Windparkleistung von 27 GW und 20 GW Fotovoltaik berichtet wird, aber die erreichten Volllaststunden im Jahr unterschlage. Bei obigen Zahlenwerten wäre die Jahreserzeugung bei Windkraftanlagen etwa 55 TWh (2500 Volllaststunden/a) und bei der Photovoltaik nur geringe 18 TWh (900 Volllaststunden/a). Oder umgekehrt: Sollen angenommener Maßen die Stromlücke Europas von ca. 2000 TWh mit Photovoltaikanlagen geschlossen werden, ergibt sich ein Flächenbedarf von etwa 20.000 km². Von dem Materialbedarf gar nicht gesprochen.
Antwort der Redaktion: Der Beitrag "Frische Brise" beginnt mit dem Satz: "... die Forscher um Michael B. McElroy von der Harvard University (Cambridge, Massachusetts) haben [ausgerechnet, dass] ... sich mit Windkraftanlagen eine Leistung erzielen [lässt], die mehr als dem 40-fachen des derzeitigen globalen Bedarfs an elektrischer Energie entspricht ..." Die Quelle dazu lautet: http://www.pnas.org/content/early/2009/06/19/0904101106 (Global potential for wind-generated electricity). Das ist mithin eine saubere Angabe über die Potenziale der Windenergie. Und zwar gleich zu Beginn des Beitrags. Sie deckt sich aber offensichtlich nicht mit Ihren Kalkulationen.
Im Gegenteil: Von der Harvard University (und andere Quellen bestätigen das) wird behauptet, dass allein mit Windenergie der gesamte Strombedarf der Welt gedeckt werden könne, selbst wenn die Anlagen (ausschließlich an Land aufgestellt) nur zu einem Fünftel der Zeit laufen sollten und ansonsten Flaute herrscht. Zusammen mit der Fotovoltaik und weiteren erneuerbaren Energien sollte sich demnach (leicht) ein Energiesystem aufbauen lassen, das auf fossile Energieträger und der Atomkraft verzichten kann.
Dreh- und Angelpunkt ist - wie Sie richtigerweise erkannt haben - das Stromnetz. Überaus interessant finde ich Ihren Vorschlag, entlang von Autobahnen oder Eisenbahnlinien einen Tunnel zu verlegen, in dem Hochspannungsleitungen verlegt werden sollten. Das deckt sich mit dem Positionspapier "Stromübertragung für den Klimaschutz" (http://www.vde.com/de/InfoCenter/Seiten/Details.aspx?eslShopItemID=d5fef2e1-d1e6-4e07-b26d-0e26f8699416) des Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik VDE und ist sehr unterstützenswert. (Für ein anderes Magazin habe ich darüber bereits berichtet.)
Zu Ihrem letzten Punkt möchte ich vermerken, dass ich als Physiker sehr wohl darauf achte, die Begriffe Leistung und Energie sauber zu trennen. Falls es mir in dem vorliegenden Beitrag mal nicht gelungen sein sollte, bitte ich Sie, mir die Stelle(n) zu benennen.
Dass sowohl Windenergieanlagen als auch Solaranlagen nicht immer gleichmäßig Strom produzieren, ist mir selbstverständlich bewusst. Daher hatte ich bereits zu Beginn des Artikels (als es um das Gesamtpotenzial der Windenergie ging) angemerkt: "... Die durchschnittliche Auslastung deutscher Windkraftanlagen ... [betrug] in den vergangenen zehn Jahren etwa 17 Prozent. Das heißt, die Anlagen standen die meiste Zeit still ..." Man muss in diesem Zusammenhang fairerweise aber auch erwähnen, dass die Potenzialanalysen der Harvard University ausschließlich auf Windkraftanlagen mit einer Leistung von 2,5 MW berechnet wurden, es mittlerweile aber bereits deutlich leistungsfähigere Anlagen gibt (was ich im Beitrag auch erwähnte).
Herzlichen Dank für das aufmerksame Lesen des Beitrags.
Bitte beachten Sie dazu auch die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
Heißt es auf Seite 80, dass mit der Enercon E-126 Windkraftanlage (7,5 MW) etwa 10.000 Haushalte mit Strom versorgt werden können, so heißt es auf S. 82, der Èole Vertikalrotor habe mit seinen etwa 4 MW rund 800 Einfamilienhäuser versorgt.
Das heißt, pro MW Windenergie können zwischen 1300 "Haushalten" und 200 "Einfamilienhäusern" versorgt werden - also ein Unterschied von mehr als Faktor 7 (schließlich ist ein Einfamilienhaus genau ein Haushalt). Welche Zahlen stimmen denn nun?
Leider erlebe ich immer wieder, das Vertreter von unterschiedlichen Energiekonzepten sich ihre Zahlen schönrechnen, um am Ende die Überlegenheit ihres Systems zu preisen. In einem wissenschaftlichen Artikel wünsche ich mir mehr Klarheit. Es wäre wünschenswert, dass Standards erklärt werden, nach welchen Energiekonzepte objektiv verglichen werden können - um den Leser eben gegen Schönfärberei durch Lobbygruppen zu rüsten.
Antwort der Redaktion: Schön, dass es Leser gibt, die kritisch alles noch einmal nachrechnen. In der Tat tut sich hier eine Diskrepanz auf. Die erklärt sich folgendermaßen: Die Angabe zum Darrieus-Rotor Èole ist eine Quellenangabe aus: http://www.energyprofi.com/jo/Besondere-Windenergiesysteme.html (Internetseite zu besondere Windenergiesystemen, dort relativ weit unten). Da der Rotor nicht mehr arbeitet, kann ich diese Angabe nicht weiter nachprüfen. Sie deckt sich aber mit anderen Quellen. Hier wird von (kanadischen) Einfamilienhäusern(!) aus dem Jahr 1992 geredet.
Die Angabe zur Enercon E-126 kann man errechnen (respektive: habe ich errechnet). Energieversorger gehen davon aus, dass ein (deutscher) Haushalt heute im Schnitt 3.500 Kilowattstunden Strom im Jahr verbraucht. (Das deckt sich mit meinen Erfahrungen). Ich habe vorsichtshalber sogar
einen Wert von 4500 kWh angenommen. Dividiert man dies durch die Anzahl der Stunden im Jahr (365 x 24 = 8760) macht das einen durchschnittlichen (kontinuierlichen) Verbrauch von etwas über 500 Watt. Dann habe ich nur noch die 7,5 MW durch 514 W geteilt (das kommt heraus, wenn man genau
rechnet) und erhielt 14591 Haushalte. Zur Sicherheit habe ich diesen Wert großzügig auf 10.000 Haushalte abgerundet, weil die Haushalte ja nicht immer gleich verbrauchen, sondern mal mehr (und mal weniger). Garniert mit einem "etwa" kann die Aussage wolh so stehenbleiben, denke ich.
Das hat also nichts mit Schönfärberrei oder gar Lobbygruppen zu tun.
Gerhard Samulat
Bitte beachten Sie dazu auch die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
Es ist nur der Wirkungsgrad der Umwandlung von Elektroenergie in die Energie des Erdgases (60 %) benannt worden. Auch diese 60 % sind derzeit noch nicht praxisrelevant. Denn es müssen zwei Umwandlungsprozesse vollzogen werden. Das sind die Umwandlung von Elektroenergie in Wasserstoffenergie mit einem Elektrolyseur (derzeit maximal 65 %) und die Umwandlung der Energie des Wasserstoffs, z. B. mit dem Sabatier-Prozess (< 83 %), zur Energie des Erdgases. Des Weiteren ist noch Hilfsenergie zur Aufbereitung des CO2 notwendig. Für die Bewertung von Energiespeichersystemen ist der Gesamtwirkungsgrad der Energiespeicherung entscheidend. So beträgt der Wirkungsgrad bei der Umwandlung der Energie des Erdgases in Elektroenergie mittels eines Gaskraftwerks (GUD) oder Brennstoffzelle maximal 60 %. Damit ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von maximal 36 % unter der Voraussetzung, dass der Wirkungsgrad von 60 % für die Umwandlung von Elektroenergie in die Energie des Erdgases auch erreicht wird.
In diesem Artikel und auch in der Fachwelt wird leider der spezifische Materialverbrauch eines Energieversorgungssystems, Materialmenge pro Leistung oder Materialmenge pro Energie und pro Zeiteinheit, nicht benannt. Da neben den Energieressourcen auch die Rohstoffressourcen immer knapper werden, ist der spezifische Materialverbrauch ein entscheidendes Kriterium zur Bewertung von Energieversorgungssystemen.
Die im Leserbrief von Herrn Dipl.-Ing. Wolfgang Fischer genannten Zahlen kam man nun wirklich nicht unkommentiert und vor allem unkorrigiert stehen lassen. Eine Terawattstunde hat laut korrekter Rechnung immer noch 10 hoch 9 kWh und nicht 10 hoch 12 kWh, wie er behauptet. Wenn der Strombedarf Europas also 2050 etwa 5000 TWh beträgt, sind das 5 mal 10 hoch 12 kWh pro Jahr und nicht so um die 10 hoch 15 kWh wie behauptet. So könnte man Europa also problemlos komplett mit Windstrom erzeugen, setzt man mal die 1,56 mal 10 hoch 15 kWh an im Wind pro Jahr steckender Energie voraus. Dazu müsste man nicht einmal ein halbes Prozent der im Wind steckenden Energie per Windkraftanlagen abgreifen. Setzt man weiterhin einen etwa um den Faktor 20 höheren Weltbedarf an Strom für 2050 voraus, so müsste man nur etwa 10 % der Windenergie tatsächlich in Strom umwandeln, um die Welt versorgen zu können. Von der Sonnenenergie ganz zu schweigen, die den tatsächlichen Bedarf um den Faktor 10 000 übertrifft.
Fazit: Herr Fischer sollte zuerst einmal das Rechnen mit Potenzen lernen, bevor er sich kritisch zu dem Spektrum-Artikel äußert.
Herr Samulat demonstriert in seiner Antwort wie in Veröffentlichungen zu erneuerbaren Energien immer wieder die tollsten Zahlen zu Stande kommen. Man rechnet mit Leistungen und spricht von Energieversorgung. Herr Samulat geht in seiner Rechnung davon aus, dass sein Enercon-Generator rund um die Uhr und das ganze Jahr hindurch 7,5 MW leistet, was in keiner Weise der Fall ist. Die Leistung der Maschine liegt zwischen 0 und 7,5 MW je nach Windstärke, und für die Versorgung der Haushalte kommt es auf die dabei umgesetzte Energie an.
Die fiktive Zahl der von einem Windgenerator versorgten Haushalte erhält man, wenn man die im Jahr umgesetzte Arbeit durch die 3500 kWh teilt, die ein Haushalt in dieser Zeit verbraucht. Fiktiv ist das Ergebnis einerseits, weil Angebot und Nachfrage zeitlich nicht zusammenpassen und die Haushaltssteckdose die meiste Zeit Strom aus Laufwasser- und Heizkraftwerken (auch KKW) zur Verfügung stellt, und andererseits, weil die an den Arbeitsplätzen verbrauchte Energie, an denen das Geld verdient wird, mit dem sich der Haushalt seinen Energieverbrauch leisten kann, unberücksichtigt bleibt – ebenso wie die zur Produktion der im Haushalt konsumierten Güter benötigte Energie.
Antwort der Redaktion: Bitte beachten Sie die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
20.02.2012, Richard Fischer, Dipl. Ing., Neuhausen a. Rhf. (Schweiz)
Für mich ist die Antwort des Autors Gerhard Samulat eine typische Lobbyrechnung und daher falsch (Annahmen)! Sehr wünschenswert wäre es, wenn man endlich immer auch zusätzliche Schätzungen der Energieernte z. B. in kWh (oder GWh bzw. TWh) pro Jahr zu den MW angeben würde! Nach meiner praktischen Erfahrung gilt: Energieangabe NUR in MW bzw. Anzahl Haushalte oder Kernkraftwerke (nicht transparente Rechnerei) ist mehr oder weniger ein Lobbyist!
Meine Annahmen: Die Ausnützungziffer der 7,5 MW Anlage sei 0,17 (ungefährer Durchschnitt für Windanlagen in Deutschland) und für die verschiedenen Übertragungsverluste den Faktor 0,9. In Wirklichkeit ist dieser Wert wohl noch kleiner, da auf Grund der extrem unregelmässigen Windleistungen (Spannungsschwankungen), diese ausgeglichen werden müssen.
Das ergibt ohne Grosszügigkeit im Sinn von Hr. Samulat:
(7500 kW x 0,17 x 0,9 x 8760 h) / 3500 kWh = 2872 Haushalte
Pro MW sind dies 383 Haushalte, und man kommt im Vergleich den 200 "Einfamilienhäuser", die im Durchschnitt sicher mehr Energie verbrauchen, als z. B. Wohnblockhaushalte (oft nur eine Person) schon sehr viel näher!
Man beachte, bei Windflaute erzeugen auch Windanlagen von 7,5 MW installierter Leistung keine Energie und damit Strom für null Haushalte!
Zusätzliches:
Ich bin seit 1982 Leser von "Spektrum der Wissenschaft" und würde es sehr schade finden, wenn Lobbyisten dieser seriösen Zeitschrift in der Glaubwürdigkeit massiv Schaden könnten. Ich habe nichts gegen eine echte Diskussion um so genannte Alternativenergien, aber durchsetzen können sie sich nach meiner Überzeugung in den Schwellenländern bzw. Entwicklungsländern erst, wenn sie auch preislich konkurrenzfähig sind und nicht den Druck auf die Urwaldabholzung erhöhen oder die Lebensmittelproduktion konkurrenzieren! Es ist also anzustreben, im Winter endlich z. B. die Kohlekraftwerke preislich zu konkurrenzieren oder den Klimawandel zu akzeptieren, wie seinerzeit das Waldsterben.
Auch wenn die so genannten Potenziale sehr eindrückliche Zahlen liefern, aber wie können wir z. B. die Windenergie in grösseren Höhen (km) ernten? Stehen uns die Rohstoffe für die entsprechende Menge an Kraftwerke zur Verfügung? In der Erdölindustrie zählt bei den Reserven auch nur die förderbare Menge und nicht das Potenzial an vorhandenem Öl.
Überall setzt uns die Natur irgendwelche Grenzen, auch längerfristig beim Dünger für Nahrungsmittel bzw. Biodiesel! Was sind erneuerbare Energien unter der Betrachtung begrenzter Rohstoffe, wie z. B. Phosphate (Dünger)? Es braucht daher auch Energie und Techniken für Recycling, Bergbau, usw.! Und natürlich auch Praktiker, die wissen, dass Energie die Einheiten wie kWh bzw. J hat. Auf MW ideologisierte Theoretiker (Wichtigtuer) sind doch in jeder Beziehung schädlich, weil sie Forschungsgelder in die falschen Kanäle leiten!
Antwort der Redaktion: Bitte beachten Sie die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
Die Antwort von Gerhard Samulat auf den sehr berechtigten Einwand von Herrn Fabian Cundano Maltez zeigt, wie schlecht die Artikel auf Plausibilität geprüft werden. Die Rechnung von Herrn Samulat ist haarsträubend. Eine E-126, wie sie im sehr windhöfigen Gerorgsheil steht, produziert etwa 3400 Stunden Strom im Jahr. Die 3500 kWh Stromverbrauch eines Haushaltes sind ein alter Wert, die 4500 kWh entsprechen mehr der Realität, sind also kein Wert mit Sicherheitsmarge. Es müssen die Energiemengen dividiert werden, und weil der Wind sich über die Jahre unterschiedlich zeigt, am besten auch noch über zehn Jahre gemittelt, bzw. über die Gesamtlaufzeit der Windkraftanlage. Hinzu kommt das Verbrauch und Produktion sehr stark auseinanderliegen. Die Windrotoren können durchaus für 10 Tage nacheinander stillstehen. Und eine kleine Recherche bei Enercon http://www.enercon.de/p/downloads/WB-0108-dt.pdf hätte zu Tage gefördert, dass selbst der Hersteller Enercon nur von 5000 Haushalten bei der 6 MW Anlage spricht. In der Spitze können 5000 Haushalte, wenn es ungünstig läuft, durchaus 50 MW Stromleistung fordern. Also Wind kann viel Strom übers Jahr liefern, aber um einen effektiven Speicher kommen wir nicht herum. Brennstoffzellen mit Wasserstoff aus dem Gasnetz könnten in jedem Haus den Strom in dem Augenblick liefern, in dem er auch gebraucht wird.
Antwort der Redaktion: Bitte beachten Sie die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
Die Antwort von Gerhard Samulat lässt erkennen, wo die Diskrepanz der Zahlen herkommt. Herr Samulat geht fälschlicherweise davon aus, dass die Auslastung der Windkraftanlage 100% beträgt, d. h. dass die Windkraftanlage in jeder Stunde ihre Maximalleistung produziert. In Wirklichkeit sind die Windverhältnisse aber wesentlich weniger optimal, in Deutschland z. B. war die durchschnittliche Auslastung in den letzten 10 Jahren zwischen 14% und 20.5% (http://de.wikipedia.org/wiki/Windenergie). Die 14% entsprechen etwa dem von Herrn Maltez festgestellten Faktor sieben.
Antwort der Redaktion: Bitte beachten Sie die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
Bei den Angaben der Leistung und der versorgten Haushalte wird oft die "Nennleistung" und die tatsächlich erbrachte Leistung durcheinandergebracht. So ist zum Beispiel die "Nennleistung" (oder installierte Leistung) der Windkraftanlage "Enercon E-126" 7.5 [MW], aber die tatsächlich erbrachte Leistung ist (von Jahr abhängig) im Schnitt in Deutschland nur ca 17% davon (= durchschnittliche Auslastung: siehe z. B. Wikipedia, Windenergie). Gehen wir von den 4500 [kWh] eines Haushaltes aus, d. h. einer mittleren Leistung von 0.510 [kW], dann versorgt man mit einer E-126 7.5 [MW]*1000*0.17/0.510 = 2500 Haushalte. Bei der Fotovoltaik ist das Verhältnis von tatsächlich erbrachter und Nennleistung sogar nur etwa 8% - weil nachts die Sonne nicht scheint.
Antwort der Redaktion: Bitte beachten Sie die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
Fabian Cundano Maltez, Erfurt hatte eine große Diskrepanz bei den Angaben, wie viele Haushalte die beiden verglichenen Windkraftanlagen versorgen können, gefunden.
Der Autor Gerhard Samulat erklärt diese Diskrepanz und beendet seine Erklärung mit: Die Aussage kann also so stehen bleiben und hat nichts mit Schönfärberei oder gar Lobbyismus zu tun.
Nur, seine Rechnung enthält einen fetten Fehler, der eben doch – absichtlich?? – nach Schönfärberei oder gar Lobbyismus aussieht.
Sein Fehler besteht darin, dass er für die Anlage Enercon E-126 die Jahresstunden 8760 einsetzt, während doch nur die Volllaststunden verwendet werden dürfen! Diese liegen für Onshore-Anlagen bei zirka 2000 h, bei Offshore-Anlagen bei zirka 4000 h.
es gibt einige Irritationen über die im Artikel „Frische Brise“ genannten Zahlen. Insbesondere geht es um die Frage, wie viele Haushalte eine Windkraftanlage mit einer Nennleistung von 7,5 Megawatt mit Strom versorgen könne. Da der Unterschied zwischen Energie und Leistung der Faktor Zeit ist, und die Windenergie unstet ist, ist diese Frage nicht ganz einfach zu beantworten, weil die Anzahl der Haushalte je nach Wind zwischen null und 18771 liegt (wenn man die Anlage bei Erreichen der Nennleistung abregelt und davon ausgeht, dass der durchschnittliche Bedarf eines Haushalts bei 3500 Kilowattstunden im Jahr liegt). Um eine Orientierung für den Leser zu geben, wurde der Wert nun mit „gut 10 000 Haushalte“ angegeben. Das ist weniger als das (maximale) Potenzial, das richtigerweise angegeben werden müsste, weil es hier eben um die Beschreibung eines Potenzials geht, aber mehr als der über das Jahr zu erwartende Wert, weil sich die Anlage – wie viele Leser richtigerweise bemerkten – nicht kontinuierlich dreht. (Genau aus diesem Grund steht in dem Artikel ja auch nicht, dass die Anlage diese Haushalte „kontinuierlich“ mit Strom versorgen könnte!). Es ging hier ausschließlich darum, eine realistische Größenordnung anzugeben.
Hätte man sich intensiver mit dem „Potenzial“ dieser Windkraftanlage beschäftigen wollen, hätte man in der Tat mit Wahrscheinlichkeitswerten und Durchschnittsangaben hantieren müssen. Schon zu Beginn des Beitrags heißt es ja, dass die Windräder in den vergangenen zehn Jahren (in Deutschland) ausschließlich zu knapp 17 Prozent der Zeit liefen (lokale Variationen sind hier ebenfalls gemittelt). Rechnet man diesen Faktor hinein – so wie es einige Leser bereits machten –, dann käme man auf einen Wert von rund 3000 Haushalten (3191 um genau zu sein). Diese könnten mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgehen, dass sie ihren gesamten Strombedarf im Jahr über die (besondere) Windkraftanlage decken könnten. Ob dem dann aber wirklich so ist, weiß nur der Wind. Mathematik ist schön – die Realität hat aber oft ihre eigenen Gesetze.
Aus diesem Grund war es uns in dem Beitrag übrigens auch wichtig, darauf hinzuweisen, dass dringend an der Entwicklung von Speichertechnologien gearbeitet werden müsse, um die Leistung der Anlagen verstetigen zu können, und dass es dafür bereits einige sehr aussichtsreiche Strategien gibt.
Verwirrend und beschämend ist die Antwort des Autors Gerhard Samulat auf die berechtigte Frage von Fabian Cundano Maltez aus Erfurt: als Physiker (kaum fasslich) unterscheidet Herr Samulat wie leider viele Journalisten nicht zwischen den physikalischen Begriffen Leistung (z. B. kW) und Energie (z. B. kWh) und kommt so mit seiner Rechnung auf die verwirrenden Zahlen im beanstandeten Artikel "Die Zukunft der Energie", Teil 2: Frische Brise, Januar 22012, S. 78.
Antwort der Redaktion: Bitte beachten Sie die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
Kommentar zur Antwort des Autors auf den Leserbrief von Fabian Cundano Maltez (Spektrum März 2012):
Damit wäre also wieder einmal gezeigt, wie bei der Kosten-Nutzen-Rechnung von Windenergieanlagen falsche Annahmen zu einer Verzerrung der tatsächlichen Situation führen. Der Autor Gerhard Samulat rechnet vor, wie viele Haushalte mit einer Windernergieanlage des Typs Enercon E165 theoretisch versorgt werden können. Hierbei wird die installierte Generatorleistung zu Grunde gelegt, was grob irreführend ist. Tatsächlich muss mit einem mittleren Wirkungsgrad im Jahresmittel von bestenfalls zirka 20% gerechnet werden. Damit verringert sich die Zahl der mit dieser Anlage zu versorgenden Haushalte von zirka 15 0000 auf zirka 3000.
Dies erklärt wahrscheinlich die von Fabian Cundano Maltez monierte Widersprüchlichkeit der Darstellungen zur Effektivität von WEA.
Antwort der Redaktion: Bitte beachten Sie die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
Zum Leserbrief unter der Ünerschrift: "Verwirrende Zahlen", kann ich Herrn Maltes aus Erfurt nur Recht geben.
Der Autor, obwohl Physiker, präsentiert Zahlen, die nicht nur verwirrend, sondern auch falsch sind.
In seiner Berechnung der Anzahl der möglichen zu versorgenden Haushalte unterstellt er, dass sein Windrad mit einer Leistung von 7,5 MW die volle Leistung uber 24 Stunden und 365 Tage erbringt, dies halte ich für ziemlich unwahrscheinlich. Ferner frage ich mich, wie es physikalisch moglich ist, 514 Watt zu verbrauchen. Einem Physiker sollte der Unterschied zwischen Energie und Leistung bekannt sein.
Antwort der Redaktion: Bitte beachten Sie die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
Enercon schreibt auf seiner Website, dass die 7,5Mw-Anlage im Jahr 14 Millionen kWh erzeugen soll. Diese 14.000 MWh geteilt durch die Nennleistung ergeben zirka 1900 Nennleistungsstunden. 14 Mio kWh geteilt durch 4500 kWh (Energieverbrauch eines Haushalts) ergibt zirka 3000 Haushalte - und nicht wie der Autor schreibt zirka 15.000. Ich finde es enttäuschend, dass eine Wissenschaftszeitschrift diese im Bereich regenerativen Energietechniken oft anzutreffenden unzulässigen Berechnungen akzeptiert. Ich bin k e i n Gegner der regenerativen Energietechniken, finde es aber schade, wenn Entscheidungsträgern auf der Basis falscher Berechnungen Entscheidungen treffen.
Hier ist das eräwhnte Link zu Enercon: http://www.enercon.de/de-de/1207.htm
Antwort der Redaktion: Bitte beachten Sie die Stellungnahmen des Autors: Kommentare 12, 18 und 19!
Ich danke für diese neue Serie, welche mir neue Argumente an die Hand gibt in der Diskussion um die Zukunft der Energiegewinnung. Irritiert werde ich jedoch immer wieder durch das ebenfalls angeführte Argument gegen die Windkraft, welches im ersten Abschnitt erwähnt wird, die
Windkrafträder seien nicht schön anzusehen. Mein Alter ist noch als jung einzustufen und ich bin mit diesen großen Rädern aufgewachsen und ich finde sie deutlich schöner, als zum Beispiel die alten Hochspannungsmasten die sich abertausende Kilometer durch unser Land ziehen. Ich bin der Meinung, die kommenden Generationen werden sich an diesen Anblick gewöhnen. Dass man sie als störend empfindet, wenn man in direkter Nachbarschaft wohnt, kann ich gut nachvollziehen, und ich stimme da voll zu, dass man durchaus die Anwohner schützen muss und Auflagen einzuhalten sind. Das Argument der Verschandelung der Umwelt finde ich haltlos.
der Autor verwechselt hier keineswegs
die physikalischen Begriffe Leistung und Energie. Korrekterweise hätte
der beanstandete Satz sogar heißen müssen: „Mit einer elektrischen
Leistung von 7,5 Megawatt ließen sich (zumindest zeitweise) bis zu 18000
Haushalte mit Elektrizität versorgen.“ Der Hinweis, dass diese Leistung
in der Regel nicht kontinuierlich bereit gestellt wird, sondern nur zu
17 Prozent der Zeit, folgt zwei Sätze später. Verknüpfte man beide
Aussagen, käme man in der Tat auf den Wert von gut 3000 Haushalten, den
Sie an dieser Stelle offensichtlich zu lesen gewünscht hätten. (Die
exakten Zahlen entnehmen Sie bitte meiner Antwort vom 20.02.2012.) Diese
Diskussion lässt sich übrigens sowohl leistungsbezogen wie
energiebezogen führen. Selbstverständlich käme stets das Gleiche heraus.
Zu Beginn des Beitrags „Frische Brise“ aus dem
Spektrumheft vom Januar 2012 zitiert der Autor, eine Studie der
amerikanische Harvard University nach der sich mit Windrädern mehr als das
40-Fache des derzeitigen globalen Bedarfs an elektrischer Energie decken
lässt, selbst wenn ausschließlich mittelgroße Anlagen mit einer Leistung
von 2,5 Megawatt aufgestellt würden und diese zu 80 Prozent der Zeit
stillstünden.
Im Folgenden diskutiert der Autor beide
Prämissen dieser Aussage:
a) Wie realistisch ist eine Anlage mit einer
Leistung von 2,5 Megawatt und
b) ist die Zeitangabe, wie lange die Anlagen
Strom liefern, stichhaltig?
Zunächst diskutiert der Autor die angegebene
Leistung der Windräder: Er verweist darauf, dass mittlerweile Anlagen auf
dem Markt sind, die das Dreifache der Leistung erbringen können. Zudem
verweist er auf Planungen, Windräder zu entwickeln, die sogar bis zu
sechsmal mehr Leistung haben sollen. Die von der amerikanischen Studie
genannte Anlagengröße ist demnach durchaus realistisch.
Anschließend betrachtet der Autor die Laufzeit
der Windenergieanlagen. Dazu errechnete er aus öffentlichen, statistischen
Angaben eine durchschnittliche Auslastung der Windräder in Deutschland in
den vergangenen zehn Jahren von 17±2,2 Prozent. Der von der amerikanischen
Studie genannte Wert war demnach ein bisschen zu hoch gegriffen, lag aber
durchaus im Rahmen.
Damit konnte der Autor zeigen, dass zumindest
die Prämissen der Studie stichhaltig sind. Und wenn man nun davon ausgeht,
dass die Kollegen von der Harvard University richtig gerechnet haben,
scheint die Aussage realistisch zu sein, dass man mit der Windenergie ein
Vielfaches des globalen Bedarfs an elektrischer Energie decken könne.
Das ist die Kernaussage dieses Abschnitts und
die ist offensichtlich unbestritten.
Um die relativ unhandliche physikalische Größe
„Megawatt“ etwas anschaulicher darzustellen, hat der Autor in einem
Nebensatz ferner angegeben, wie viele Haushalte sich bei einer Leistung
von 7,5 Megawatt mit Strom versorgen ließen. Dabei ist er von einem Wert
ausgegangen, der in der Literatur dazu zu finden ist und sich mit seinen
Erfahrungen deckt, nämlich von einem durchschnittlichen Energieverbrauch
von 3500 bis 4500 Kilowattstunden pro Jahr pro (deutschem) Haushalt. (Hier
wird übrigens das erste Mal von Energie geredet, um sie aber umgehend in
eine Leistung umzurechnen!) Um auf die durchschnittliche Leistung eines
Haushalts zu kommen, muss man diesen Wert durch die Anzahl der Stunden
eines Jahres dividieren. Damit erhält man Werte zwischen 400 und etwa 520
Watt. Bezogen auf die Leistung von 7,5 Megawatt ließen sich somit zwischen
14000 und 18000 Haushalte mit Strom versorgen, wenn die Anlage ihre
Nennleistung erbringt.
Da die benötigte Leistung eines Haushalts
starken Schwankungen unterliegt – je nachdem, ob sich Personen gerade im
Haushalt befinden, sie bei der Arbeit sind, sie schlafen oder Essen
zubereiten – und es dem Autor ausschließlich um eine grobe Abschätzung
ging, rundete er diesen Wert großzügig auf die Zahl 10000 ab und fügte
noch ein „gut“ hinzu, um anzudeuten, dass es sich hierbei ausschließlich
um eine Größenordnung handelt.
In diesem Kontext macht es übrigens nur Sinn,
eine solche Größenordnung für die Nennleistung anzugeben, weil ja bereits
mehrfach im Abschnitt erwähnt wird, dass diese nur zu etwa 17 bis 20
Prozent der Zeit abgegeben wird. Einige Leser haben nun - wie vom Autor
gewünscht - beide Zahlen kombiniert. Das ist legitim und korrekt. Dem
Autor aber deswegen vorzuhalten, er hätte die Begriffe Leistung und
Energie durcheinander gebracht, ist schlichtweg falsch. Auch der Vorwurf,
der Autor sei Lobbyist der Windenergiebranche ist unhaltbar, zumal er mit
seinen Zahlen sogar untertrieb: 17 Prozent von 10000 Haushalten sind
immerhin nur etwa gut die Hälfte der rund 3000 Haushalte, von denen selbst
die Kritiker behaupten, es sei ein realistischer Wert.
Die Antwort von Herrn Samulat bedarf einer Ergänzung.
Er stellt dem durchschnittlichen Strombedarf der
Haushalte die installierte Leistung des Windkraftwerks gegenüber.
Erfahrungsgemäß kommen aber nur 17% dieser Leistung
wegen ungleicher Windverhältnisse zum Tragen.
Die Zahl der versorgbaren Haushalte muss also auf 17%
verringert werden: 14.591 x 0,17% = 2.480
Vergleicht man nun mit den Angaben von Herrn Fabian
Cundano Maltez, dann ergibt sich eine gute
Übereinstimmung.
Pro 1 MW installierter Leistung können jeweils zirka 300
Haushalte versorgt werden.
Samulat: 2.480 : 7,5 = 331
Maltez: 1.300 : 4 = 325
In " Frische Brise" wird das Fehlen von Netzen als Hinderungsgrung für die Windkarftnutzung benannt. Das ist weit gehend unrichtig. Die Windkraft- und die PV-Nutzung kranken an ihrem Gleichzeitigkeitsdilemma. Viel Wind und viel Sonne ergeben viel Kraftwerksleistung. Null Wind und nachts ergeben null Leistung. Diese Problematik wird überhaupt nicht beachtet. Was macht man im Sommer mit derzeit bereits je etwa 30.000 MW Wind- und PV-Leistung, bei einem Leistungsbedarf von nur etwa 45.000 MW? Der exorbitante Zubau rennt in die Katastrophe. Siehe "Wrd die Energiewende zur Energfiefalle? Link: http://klauseberhardwagner.wordpress.com/2012/05/24/wird-die-energiewende-zur-energiefalle/ .
Es sind enorme Speicherkapazitäten notwendig! Zum "Ringwallspeicher ..." möge man mir sagen: Wo gibt es eine "bebaubare" Fläche von 20 km Durchmesser? Wo gibt es das Wasser für die Erstfüllung?
Antwort der Redaktion: Vielen Dank für Ihre Zuschrift, wir freuen uns über Ihr Interesse an Spektrum der Wissenschaft.
Auf das Problem, dass die erneuerbaren Energien volatil sind, geht Herr Samulat im letzten Teil seines Artikels ein (S. 85). Dort benennt er das zentrale Problem der Energiespeicherung und stellt auch einen möglichen Lösungsansatz vor, nämlich die Wasserelektrolyse und die Zwischenspeicherung des dabei gewonnenen Wasserstoffs. Warum er dem Stromnetz eine so große Bedeutung beimisst, geht aus dem folgenden Interview hervor (S. 86-87). Dort legt sein Gesprächspartner Gregor Czisch dar, dass das Speicherproblem Hand in Hand geht mit dem Netzproblem, dass also das eine mit dem anderen zusammenhängt. Herrn Czisch zufolge mitteln sich die Leistungsspitzen umso besser aus, je großräumiger das Verbundnetz ist. Bei hinreichend großen Netzen gebe es eine gute Balance zwischen Angebot und Nachfrage; der Rest könne mit Wasser- oder Biomassekraftwerken gepuffert werden. Unabhängig davon, ob man diese Ansicht teilt oder nicht, der Artikel geht jedenfalls darauf ein.
Wenn Sie sich näher für das Problem der Volatilität und der Speicherung interessieren, empfehle ich Ihnen den Artikel "Energiespeicher der Zukunft" von Ferdi Schüth, ebenfalls aus unserer Energieserie (Spektrum der Wissenschaft, April 2012, S. 72).
Gigantische bodengebundene Teleskope machen Satelliten zunehmend Konkurrenz und liefern immer beeindruckendere Bilder. In eine ganz neue Liga werden... » weiter
Dank seines neuen therapeutischen Ansatzes konnten gelähmte Ratten nach einigen Wochen wieder laufen, Stufen hochklettern und Hindernissen ausweichen. » weiter
Wie entstanden nach dem Urknall die ersten leichten Elemente, wie fanden sie sich zu Sternen zusammen und wie entstanden in diesen stellaren Glutöfen... » weiter
Ohne Bienen wäre die Zukunft der Landwirtschaft düster. Doch ausgerechnet der Chemikalienmix auf Ackerflächen lässt ganze Kolonien zusammenbrechen. » weiter
Die Krebsimmuntherapie macht sich das körpereigene Abwehrsystem im Kampf gegen Tumore zunutze. Erste Erfolge gibt es bereits. » weiter
Spektrum Lesershop
Spektrumhefte und mehr
Im Lesershop finden Sie alle Hefte und Sonderhefte des Verlags, Sammelordner, Jahres-CD-Roms sowie weitere ausgewählte Produkte rund um Spektrum der Wissenschaft.
Versehen mit zahlreichen Kartenabbildungen, zeigt dieses Buch, welchen Einfluss die Antike auf das Weltbild von Abendland und islamischen Orient hatte und wie beide Kulturkreise es weiterentwickelten.
» weiter
Naturschutz: Intakte Natur als Standortvorteil • Automobile: Unterwegs mit Wasserstoff und sauberem Diesel • Fotovoltaik: Aufholjagd auf dem Strommarkt • Ernährung: Bodenschutz durch Verzicht auf... » weiter
Der Science-Shop hält für Sie eine große Auswahl an naturwissenschaftlichen Fachbüchern bereit. Außerdem finden Sie im Science-Shop spannende populärwissenschaftliche Literatur und DVDs, sowie unterhaltsame Spiele und überraschende Spielereien und Geschenkideen.
1. Exponentiell oder quadratisch?
10.01.2012, Dr. Jens-Uwe Bußer, München2. Windkraftpotenzial für Europa
10.01.2012, Dipl. Ing. Wolfgang Fischer, Pitten (Österreich)Das oben angeführte Windkraftpotenzial von Europa beträgt 1300 TWh oder 1300. 1012 kWh. Das sind ein 0,083 % Anteil der Gesamtwindenergie. Wenn weltweit das Zehnfache der in Europa geernteten Windenergie, das sind 13.000 TWh genutzt werden, ist das immer noch weniger als ca. 1 % der Gesamtwindenergie.
Ein negativer Einfluss auf Windverhältnisse bzw. dem Klima und - der erzeugten Windenergie ist somit kaum denkbar.
Den oben genannten Zahlen soll der Gesamtstrombedarf Europas (EU mit Schweiz und Norwegen) mit 4300 TWh für das Jahr 2020 und 5000 TWh für 2050 gegenübergestellt werden. Zusätzlich werden das Potenzial der Wasserkraft Europas (ca. 400 Th) und der Fotovoltaik mit realistischen 600 TWh hinzugezählt. Erst dann können knapp die Hälfte des europäischen Strombedarfs – in Summe 2300 TWh in Europa bereitgestellt werden. Soll Europa aber sicher mit elektrischer Energie versorgt werden, bleibt nur ein Ausweg, die moderne Kernenergie. Gerade hier hat der Kontinent alle Möglichkeiten, beginnend mit der vorhandenen Technik bis zu gut ausgebildetem Personal.
Ein ganz entscheidender Punkt in allen bisher bekannten Konzepten ist das Fehlen leistungsfähiger Stromnetze. Hier hätte ich den Vorschlag entlang von Autobahnen oder Eisenbahnlinien einen geschlossenen Betonkanal mit den Innenabmessungen von etwa 4,0 x 2,5 m zu verlegen. In diesem werden auf beiden Seiten insgesamt 4 Hochspannungsgleichstromrohrgasleitungen für +/- 500 kV geführt. Jede Leitung ist für 2,5 GW Übertragungsleistung ausgelegt. Insgesamt kann so ein „Stromhighway“ 10 GW übertragen. Über Europa wird so ein Leitungsnetz gelegt, welches die regionalen Netze über Umrichterstationen verbindet.
Zum Abschluss finde ich es äußerst störend, mit den Begriffen Leistung und Energie locker umzugehen. Was hat es für einen Sinn, wenn von installierter Windparkleistung von 27 GW und 20 GW Fotovoltaik berichtet wird, aber die erreichten Volllaststunden im Jahr unterschlage. Bei obigen Zahlenwerten wäre die Jahreserzeugung bei Windkraftanlagen etwa 55 TWh (2500 Volllaststunden/a) und bei der Photovoltaik nur geringe 18 TWh (900 Volllaststunden/a). Oder umgekehrt: Sollen angenommener Maßen die Stromlücke Europas von ca. 2000 TWh mit Photovoltaikanlagen geschlossen werden, ergibt sich ein Flächenbedarf von etwa 20.000 km². Von dem Materialbedarf gar nicht gesprochen.
3. Verwirrende Zahlen
10.01.2012, Fabian Cundano MaltezDas heißt, pro MW Windenergie können zwischen 1300 "Haushalten" und 200 "Einfamilienhäusern" versorgt werden - also ein Unterschied von mehr als Faktor 7 (schließlich ist ein Einfamilienhaus genau ein Haushalt). Welche Zahlen stimmen denn nun?
Leider erlebe ich immer wieder, das Vertreter von unterschiedlichen Energiekonzepten sich ihre Zahlen schönrechnen, um am Ende die Überlegenheit ihres Systems zu preisen. In einem wissenschaftlichen Artikel wünsche ich mir mehr Klarheit. Es wäre wünschenswert, dass Standards erklärt werden, nach welchen Energiekonzepte objektiv verglichen werden können - um den Leser eben gegen Schönfärberei durch Lobbygruppen zu rüsten.
4. Spezifischer Materialverbruch ist entscheidendes Kriterium
12.01.2012, Gerhard ButtkewitzIn diesem Artikel und auch in der Fachwelt wird leider der spezifische Materialverbrauch eines Energieversorgungssystems, Materialmenge pro Leistung oder Materialmenge pro Energie und pro Zeiteinheit, nicht benannt. Da neben den Energieressourcen auch die Rohstoffressourcen immer knapper werden, ist der spezifische Materialverbrauch ein entscheidendes Kriterium zur Bewertung von Energieversorgungssystemen.
5. Windenergie pro Jahr
12.01.2012, Dr. Dipl.-Phys. Manfred LichtingerFazit: Herr Fischer sollte zuerst einmal das Rechnen mit Potenzen lernen, bevor er sich kritisch zu dem Spektrum-Artikel äußert.
6. Leistung rund um die Uhr?
20.02.2012, Karl-Heinz Haid, Isny-BeurenDie fiktive Zahl der von einem Windgenerator versorgten Haushalte erhält man, wenn man die im Jahr umgesetzte Arbeit durch die 3500 kWh teilt, die ein Haushalt in dieser Zeit verbraucht. Fiktiv ist das Ergebnis einerseits, weil Angebot und Nachfrage zeitlich nicht zusammenpassen und die Haushaltssteckdose die meiste Zeit Strom aus Laufwasser- und Heizkraftwerken (auch KKW) zur Verfügung stellt, und andererseits, weil die an den Arbeitsplätzen verbrauchte Energie, an denen das Geld verdient wird, mit dem sich der Haushalt seinen Energieverbrauch leisten kann, unberücksichtigt bleibt – ebenso wie die zur Produktion der im Haushalt konsumierten Güter benötigte Energie.
7. Annahmen und Lobbyrechnung
20.02.2012, Richard Fischer, Dipl. Ing., Neuhausen a. Rhf. (Schweiz)Meine Annahmen: Die Ausnützungziffer der 7,5 MW Anlage sei 0,17 (ungefährer Durchschnitt für Windanlagen in Deutschland) und für die verschiedenen Übertragungsverluste den Faktor 0,9. In Wirklichkeit ist dieser Wert wohl noch kleiner, da auf Grund der extrem unregelmässigen Windleistungen (Spannungsschwankungen), diese ausgeglichen werden müssen.
Das ergibt ohne Grosszügigkeit im Sinn von Hr. Samulat:
(7500 kW x 0,17 x 0,9 x 8760 h) / 3500 kWh = 2872 Haushalte
Pro MW sind dies 383 Haushalte, und man kommt im Vergleich den 200 "Einfamilienhäuser", die im Durchschnitt sicher mehr Energie verbrauchen, als z. B. Wohnblockhaushalte (oft nur eine Person) schon sehr viel näher!
Man beachte, bei Windflaute erzeugen auch Windanlagen von 7,5 MW installierter Leistung keine Energie und damit Strom für null Haushalte!
Zusätzliches:
Ich bin seit 1982 Leser von "Spektrum der Wissenschaft" und würde es sehr schade finden, wenn Lobbyisten dieser seriösen Zeitschrift in der Glaubwürdigkeit massiv Schaden könnten. Ich habe nichts gegen eine echte Diskussion um so genannte Alternativenergien, aber durchsetzen können sie sich nach meiner Überzeugung in den Schwellenländern bzw. Entwicklungsländern erst, wenn sie auch preislich konkurrenzfähig sind und nicht den Druck auf die Urwaldabholzung erhöhen oder die Lebensmittelproduktion konkurrenzieren! Es ist also anzustreben, im Winter endlich z. B. die Kohlekraftwerke preislich zu konkurrenzieren oder den Klimawandel zu akzeptieren, wie seinerzeit das Waldsterben.
Auch wenn die so genannten Potenziale sehr eindrückliche Zahlen liefern, aber wie können wir z. B. die Windenergie in grösseren Höhen (km) ernten? Stehen uns die Rohstoffe für die entsprechende Menge an Kraftwerke zur Verfügung? In der Erdölindustrie zählt bei den Reserven auch nur die förderbare Menge und nicht das Potenzial an vorhandenem Öl.
Überall setzt uns die Natur irgendwelche Grenzen, auch längerfristig beim Dünger für Nahrungsmittel bzw. Biodiesel! Was sind erneuerbare Energien unter der Betrachtung begrenzter Rohstoffe, wie z. B. Phosphate (Dünger)? Es braucht daher auch Energie und Techniken für Recycling, Bergbau, usw.! Und natürlich auch Praktiker, die wissen, dass Energie die Einheiten wie kWh bzw. J hat. Auf MW ideologisierte Theoretiker (Wichtigtuer) sind doch in jeder Beziehung schädlich, weil sie Forschungsgelder in die falschen Kanäle leiten!
8. Haarsträubende Rechnung
20.02.2012, Hayo Sieckmann9. Windverhältnisse wesentlich weniger optimal
20.02.2012, Christoph Staub, Zürich10. Nennleistung und tatsächlich erbrachte Leistung
20.02.2012, Dr. Ing. Gerhard Wedekind, Immenstaad11. Rechnung mit fettem Fehler
20.02.2012, Helmut HubertDer Autor Gerhard Samulat erklärt diese Diskrepanz und beendet seine Erklärung mit: Die Aussage kann also so stehen bleiben und hat nichts mit Schönfärberei oder gar Lobbyismus zu tun.
Nur, seine Rechnung enthält einen fetten Fehler, der eben doch – absichtlich?? – nach Schönfärberei oder gar Lobbyismus aussieht.
Sein Fehler besteht darin, dass er für die Anlage Enercon E-126 die Jahresstunden 8760 einsetzt, während doch nur die Volllaststunden verwendet werden dürfen! Diese liegen für Onshore-Anlagen bei zirka 2000 h, bei Offshore-Anlagen bei zirka 4000 h.
In http://de.wikipedia.org/wiki/Enercon#E-126_.2F_6_.287.2C5.29_MW wird ein Ertrag von 20 GWh/Jahr für Enercon E-126 erwartet (zirka 2666 Volllaststunden!).
Daraus erhält man direkt 4444 Haushalte. Nach der gleichen großzügigen Abrundung bleiben noch 3046 Haushalte.
12. Unstete Windenergie und Versorgung der Haushalte
20.02.2012, Gerhard Samulat, Wiesbadenes gibt einige Irritationen über die im Artikel „Frische Brise“ genannten Zahlen. Insbesondere geht es um die Frage, wie viele Haushalte eine Windkraftanlage mit einer Nennleistung von 7,5 Megawatt mit Strom versorgen könne. Da der Unterschied zwischen Energie und Leistung der Faktor Zeit ist, und die Windenergie unstet ist, ist diese Frage nicht ganz einfach zu beantworten, weil die Anzahl der Haushalte je nach Wind zwischen null und 18771 liegt (wenn man die Anlage bei Erreichen der Nennleistung abregelt und davon ausgeht, dass der durchschnittliche Bedarf eines Haushalts bei 3500 Kilowattstunden im Jahr liegt). Um eine Orientierung für den Leser zu geben, wurde der Wert nun mit „gut 10 000 Haushalte“ angegeben. Das ist weniger als das (maximale) Potenzial, das richtigerweise angegeben werden müsste, weil es hier eben um die Beschreibung eines Potenzials geht, aber mehr als der über das Jahr zu erwartende Wert, weil sich die Anlage – wie viele Leser richtigerweise bemerkten – nicht kontinuierlich dreht. (Genau aus diesem Grund steht in dem Artikel ja auch nicht, dass die Anlage diese Haushalte „kontinuierlich“ mit Strom versorgen könnte!). Es ging hier ausschließlich darum, eine realistische Größenordnung anzugeben.
Hätte man sich intensiver mit dem „Potenzial“ dieser Windkraftanlage beschäftigen wollen, hätte man in der Tat mit Wahrscheinlichkeitswerten und Durchschnittsangaben hantieren müssen. Schon zu Beginn des Beitrags heißt es ja, dass die Windräder in den vergangenen zehn Jahren (in Deutschland) ausschließlich zu knapp 17 Prozent der Zeit liefen (lokale Variationen sind hier ebenfalls gemittelt). Rechnet man diesen Faktor hinein – so wie es einige Leser bereits machten –, dann käme man auf einen Wert von rund 3000 Haushalten (3191 um genau zu sein). Diese könnten mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgehen, dass sie ihren gesamten Strombedarf im Jahr über die (besondere) Windkraftanlage decken könnten. Ob dem dann aber wirklich so ist, weiß nur der Wind. Mathematik ist schön – die Realität hat aber oft ihre eigenen Gesetze.
Aus diesem Grund war es uns in dem Beitrag übrigens auch wichtig, darauf hinzuweisen, dass dringend an der Entwicklung von Speichertechnologien gearbeitet werden müsse, um die Leistung der Anlagen verstetigen zu können, und dass es dafür bereits einige sehr aussichtsreiche Strategien gibt.
13. Zwischen Leistung und Ernergie unterscheiden!
21.02.2012, Horst Fickelscher, Heidenheim14. Verwirrende Zahlen – Energieausbeuteberechnung von Windenergieanlagen
21.02.2012, Martin KlingmüllerDamit wäre also wieder einmal gezeigt, wie bei der Kosten-Nutzen-Rechnung von Windenergieanlagen falsche Annahmen zu einer Verzerrung der tatsächlichen Situation führen. Der Autor Gerhard Samulat rechnet vor, wie viele Haushalte mit einer Windernergieanlage des Typs Enercon E165 theoretisch versorgt werden können. Hierbei wird die installierte Generatorleistung zu Grunde gelegt, was grob irreführend ist. Tatsächlich muss mit einem mittleren Wirkungsgrad im Jahresmittel von bestenfalls zirka 20% gerechnet werden. Damit verringert sich die Zahl der mit dieser Anlage zu versorgenden Haushalte von zirka 15 0000 auf zirka 3000.
Dies erklärt wahrscheinlich die von Fabian Cundano Maltez monierte Widersprüchlichkeit der Darstellungen zur Effektivität von WEA.
15. Nachhilfe in Physik
24.02.2012, Rainer GrablowitzDer Autor, obwohl Physiker, präsentiert Zahlen, die nicht nur verwirrend, sondern auch falsch sind.
In seiner Berechnung der Anzahl der möglichen zu versorgenden Haushalte unterstellt er, dass sein Windrad mit einer Leistung von 7,5 MW die volle Leistung uber 24 Stunden und 365 Tage erbringt, dies halte ich für ziemlich unwahrscheinlich. Ferner frage ich mich, wie es physikalisch moglich ist, 514 Watt zu verbrauchen. Einem Physiker sollte der Unterschied zwischen Energie und Leistung bekannt sein.
16. Verwirrende Zahlen von G. Samulat
24.02.2012, Dr. Michael RückertHier ist das eräwhnte Link zu Enercon:
http://www.enercon.de/de-de/1207.htm
17. Keine Verschandelung der Umwelt
27.02.2012, Kevin RupekWindkrafträder seien nicht schön anzusehen. Mein Alter ist noch als jung einzustufen und ich bin mit diesen großen Rädern aufgewachsen und ich finde sie deutlich schöner, als zum Beispiel die alten Hochspannungsmasten die sich abertausende Kilometer durch unser Land ziehen. Ich bin der Meinung, die kommenden Generationen werden sich an diesen Anblick gewöhnen. Dass man sie als störend empfindet, wenn man in direkter Nachbarschaft wohnt, kann ich gut nachvollziehen, und ich stimme da voll zu, dass man durchaus die Anwohner schützen muss und Auflagen einzuhalten sind. Das Argument der Verschandelung der Umwelt finde ich haltlos.
18. Sie irren...
28.02.2012, Gerhard SamulatLiebe Leser,
der Autor verwechselt hier keineswegs die physikalischen Begriffe Leistung und Energie. Korrekterweise hätte der beanstandete Satz sogar heißen müssen: „Mit einer elektrischen Leistung von 7,5 Megawatt ließen sich (zumindest zeitweise) bis zu 18000 Haushalte mit Elektrizität versorgen.“ Der Hinweis, dass diese Leistung in der Regel nicht kontinuierlich bereit gestellt wird, sondern nur zu 17 Prozent der Zeit, folgt zwei Sätze später. Verknüpfte man beide Aussagen, käme man in der Tat auf den Wert von gut 3000 Haushalten, den Sie an dieser Stelle offensichtlich zu lesen gewünscht hätten. (Die exakten Zahlen entnehmen Sie bitte meiner Antwort vom 20.02.2012.) Diese Diskussion lässt sich übrigens sowohl leistungsbezogen wie energiebezogen führen. Selbstverständlich käme stets das Gleiche heraus.
Der Autor
19. Erläuterung zu den Leseranfragen
01.03.2012, Gerhard SamulatZu Beginn des Beitrags „Frische Brise“ aus dem Spektrumheft vom Januar 2012 zitiert der Autor, eine Studie der amerikanische Harvard University nach der sich mit Windrädern mehr als das 40-Fache des derzeitigen globalen Bedarfs an elektrischer Energie decken lässt, selbst wenn ausschließlich mittelgroße Anlagen mit einer Leistung von 2,5 Megawatt aufgestellt würden und diese zu 80 Prozent der Zeit stillstünden.
Im Folgenden diskutiert der Autor beide Prämissen dieser Aussage:
a) Wie realistisch ist eine Anlage mit einer Leistung von 2,5 Megawatt und
b) ist die Zeitangabe, wie lange die Anlagen Strom liefern, stichhaltig?
Zunächst diskutiert der Autor die angegebene Leistung der Windräder: Er verweist darauf, dass mittlerweile Anlagen auf dem Markt sind, die das Dreifache der Leistung erbringen können. Zudem verweist er auf Planungen, Windräder zu entwickeln, die sogar bis zu sechsmal mehr Leistung haben sollen. Die von der amerikanischen Studie genannte Anlagengröße ist demnach durchaus realistisch.
Anschließend betrachtet der Autor die Laufzeit der Windenergieanlagen. Dazu errechnete er aus öffentlichen, statistischen Angaben eine durchschnittliche Auslastung der Windräder in Deutschland in den vergangenen zehn Jahren von 17±2,2 Prozent. Der von der amerikanischen Studie genannte Wert war demnach ein bisschen zu hoch gegriffen, lag aber durchaus im Rahmen.
Damit konnte der Autor zeigen, dass zumindest die Prämissen der Studie stichhaltig sind. Und wenn man nun davon ausgeht, dass die Kollegen von der Harvard University richtig gerechnet haben, scheint die Aussage realistisch zu sein, dass man mit der Windenergie ein Vielfaches des globalen Bedarfs an elektrischer Energie decken könne.
Das ist die Kernaussage dieses Abschnitts und die ist offensichtlich unbestritten.
Um die relativ unhandliche physikalische Größe „Megawatt“ etwas anschaulicher darzustellen, hat der Autor in einem Nebensatz ferner angegeben, wie viele Haushalte sich bei einer Leistung von 7,5 Megawatt mit Strom versorgen ließen. Dabei ist er von einem Wert ausgegangen, der in der Literatur dazu zu finden ist und sich mit seinen Erfahrungen deckt, nämlich von einem durchschnittlichen Energieverbrauch von 3500 bis 4500 Kilowattstunden pro Jahr pro (deutschem) Haushalt. (Hier wird übrigens das erste Mal von Energie geredet, um sie aber umgehend in eine Leistung umzurechnen!) Um auf die durchschnittliche Leistung eines Haushalts zu kommen, muss man diesen Wert durch die Anzahl der Stunden eines Jahres dividieren. Damit erhält man Werte zwischen 400 und etwa 520 Watt. Bezogen auf die Leistung von 7,5 Megawatt ließen sich somit zwischen 14000 und 18000 Haushalte mit Strom versorgen, wenn die Anlage ihre Nennleistung erbringt.
Da die benötigte Leistung eines Haushalts starken Schwankungen unterliegt – je nachdem, ob sich Personen gerade im Haushalt befinden, sie bei der Arbeit sind, sie schlafen oder Essen zubereiten – und es dem Autor ausschließlich um eine grobe Abschätzung ging, rundete er diesen Wert großzügig auf die Zahl 10000 ab und fügte noch ein „gut“ hinzu, um anzudeuten, dass es sich hierbei ausschließlich um eine Größenordnung handelt.
In diesem Kontext macht es übrigens nur Sinn, eine solche Größenordnung für die Nennleistung anzugeben, weil ja bereits mehrfach im Abschnitt erwähnt wird, dass diese nur zu etwa 17 bis 20 Prozent der Zeit abgegeben wird. Einige Leser haben nun - wie vom Autor gewünscht - beide Zahlen kombiniert. Das ist legitim und korrekt. Dem Autor aber deswegen vorzuhalten, er hätte die Begriffe Leistung und Energie durcheinander gebracht, ist schlichtweg falsch. Auch der Vorwurf, der Autor sei Lobbyist der Windenergiebranche ist unhaltbar, zumal er mit seinen Zahlen sogar untertrieb: 17 Prozent von 10000 Haushalten sind immerhin nur etwa gut die Hälfte der rund 3000 Haushalte, von denen selbst die Kritiker behaupten, es sei ein realistischer Wert.
20. Kleine Ergänzung
07.03.2012, Robert StolzeEr stellt dem durchschnittlichen Strombedarf der
Haushalte die installierte Leistung des Windkraftwerks gegenüber.
Erfahrungsgemäß kommen aber nur 17% dieser Leistung
wegen ungleicher Windverhältnisse zum Tragen.
Die Zahl der versorgbaren Haushalte muss also auf 17%
verringert werden: 14.591 x 0,17% = 2.480
Vergleicht man nun mit den Angaben von Herrn Fabian
Cundano Maltez, dann ergibt sich eine gute
Übereinstimmung.
Pro 1 MW installierter Leistung können jeweils zirka 300
Haushalte versorgt werden.
Samulat: 2.480 : 7,5 = 331
Maltez: 1.300 : 4 = 325
21. Dilemma der Gleichzeitigkeit
17.12.2012, K. Eberhard Wagner, BensheimEs sind enorme Speicherkapazitäten notwendig! Zum "Ringwallspeicher ..." möge man mir sagen: Wo gibt es eine "bebaubare" Fläche von 20 km Durchmesser? Wo gibt es das Wasser für die Erstfüllung?