Windkraft
Seit Jahrtausenden wird überall auf der Welt der Wind zur Energiegewinnung genutzt.
Die Windmühlen früherer Zeiten hatten direkt
eine Maschine angetrieben, sei es eine Mühle, eine Wasserschnecke oder anderes. Die Nutzung der Windenergie ist also keine
Erfindung der neuesten Zeit. Neu sind lediglich die ausgefeiltere Technik, die Effizienz und die Tatsache, dass nicht mehr direkt
eine Maschine angetrieben, sondern Strom für entfernte Arbeiten gewonnen wird.
Weltweit sind bisher (Stand 2020) Windkraftanlagen mit einer Gesamtleistung von 743 Gigawatt in Betrieb
( Global Wind Report 2021). Zum Vergleich: alle bis Januar 2020
weltweit betriebenen Kernkraftwerke leisten zusammen 397 Gigawatt (
Wikipedia).
Alleine diese Zahlen zeigen, dass die Windkraft einer der wesentlichen Energielieferanten der Zukunft sein kann und muss.
Wie den Ertrag eines Windrades abschätzen?
Ein wichtiger Faktor, um die Leistung eines Windrades abzuschätzen, ist natürlich die Windgeschwindigkeit. Ohne Wind kein Windstrom!Weitere wichtige Faktoren sind die Größe und Bauart eines Windrades.
Windgeschwindigkeit
Richtwert für die Abschätzung des Ertrages ist die mittlere Windgeschwindigkeit, also eine Größe, die über einen mehrjährigen Zeitraum gemittelt wurde. Aus dem Europäischen Windatlas können die mittleren Windstärken in unterschiedlichen europäischen Regionen abgelesen werden. Erwartungsgemäß weht der Wind im Meer und an den Küsten mit mittlerer Windstärke von über 10 m/s am kräftigsten. In Mitteleuropa schwankt die Stärke zwischen etwa 3 m/s (Norditalien) und 8 m/s (Alpenhauptkamm). Diese Werte wurden für eine Höhe von 100 Metern über dem Boden ermittelt.Die Ausschnitte aus dem Bayerischen Windatlas machen sehr deutlich, wie die Windstärke von der Höhe abhängt:
Und so weht der Wind bei uns in 160m Höhe:
Nennleistung eines Windrades
Angesichts unterschiedlicher örtlicher Windsituationen wird für den jeweiligen Standort ein passendes Windrad gewählt.
Dieses ist mit einer sogenannten Nennleistung (manchmal auch "installierte Leistung" genannt) bezeichnet. Die Nennleistung ist jene Leistung, welche bei einer
bestimmten Windstärke (der "Nennwindstärke") erreicht wird.
Die Nennwindstärke ist wesentlich höher als die mittlere Windstärke, da das Windrad auch bei
Starkwind den kräftigeren Wind ausnutzen will. Allerdings darf die Nennwindstärke nicht zu hoch sein, da sonst der schwächere Wind nicht
optimal genutzt wird. Das wird aus der sogenannten
Kennlinie
ersichtlich. Bei diesem Windrad, für die diese Kennlinie gilt, beträgt die Nennwindstärke 15m/s.
Das ist der Grund, weswegen die Nennleistung nicht mit einer durchschnittlichen Leistung verwechselt werden
darf.
Bei den Windrädern unterscheidet man deswegen zwischen Schwach- und Starkwindanlagen, die entsprechende technische Unterschiede aufweisen.
Volllaststunden
Welche Leistung erbringt dann ein 2MW-Windrad (Nennleistung) im Mittel im Jahr?
Das wird mit Hilfe der sogenannten Volllaststunden berechnet: Man rechnet so, als ob das Windrad im Jahr entweder steht oder seine
Nennleistung erbringt. Diese fiktiven Stunden, in denen die Nennleistung erbracht wird,
sind die Volllaststunden.
Sie bewegen sich in Deutschland zwischen 1400 und 5000 Stunden im Jahr (das Jahr hat 8760 Stunden). Ein 2MW-Windrad erbringt
demzufolge - je nach Standort - eine mittlere Leistung von 0,34 bis 1,14 MW.
Höhe der Windräder
Je höher ein Windrad ist, desto größer ist sein Rotor und umso mehr Wind wird genutzt. Das Verhältnis zwischen Leistung und Höhe ist linear bis gering überproportional (Quelle).Hinzu kommt, dass in größeren Höhen mehr Wind weht. Außerdem treten Turbulenzen, die die Leistung beeinträchtigen, hauptsächlich bodennah auf.