Die Leistung (kW) eines Windrads steigt und fällt mit der Windgeschwindigkeit. Die im Windrad produzierte elektrische Leistung schwankt mit der Windgeschwindigkeit. Man würde salopp sagen, je höher die Windgeschwindigkeit ist, desto höher ist auch die Leistung des Windrads. Leider ist es nicht ganz so einfach, weil die Leistung sehr viel stärker anwächst als die Windgeschwindigkeit selbst: Wie man sagt, ist dieser Zusammenhang bei einem Windrad „kubisch“, d. h. die Leistung des Windrads ändert sich mit der 3. Potenz der Windgeschwindigkeit.
Dieser Zusammenhang ist bekannt, seit man Ventilatoren, Propeller und Schiffsschrauben baut. Das bedeutet, dass sich die Leistung verachtfacht, wenn sich die Windgeschwindigkeit verdoppelt. Die Leistung eines Windrads reagiert also sehr empfindlich auf Änderungen der Windgeschwindigkeit. Das kann man auch daran ablesen, dass die Produktion der gleichen Strommenge mal fast einen ganzen Tag und bei günstigem Wind nur eine Stunde dauert. Bei einem Windrad mit einer Leistung von 3000 kW bedeutet das, dass die Leistung von 37 kW auf 480 kW anwächst, wenn sich die Windgeschwindigkeit von 3 m/s auf 6 m/s erhöht. Die genannten Zahlen stammen aus einem Datenblatt für eine Enercon 101- Windkraftanlage.
Diese Leistungscharakteristik könnte für eine Stromversorgung ungünstiger nicht sein – schließlich ändert sich die Windgeschwindigkeit zufällig je nach Wetterlage. Eine kaum spürbare Erhöhung der Windgeschwindigkeit um 10% bewirkt eine Leistungserhöhung von 30%. Bei schwachem Wind trudelt ein Windrad eher gemütlich vor sich hin, bei starkem Wind läuft es zur Höchstleistung auf. Ein Auto mit zufälligen Zündaussetzern, das mit Vollgas gefahren wird, hat ein ähnliches Leistungsverhalten.
Abbildung 2: Häufigkeitsdiagramm eines 3000 kW- Windrads
Wenn man nun das Häufigkeitsdiagramm der Windgeschwindigkeit kennt, wie kommt man nun auf das Häufigkeitsdiagramm der eingespeisten Leistung?
Hier hilft die Mathematik: Man kann das Häufigkeistdiagramm der Windgeschwindigkeit umrechnen auf das Häufigkeitsdiagramm der eingespeisten Leistung. Hier kommt man zunächst zu dem überraschenden Ergebnis, dass die Häufigkeit der eingespeisten Leistung einer gänzlichen anderen Gesetzmäßigkeit folgt als die Windgeschwindigkeit. Diese Tatsache ergibt sich aus der kubischen Abhängigkeit der Leistung von der Windgeschwindigkeit. Das Häufigkeitsdiagramm eines 3000 kW Windrads ist in Abbildung 2 dargestellt.
Unschwer kann man erkennen, dass niedrige Leistungen sehr häufig und hohe Leistungen eher die Ausnahme sind.
In dieser Abbildung kann man ablesen, dass die Leistung eines 3000 kW Windrads an 132 Tagen im Jahr (also mehr als 4 Monate) zwischen 0 und 145kW (das sind rund 5% der Nennleistung) liegt. Die volle Leistung (hier 3000 kW) erreicht ein Windrad nur selten. Dass Windräder häufig still stehen ist also kein subjektiver Eindruck, sondern eine mathematisch beweisbare und damit erwiesene Tatsache.
In einer Propagandaschrift der Windlobby unter dem Titel ‘A bis Z- Fakten zur Windenergie’ wird dieser Zusammenhang wie folgt umschrieben „Allerdings drehen sich die Rotoren nicht immer mit maximaler Leistung“.
Aus diesem Grund ist die weit verbreitete Behauptung der Windlobby unzutreffend, dass Windräder Haushalte mit Strom versorgen können – die Versorgungsaufgabe scheitert schon daran, dass Windräder keinen Strom liefern wenn, und das ist sehr häufig, der Wind nur mäßig weht und Leistung daher klein ist. Letztlich ist dies Folge aus der Weibull-Verteilung der Windgeschwindigkeit und dem (kubischen) Zusammenhang zwischen eingespeister Leistung und Windgeschwindigkeit.
Betrachtet man nun eine größere Fläche, in der eine große Anzahl von Windkraftanlagen verteilt ist, stellt sich die Frage, in welchem Umfang sich diese Windräder untereinander ergänzen können. Produzieren die einen Windräder Strom, wenn andere still stehen? Weht der Wind immer irgendwo?
Ohne eine genaue statistische Analyse vorzunehmen, kann man sich dieser Frage vorläufig ganz anschaulich nähern: Hohe Windgeschwindigkeiten treten typischerweise bei Tiefdruckwetterlagen auf und die Größe des Tiefdruckgebiets bestimmt die Fläche, in der mit erhöhten Windgeschwindigkeiten zu rechnen ist. In der gesamten Fläche sind dann hohe eingespeiste Windleistungen zu erwarten.
Die umgekehrte Aussage gilt in der gleichen Weise: Bei geringen Windgeschwindigkeiten sind die Windleistungen in der gesamten Fläche niedrig. In beiden Fällen können sich Windräder in dieser Fläche
nicht untereinander ergänzen. Bei Hochdruckwetterlagen können diese Flächen schon mal so groß wie ganz Deutschland sein. Mittlere Tiefdruckgebiete haben praktisch immer die Größe von mindestens mehreren Bundesländern, normale Tiefdruckgebiete überdecken fast immer ganz Deutschland.
Wenn man nun das Häufigkeitsdiagramm der eingespeisten Windleistung in einem kleineren Gebiet, wie etwa das vom Netzbetreiber Amprion, erstellt, findet man diese Überlegungen bestätigt:
Abbildung 3: Häufigkeitsdiagramm der Windleistung im Amprion- Netz
Auch in einem Gebiet von der Größe des Amprion-Netzes ergänzen sich Windräder untereinander nicht. Das Häufigkeitsdiagramm zeigt noch immer den fallenden Verlauf:
Niedrige Leistungen bis zum Stillstand sind besonders häufig, große Leistungen sind eher selten.
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