Was geht, wenn sich was dreht

Für Menschen ist es nicht einfach, die Leistung eines Windrades – und damit auch das Potential der Windenergie – auch nur annähernd einzuschätzen. Die beteiligen Kräfte und Energien übersteigen das, was der menschliche Körper selbst leisten oder bewirken kann um 5 Größenordungen oder anders ausgedrückt um den Faktor 10000. Mit diesem Beitrag wollen wir versuchen, diesen Aspekt etwas greifbarer zu machen und anschließend, anhand von uns bekannten Dingen, zu veranschaulichen.

Volllastbetrieb

Für die folgenden Berechungen und Vergleiche nehmen wir eine aktuelle Windkraftanlage unter Volllast als Vorlage: Die Vestas V162-6.2 EnVentus¹ ist eine moderne Windenergieanlage, die mit ca. 6,2 MW Leistung Elektrizität ins Stromnetz einspeisen kann. Der Rotordurchmesser² beträgt 162 m und die Nabenhöhe liegt zwischen 119 m und 169 m.

Nutzbare Energie einer Rotorumdrehung

Die Energie, die ein Windrad erzeugt, hängt von der Drehzahl der Rotorblätter und auch von der Leistung der Turbine ab. Die Leistung (P) wird in Watt (W) oder hier spezifisch in Megawatt (MW) angegeben und bezieht sich auf die Energiemenge, die pro Zeiteinheit erzeugt wird. Die Energie (E), die bei einer Umdrehung erzeugt wird, ist das Produkt aus der Leistung und der Zeit (t), die für diese Umdrehung benötigt wird.

Die Formel für Energie ist also: E = P * t 

Um zu berechnen, wie viel Energie ein 6,2-MW-Windrad, wie das Vestas V162-6.2 EnVentus, mit einer Umdrehung unter Volllast zur Verfügung stellt, benötigen wir die Zeitspanne, die eine Umdrehung des Windrades unter Volllast dauert. Auf öffentlich zugänglichen Videos³ kann man die Zeit für eine Umdrehung bei starkem Wind unter Volllast selbst stoppen: 6,5 s. Anders ausgedrückt, entspricht das 9,2 Umdrehungen pro Minute und einer Geschwindigkeit der Rotorspitzen bei diesem Windrad von 282 km/h⁴.

Die nutzbare Energiemenge einer Umdrehung dieses Windrades:  

6,2 MW * 6,5 s = 6200 kW * 6,5 s / (3600 s/h) = 11 kWh

Was geht mit einer Volllastumdrehung?

11 kWh ist eine recht abstrakte Zahl, mit der seltsamen Einheit kWh (Kilo-Watt-Stunde). Um dies besser einordnen zu können sind Bespiele hilfreich:

Mobilität

Zuhause

Diverses

Windkraft Leistung vs Jahresertrag

Die Beispiele zeigen, was moderne Windräder leisten, wenn sie unter Volllast laufen. Doch wie wir alle wissen, ist das natürlich nicht immer der Fall. Neu errichtete Windenergieanlagen in Baden-Württemberg hatten bereits 2017 großartige 22,8%¹⁴ Volllaststunden auf das ganze Jahr gesehen. Seitdem wurde die Leistung und Energieausbeute der Anlagen weiter verbessert und optimiert. Modernen Windkraftanlagen übertrefen diesen Durchschnittswert inzwischen sicherlich deutlich. Auf dieses wichtige Thema geht speziell unser Beitrag Faktencheck zum Ertrag und der Vergütung von Windkraftanlagen ein.

Quellen / Referenzen / Anmerkungen

1. https://www.wind-turbine-models.com/turbines/2343-vestas-v162-6.2-enventus ↩︎
2. https://youtu.be/o0AVODgx6uo?si=6NVestas V162-6.2 EnVentus ↩︎
3. https://youtube.com/shorts/084rYCP2zqw?si=K8XgeEe2n43qXnxu ↩︎
4. 162 m * 3.14 / 6.5 s * 3.6 (km/h)/(m/s) = 281,7 km/h ↩︎
5. https://de.wikipedia.org/wiki/E-Bike#Reichweite ↩︎
6. https://www.deutschlandatlas.bund.de/DE/Karten/Wie-wir-uns-bewegen/100-Pendlerdistanzen-Pendlerverflechtungen.html ↩︎
7. https://de.wikipedia.org/wiki/VW_ID.3#Antriebsbatterie_und_Reichweite ↩︎
8. https://www.deutschlandatlas.bund.de/DE/Karten/Wie-wir-uns-bewegen/100-Pendlerdistanzen-Pendlerverflechtungen.html ↩︎
9. Der Energieinhalt von 1 Liter Diesel ist ca. 10 kWh ↩︎
10. https://de.wikipedia.org/wiki/ICE_4 ↩︎
11. Annahmen: Baujahr haus 2011, Energieausweis 66 kWh/qm. Benötigte Heizleistung Gas 4000 kWh/Jahr, 5 Monate Heizperiode => Durchschnittl. 27 kWh/Tag, Wärmemepumpe mit JAZ 3. Natürlich stimmt dieser Durchschnittswert nicht für den Einzelfall: Im November muss man weniger heizen, Im Januar dafür mehr. ↩︎
12. Berechnung der benötigten Energie für 189 Liter Wasser in Joule:
    Masse des Wassers: 189 Liter ≈ 189.000 g.
    Temperaturänderung (∆T): von 10 °C auf 60 °C, also eine Änderung um 50 K.
    Spezifische Wärmekapazität von Wasser (c): 4,186 J/gK.
    Die benötigte Energie (Q) in Joule berechnet sich dann wie folgt:
    Q = m⋅c⋅ΔTQ = m⋅c⋅ΔTQ = 189.000 g * 4,186 J/gK * 50 K = 39.557.700 J
    Umrechnung in kWh:
    3.9557.700 ​J / (3.600.000 J/kWh) = 11 kWh ↩︎
13. Wir betrachten hier lediglich die notwendige potentielle Energie im Graviatationsfeld der Erde. Wir ignorieren bewusst sämtliche mechanischen oder elektrischen Verluste, die tatsächlich anfallen würden, um ein Rotorblatt so hoch zu heben. ↩︎
14. https://www.baden-wuerttemberg.de/fileadmin/redaktion/dateien/PDF/191001_Broschuere_Erneuerbare_Energien_2018.pdf ↩︎

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