Wieviele Windräder braucht das Land?

Hier soll die Frage beantwortet werden, wie viele Windkraftanlagen in Deutschland aufgebaut werden müssen, um einen Teil der elektrischen Leistung des Netzes sicher zur Verfügung zu stellen.

 

 Berechnung benötigter WKA zur anteiligen Energieversorgung mit Windenergie

– von Dr.-Ing. Detlef Ahlborn –

Eine sichere Bereitstellung soll hier so verstanden werden, dass die elektrische Leistung bei Windflauten aus Gaskraftwerken zur Verfügung gestellt werden. Nach den Vorstellungen einiger Kasseler Professoren soll es irgendwann möglich sein, das Methangas zur Befeuerung der Gaskraftwerke auf elektrischem Wege aus Windstrom zu erzeugen.

Dieser Prozess ist bei Wikipedia beschrieben. Leistungen aus Solarkraftwerken können in dieser Betrachtung unberücksichtigt bleiben, weil die gesicherte Grundlast aus dieser Energieform im Winter praktisch auf Null sinkt.

In einer unverdächtigen Studie des Freiburger Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme zur hundertprozentigen Energieversorgung mit erneuerbaren Energien werden neben anderen Kraftwerkstypen Windkraftanlagen (WKA) mit einer Nennleistung von 170.000 MW auf dem Festland beschrieben. Realisiert man diese Nennleistung durch Anlagen mit 3 MW, so müssen dazu rund 57.000 WKA gebaut werden.

Bei einem Flächenverbrauch von 5 ha pro Anlage wird dafür eine Fläche von 2900 km2 verbraucht, wenn man diese Anlagen dicht an dicht bauen würde. Deutschland hat eine Gesamtfläche von 360.000 km2 der Flächenverbrauch der WKA selbst spielt also zunächst keine große Rolle. Wenn man die erforderliche Zahl von WKA ausrechnen will, kann man den Flächenverbrauch der Anlagen selbst zunächst vernachlässigen.

Wir betrachten nun eine einzelne WKA mit einer elektrischen Nennleistung, die mit dem Formelzeichen PA bezeichnet werden soll. Typische geplante Leistungen liegen bei PA = 3 MW = 3000 kW.

Da eine WKA praktisch nie bei Nennleistung betrieben werden kann, weil der Wind selten mit der entsprechenden Intensität weht, liegt die durchschnittliche (tatsächliche) Leistung immer ganz wesentlich darunter. Diese Tatsache wird durch die sogenannte Volllaststundenzahl (Formelzeichen TV) erfasst. Typische Werte liegen auf dem Festland um 1800h , andere Autoren stellen zwar größere Werte von bis zu 2500 h in Aussicht- die durchschnittliche Volllaststundenzahl lag für alle existierenden WKA in Deutschland im Jahr 2012 allerdings nur bei 1500h. Das Jahr hat 8760 h. Die durchschnittliche Leistung einer WKA (Formelzeichen PWKA) liegt demnach bei

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Mit den angegebenen Werten für die Volllaststundenzahl liegt die durchschnittliche Leistung einer WKA demzufolge zwischen 16 und 20 % der Nennleistung. Eine WKA mit einer Nennleistung von 3 MW = 3000 kW hat also eine durchschnittliche Leistung zwischen 500 und 600 kW. Die Spitzenleistung im deutschen Stromnetz tritt an Wintertagen auf und beträgt 80.000 MW, womit klar ist, dass es einer beträchtlichen Zahl von Windrädern bedarf, um ein solches Netz mit Strom zu versorgen.

Es soll nun diese beträchtliche Zahl an WKA ausgerechnet werden, mit der ein elektrisches Netz sicher betrieben werden kann.

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Stützung eines Stromnetzes mit Windkraftanlagen durch Speicherkraftwerke

Hierbei sollen die Windräder mit einem Methanisierungs- Speicher- Gaskraftwerk kombiniert werden: Wenn die Windintensität nicht ausreicht, wird das Netz durch Gaskraftwerke gestützt, wenn die Windleistung größer ist als der Strombedarf vom Netz, wird die überschüssige Energie in Form von Methangas gespeichert.

Die Anzahl der WKA soll mit N bezeichnet werden- wir kennen diese Zahl noch nicht, wir wollen diese Zahl aber hier berechnen und wollen dabei auch die Verluste bei der Speicherung und die Volllaststundenzahl berücksichtigen.

Wenn der Wind ausreichend weht, können die WKA das elektrische Netz direkt mit Strom versorgen, überschüssige Windleistung wird in chemische Energie in Form von Methan gewandelt und ins Erdgasnetz gespeichert. Bei der Wandlung der überschüssigen elektrischer Energie in Methan und zurück in elektrische Energie gehen rund 70 % der Energie verloren.

Vor diesem Hintergrund ist es schon begrifflich fragwürdig, überhaupt von Speicherung zu sprechen. Dieser miserable Wert ist keineswegs eine Folge mangelnder Ingenieurskunst, sondern eine Folge aus einem fundamentalen Naturgesetz, das Physikern und Ingenieuren als Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik geläufig ist. Jede noch so intensive Forschung wird daran nichts ändern.

Eine genauere Rechnung zeigt, dass im gesamten Prozess zwischen WKA und Verbraucher etwa die Hälfte der ursprünglichen Windenergie verloren geht. Das erklärt sich dadurch, dass ein Teil der gewandelten Windenergie mit geringen Verlusten ins Netz gespeist wird- die gesamte Energieausnutzung liegt daher mit einem Wirkungsgrad (Formelzeichen w) von 50 % über dem 30%- Wirkungsgrad des Power-to -Gas-to- Power Prozesses.

Wenn nun N WKA mit einer durchschnittlichen Leistung zwischen 16 und 20 % der Nennleistung und einem Wirkungsgrad von w= 50 % zusammengeschaltet werden, dann haben diese Anlagen eine durchschnittliche Gesamtleistung (Formelzeichen PG) von

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Um diesen Zusammenhang mit etwas Sinn zu erfüllen, sollen nun konkrete Zahlen eingesetzt werden: Es sollen 1000 Windräder mit einer Nennleistung von 3 MW betrachtet werden. Die Volllaststundenzahl soll TV = 1800 betragen. Dann hat N den Wert 1000 und die Nennleistung einer Anlage den Wert 3 MW. Man kann also PA = 3 MW in die Formel einsetzen:

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Im Verbund mit einem Power-To-Gas Speichersystem haben 1000 Windräder mit einer Nennleistung von 3000 MW eine durchschnittliche Leistung, die bei rund einem Zehntel der Nennleistung liegt. Die durchschnittliche Leistung eines einzelnen Windrads mit 3 MW = 3000 kW liegt dann bei 300 kW. Die exzessive Verschleuderung von Ressourcen und den flächendeckenden Raubbau an der Natur kann man ermessen, wenn man sich klarmacht, dass drei moderne Turbodieselmotoren mit einem Hubraum von 2 Litern eine größere Leistung haben. Diese Motoren würden samt Generator in jedes deutsche Wohnzimmer passen.

Um sich nun zu überlegen, wie viele Windräder es braucht, um ein Viertel der durchschnittlichen Netzleistung von 68.500 MW durch Windkraft zu ersetzen, kommt man mit dem elementaren Dreisatz unmittelbar zum Ziel: Wenn 1000 Windräder eine Durchschnittsleistung von 310 MW haben, dann haben X Windräder eine durchschnittliche Leistung von 20.000 MW.

Nach einschlägigen Rechenregeln aus der siebten Klasse (!) ergibt sich als erforderliche Zahl von Windrädern:

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Diese doch recht beträchtliche Zahl sagt zunächst nicht viel aus. Sie gewinnt etwas an Anschaulichkeit, wenn man sich vergegenwärtigt, dass Anfang 2013 rund 23.000 Windräder in Deutschland installiert waren.

In jeder Studie wird empfohlen, Windräder in Windparks zusammenzufassen. Dieser Empfehlung wollen wir hier nachkommen und 55.240 Windräder in Windparks zu je 10 Anlagen zusammenfassen. Diese 5524 Windparks sollen in Gedanken gleichmäßig über ganz Deutschland verteilt werden.

Durch diese Anordnung wollen wir der Hoffnung Rechnung tragen, dass eine gleichmäßige Verteilung der Anlagen die Stromeinspeisung glättet. Diese immer wieder formulierte Hoffnung ist zwar unzutreffend und von uns hier widerlegt, der Empfehlung wollen wir dennoch folgen.

Deutschland hat eine Gesamtfläche von 360.000 km2.

Diese Fläche teilen wir nun in ein Schachbrettmuster aus gleichen Quadraten auf und wir stellen uns vor, dass wir in der Mitte eines jeden Quadrats einen Windpark mit je 10 Windrädern bauen. Jedes dieser kleinen Quadrate hat dann eine Fläche von

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Zunächst erscheint diese Fläche recht groß; dieser Eindruck täuscht jedoch: Ein Quadrat mit einer Fläche von 65 km2 hat eine Kantenlänge von 8 km.

Fazit

Wir kommen also zu dem überraschenden Schluss, dass wir die gesamte Fläche Deutschlands von Flensburg bis nach Berchtesgaden, von Aachen bis nach Görlitz im Abstand von durchschnittlich 8 km mit Windparks zubauen müssen, um ein Viertel der Stromversorgung Deutschlands mit Windkraftanlagen sicherzustellen.

Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle angemerkt, dass sich an dieser Tatsache nichts Wesentliches ändert, wenn man größere Volllaststundenzahlen in Ansatz bringt: Bei einer Volllaststundenzahl von 2500 h werden 40.000 Windräder benötigt und der Abstand von Windpark zu Windpark erhöht sich von 8 km auf 9,4 km.

Diese Zahlen sind keineswegs aus der Luft gegriffen: In der bereits erwähnten Studie des Fraunhofer-Instituts ISE in Freiburg wird beispielsweise eine mittlere Volllaststundenzahl von 1800 h und eine Nennleistung der Windkraftanlagen von 170.000 MW (das entspricht 57.000 Windkraftanlagen mit je 3 MW) angenommen.

Keiner dieser Abstände ist in Deutschland umsetzbar: Kein vernunftbegabter Bürger würde eine solche flächendeckende Schändung unserer Landschaften dulden. Für unser Land ist das ein ökologisches Horrorszenario. Politiker, die solche Szenarien ernsthaft betrieben, würden sich ohnehin sehr bald dort wiederfinden, wo sie hingehören: Auf den harten Bänken der Opposition.

Die vorstehende Betrachtung wirft auch ein Schlaglicht auf die Verschleierungstaktik einschlägiger Institute und die völlige Realitätsferne jener Politiker, die sich dieser Studien in der öffentlichen Diskussion gern bedienen. Allen ruft der Verfasser zu: Besinnen Sie sich auf die Gesetze der Physik und befassen Sie sich mit dem elementaren Dreisatz. Lassen Sie Ihre Vernunft walten und denken Sie selbst über die Dinge nach, die Ihnen in Szenarien, Konzepten und Gutachten einschlägig bekannter Professoren vorgegaukelt werden.

Quellen:

lit

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