Vorgestern erschien in der Zeitung welt ein Artikel (leider hinter paywall) mit dem Titel: „Deutschlands dramatischer Windkraft-Einbruch – und seine Folgen“ und den einleitenden Worten: „Seit Monaten liefert die Windkraft extrem wenig Energie, denn die Windgeschwindigkeit ist auf den tiefsten Stand seit mehr als 50 Jahren gefallen.“
Die Webseite Apollo News nimmt darauf Bezug und veröffentlichte noch am selben Tag einen Artikel mit der Überschrift „Blackout durch Hellflaute?“ Sie schreiben:
„eine Abnahme der mittleren Windgeschwindigkeit droht, das Modell Windkraft als Rückgrat der Energiewende kollabieren zu lassen. […] Ein kürzlicher Bericht der Welt beschreibt einen dramatischen Einbruch der Windkraftproduktion, da die Windgeschwindigkeiten auf den niedrigsten Stand seit über 50 Jahren gesunken sind. Der Wind in hundert Metern Höhe wehte im Mittel über Deutschland nur mit 5,5 m/s, ein Fünftel weniger als sonst. Für Windstromproduzenten ist das eine schlechte Nachricht. Ein Prozent weniger Windgeschwindigkeit erzeugt drei Prozent schlechteren Windstromertrag. Etliche von ihnen machen derzeit Verluste.“
Nun, ein Fünftel weniger Wind sind nicht „ein Prozent“ sondern 20 Prozent. Nun vermute ich, daß man daneben liegt, wenn man 1% weniger Wind = 3% weniger Stromertrag im Dreisatz hoch rechnet, denn dann würden aus 20% weniger Wind = 60% weniger Stromertrag ergeben.
Andererseits könnte dies sogar stimmen, denn Windkraftanlagen brauchen eine Mindestwindgeschwindigkeit um überhaupt Strom zu generieren. Und selbst wenn der schwache Wind gerade begonnen hat die Anlage zu drehen und Strom zu produzieren, dann ist noch kein Ertrag gewonnen, denn die Anlage hat auch Stromverbrauch bei Windstillstand. Das mag bei der einzelnen Anlage wenig erscheinen, bei derzeit ca. 30.000 Windkraftanlagen kommt jedoch einiges zusammen.
Ich zitiere aus dem Buch „Schluss mit der Energiewende“ von Dr. Björn Peters, Seite 45f:
„Es gibt noch einen weiteren wichtigen Effekt: Alle Kraftwerke benötigen auch im Stillstand Energie. So brauchen Windkraftwerke beispielsweise in erheblichem Maße Energie für die Rotorsteuerung und im Winter für die Beheizung der Rotorblätter. Stehen alle Windräder still, liefern die ca. 30.000 deutschen Windkraftwerke also nicht nur keinen Strom – sie benötigen zusammen selbst so viel davon wie ein Großkraftwerk! Die gesicherte Leistung der Windenergie ist also negativ.
Zusätzlich ist die stündliche Windeinspeisung fast gar nicht mit dem Stromverbrauch korreliert.
Windstrom ist im Sinne einer stabilen Stromversorgung Zufallsstrom und hat einen energiewirtschaftlichen Wert nahe null.„
Und eines ist zu 100% sicher: Windkraftanlagen bremsen den Wind. Das müssen sie tun, denn sonst könnten sie keine Energie aus dem Wind ziehen. Laut „Strom-Report, https://strom-report.com/windenergie/ haben im Jahr 2024 die Windkraftanlagen Deutschlands, zu Land und zu Wasser zusammen 136,4 Mrd. kWh, also 136,4 TerraWattstunden an Windstrom produziert. Das bedeutet, und das steht nicht auf der Seite, daß sie diese Leistung aus dem Wind gezogen haben. In anderen Worten bremsen diese Anlagen den Wind in Deutschland um jährlich mehr als 136 TWh. Und es muss deutlich mehr sein, denn Windkraftanlagen haben garantiert keinen Wirkungsgrad von 100%. Das heißt, sie müssen den Wind deutlich mehr bremsen als die Energiemenge, die in Form von Strom entnommen wird. In Internet finden sich Angaben von 40 bis 50% Wirkungsgrad.
Dazu zitiere ich von der Seite „Welt der Physik“:
„Der theoretische Wirkungsgrad von 59,3 Prozent wird in der Praxis nicht erreicht, obwohl die heutigen dreiblättrigen Rotoren durchaus Werte bis zu fünfzig Prozent erreichen. Die Anlagenteile, mit denen die kinetische Windenergie in elektrischen Strom umgewandelt wird, führen dann zu weiteren Effizienzverlusten. Das beginnt mit der Ausrichtung der Rotoren nach Windrichtung und -stärke, setzt sich über das Getriebe fort, mit dem die Windflügel den elektrischen Generator antreiben und deren beider Wirkungsgrade, bis hin zum Transformator, der die Verbindung zum Netz herstellt. In der Praxis führt dies zu Gesamtwerten beim Wirkungsgrad von etwas über dreißig Prozent.“
Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/energie/windenergie/physik-der-windenergie/
Nehmen wir wohlwollend als Gesamtwert 33% Wirkungsgrad. Dann wird der Wind in Deutschland jährlich um 408 TWh gebremst! Die folgende Frage mag polemisch wirken: Gibt es einen Klimawandel durch Windkraftanlagen?
Ganz abwegig ist diese Frage jedoch nicht. Den sicher ist, dass sie einen Einfluss haben.
Man könnte streiten, wie groß der Beitrag von Windkraftanlagen auf den Klimawandel ist und welche Wirkungen Windkraftanlagen auf das regionale und überregionale Klima haben.
Man sollte nicht so tun, als ob Windkraftanlagen „klimaneutral“ seien. Das sind sie nämlich nicht!
Oft hat die Menschheit erst lange nach Einführung einer neuen Technik die Folgen wahrnehmen können – und dann erst versucht mit noch neuerer Technik die selbst geschaffenen Probleme zu lösen und damit weitere neue Probleme geschaffen …
Meine Vorsicht gegenüber Windkraft- und PV-Anlagen ist keine Fortschrittsverweigerung, sondern Ausdruck von Systemverantwortung zur Erhaltung der Versorgungssicherheit.
Bei Hecken in der Landschaft ist seit langem bekannt, daß es hinter einer Hecke eine geringere Windgeschwindigkeit gibt, ungefähr bis zum 25-fachen der Heckenhöhe. Das heißt, eine 2 Meter hohe Hecke ergibt bis zu 50 Meter hinter der Hecke eine messbar geringere Windgeschwindigkeit (und durch die dadurch reduzierte Verdunstung ergibt es einen Mehrertrag). Nun ist eine Windkraftanlage etwas anderes als eine Hecke. Wenn man allerdings die Höhe moderner Großwindkraftanlagen betrachtet, die durchaus mit den Rotorspitzen auf 250 Meter Höhe kommen, dann kommt man beim Multiplizieren mit 25 auf satte 6,25 Kilometer! Und es gibt Regionen, da ist der Abstand zum Nächsten Windrad, oder gleich zum nächsten Windpark, weitaus geringer.
Nun ist es noch wichtig auf den Erntefaktor einzugehen.
Dazu zitiere ich aus dem oben schon genannten Buch von Dr. Björn Peters:
Energiequellen sollten einen „Erntefaktor“ von mindestens 7 aufweisen.
Nur dann ist der Faktor hoch genug, um neben dem Personal in der Energiewirtschaft auch deren Familien, Ausbilder, Ärzte, Landwirte, Schuster, Kinobetreiber, Medienschaffende und alle sonstigen Hersteller des täglichen Bedarfs mit Energie zu versorgen.
Im Englischen wird der Erntefaktor mit dem Akronym EROI oder ERoEI abgekürzt (Energy Returned on Energy Invested). In den Erntefaktor fließen alle Energiebeiträge ein: von Planung, Bau, Betrieb bis zum Rückbau des Kraftwerks über die gesamte Lebenszeit eines Kraftwerks. […]Die Tabelle stellt die jeweiligen Erntefaktoren der unterschiedlichen Energiequellen dar.
Wasserkraftwerke 50
Kohlekraftwerke 30
Gaskraftwerke 28
Windkraft an Land 16 (4 mit Speichern)
Solarenergie PV 4 (2 mit Speichern)
Biogaskraftwerke 3,5Thermische Kraftwerke auf Basis von Kohle, Öl und Gas kommen auf einen Erntefaktor im deutlich zweistelligen Bereich, Kernkraftwerke erreichen ca. hundert. Wasserkraft kann diese Spitzenwerte an guten Standorten auch erreichen, ist aber meist zweistellig.
Die Besonderheit bei den wetterabhängigen Energiequellen ist, dass diese nicht bedarfsgerecht liefern.
Solar- und Windenergie muss also noch veredelt werden, um dann und dort genutzt werden zu können, wo und wann sie gebraucht wird.
Hierfür sind Speicher oder Stromtrassen notwendig, die ohne Solar- und Windkraftwerke nicht benötigt würden. Die Energie, die für die Errichtung dieser zusätzlichen Anlagen verwendet wird, ist also den Wind- und Solarkraftwerken hinzuzurechnen.
Damit sinkt der Erntefaktor von Wind- und Solarkraftwerken unter die wirtschaftliche Schwelle von 7.
Die niedrigen Erntefaktoren demonstrieren, warum die Umgebungsenergien Sonne und Wind grundsätzlich nicht geeignet sind, um moderne Volkswirtschaften mit Energie zu versorgen: Der Materialverbrauch für ihre Nutzung ist viel zu hoch, und sie sollten nicht genutzt werden, solange es bessere Alternativen gibt. Sie sind daher ungeeignete Energiequellen für moderne Volkswirtschaften und werden es immer bleiben. Lediglich in Nischenmärkten wie Inseln oder abgelegenen Siedlungen werden sie sich am Markt durchsetzen können.
Fazit in meinen Worten:
Der Erntefaktor bei Wind- (und PV-) Anlagen ist im Vergleich mit üblichen Kraftwerken äußerst niedrig. Anders gesagt: Sie rechnen sich nicht!! – bzw. NUR mit durchgehend laufenden Fördermitteln! Dadurch machen Wind- und PV-Anlagen den Strom laufend teurer UND die Steuerlast größer. Beides trifft insbesondere die sozial benachteiligten Schichten der Gesellschaft. Wind- und PV-Anlagen sind daher asozial!
Der Erntefaktor über 100 von AKW ist ein Fake Wert. Er berechnet sich aus der Energie die das AKW über Betriebszeit Produziert durch Energie zum Bau des AKW.
Allerdings… Uran in der Natur ist nicht konzentriert genug und muss angereichert werden (-> Iran Anreicherungs Debatte). Vor ca. 15 Jahren, jedenfalls vor Fukushima las ich in den VDI-Nachrichten einen Bericht über den Stand der Uran Reserven. Uran, bei der Nutzung zu meiner Ausbildungszeit (1990er Jahre) war die nicht erneuerbare Energiequelle, wo Resourccen als erstes ausgehen. Entsprechend wurden damals bereits Uranerze abgebaut, deren Gehalt so niedrig war, daß bereits für die Zentrifungen für die Anreicherung soviel Energie benötigt wurde, daß alleine dadurch bereits der Erntefaktor pro Brennstoffeinheit auf max. 8 begrenzt ist. Je nach AKW Auslegung (Wirkungsgrad) auch weniger.
Und auch AKW, die mit relativ geringen Temperaturen betrieben werden, damit die Werkstoffe die Strahlung „sicher“ abschotten können was zu relativ geringen thermodynamischen Wirkungsgraden führt heizen die Umwelt ca. das doppelte als sie Strom produzieren (Am Ende wird eh alles Wärme).
Die Wirkungsgrad Frage bei Windkraft muss ich mir nochmal darauf ansehen wieviel „Abwärme“ entsteht. Wenn ich mich richtig erinnere, gibt es eine Ideale Auslegung bei der ein Windkraftwerk maximal ca. 2/3 der Energie des Windes ernten kann. Die Luftströmung kann ja nicht auf Null (=100%) hinter dem Windrad gebremst werden. Bei der maximalen Windernte = Reduzierung liegt das in dem Bereich.
Geben die Kraftwerkshersteller 59% an, kann gemeint sein, wie nahe sie dieser Auslegung kommen. Was dann wirklich in Wärme umgewandelt wird würde ich mit ca. 15…gut 20% maximal rechnen. Generatoren in der Größe können leicht 97% erreichen, ca. 1,5% für eine Getriebestufe, und dann noch Strömungsverwirbelung, Nebenaggregate, das läßt sich alles sehr effizient darstellen.
Seegelflugzeuge mit ca 25m Spannweite haben heute Gleitzahlen von 60 und besser. Das bedeutet Verlustleistung von kleiner 1,6% des Auftriebes. Ein Rotorflügel, deutlich länger müsste noch effizienter sein, da der Randwirbel bei Aerodynamischen Flächen den größten Anteil hat, weshalb gilt: “ je länger desto effizienter“ . Da gibt es nichts, was allzuviel Verlust erzeugt. Das meiste wird wohl durch den Widerstand der passiven Teile des Bauwerks sein.
ich denke es gibt eine Obergrenze für die sinvolle Nutzung der Wind- und Solarenergie. Diese sollte aber ausgeschöpft werden. Wobei das nicht in eine Profitgetriebene, auf endloses Wachstum angewiesene Wirtschaft passt. Dies zwingt zu exzesse, die man überall beobachten kann, weil die wirtschaftlichen Zwänge die Akteure dazu treibt, spätestens wenn der freundliche Herr von der Hausbank wieder einen Besuch abstattet, werden die nächsten irrwitzigen Szenarien zur nächsten Vorgabe gemacht.
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Hallo Frieder,
die Angabe des Erntefaktors bei AKW ist laut Wikipedia inkl. dem Aufwand der Brennstoffbeschaffung:
https://de.wikipedia.org/wiki/Erntefaktor#Erntefaktoren_und_Amortisationszeiten_einiger_Kraftwerkstypen
Vor Jahrzehnten hatte ich mal eine Statistik gelesen, daß ein AKW 30 Jahre brauchen würde um den Energieaufwand zur Herstellung wieder rein zu holen. Aber diese Statistik habe ich verlegt und nie wieder gefunden. Ich kann mir vorstellen, daß der Erntefaktor beim AKW bei 100 oder darüber liegt. Das ist ja nicht das Problem der AKWs. Die Dinger werden schon heiß im Inneren, extrem heiß sogar… Das Problem ist hauptsächlich die Strahlungsschäden im Fall eines Super-GAU, also der Totalzerstörung und der Verseuchung von ganzen Kontinenten. Ich bin gegen AKW. Keine Frage.
Für mich ist die „Obergrenze“ zur Nutzung der Windkraft ganz einfach geregelt: Maximale Höhe (inkl. Rotor) so hoch wie der höchste Baum der Region.
Das gebietet sich auch schon alleine aus dem Respekt gegenüber dem Wald. Früher durfte niemand höher bauen als der Kirchturm. Und wenn Windräder beispielsweise maximal 50 Meter hoch wären (inkl. Rotor), dann würden sie auch nicht sonderlich störend auf das Klima einwirken. Dennoch sind diese Geräte grundsätzlich Murks und für eine dauerhafte, nachhaltige Energieversorgung nie und nimmer geeignet. Die gefallen uns nur wegen der kindlichen Erinnerung an kleine Mini-Flügel-Rädchen-Spielzeuge, die man mal angepustet hat damit sie sich drehen.
Und Photovoltaik ist für abgelegene Inselanlagen vorübergehen durchaus brauchbar (solange es diese Industrie noch gibt).
Viele Grüße
Konstantin
Hallo Konstantin,
Ich habe jetzt mal die Quelle des Wikipedia Artikels verfolgt, aber mir das PDF des Papers doch nicht gekauft, kann also nicht nachsehen, was genau für die Brennstoffbereitstellung angesetzt wurde. Interessant, daß bei den Erneuerbaren noch die Energieverluste eines Pumpspeicherkraftwerkes einbezogen wurden.
https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.01.029
Wobei die Erzlagerstätten von Uran in verschiedensten Qualitäten vorhanden sind. Es gibt auch welche, die weit weniger zentrifugiert werden brauchen. Nur, wurden bereits in den Nuller-Jahre auf Quellen zurückgegriffen, auf die meine Aussage zutrifft. Uran gehört nicht zu den Energieträgern von denen besonders viel verfügbar ist.
Für diejenige die durch Wiederaufbereitung vom endlosen System träumen, in der VDI damals stand auch, daß für 10 Ausgangsbrennstäbe zwei 2 zurückbekommt. Seitdem sehe ich AKW Zukunft als erledigt an.
Für mich ist das nur getrieben durch Militär und Geschäftemacherei der Bauindustrie. Nicht von ungefähr musste AKW in Österreich gebaut werden, erst dann durfte vom Volk abgestimmt werden. Ähnlich sieht es in Wackersdorf aus.
Was die Temperatur im AKW betrifft, so ist es sicher „sehr heiß“ verglichen mit den alltäglichen Temperaturen. Allerdings nicht besonders heiß im vergleich zu anderen Kraftwerken. Vorallem bei Gaß-Kraftwerken wird mit sehr, sehr viel höheren Temperaturen gefahren, denn je höher die Temperatur, desto besser der Thermische Wirkungsgrad.
Vorallem deswegen kommen GuD-Krafwerke auf über 60%. Kohle kann nicht so heiß verbrannt werden, mit Steinkohle kommt man aber auch auf 45%, Braunkohle noch auf 40%.
Die AKW, von denen wir Daten in Vorlesung hatten waren Temperaturbedingt bei ca 25% limitiert. Für den neueren EPR wird 37% angegeben. Dies ist durch die Werkstoffe limitiert, die bei AKW zusätzlich noch Strahlenbelastung aushalten müssen. Wobei die Brennstäbe ja aussortiert werden, wenn sie nicht mehr genug Hitze liefern, weil Zerfallsrate zurück geht. Dann sind sie aber immer noch so, daß sie Heiß werden, weshalb sie im Abklingbecken gekühlt werden müssen, aber nicht mehr die Temperatur, daß sich ein Kraftwerksbetrieb lohnt.
https://www.energie-lexikon.info/kernkraftwerk.html
PS: Ich habe jetzt keine Aktuellen Quellen gefunden. Die Alten AKW, waren bei 250…300°C, die neuen müssen jetzt bei 400+ liegen, wo auch Braunkohle liegt, Steinkohle habe ich 600°C im Kopf, je nach Feuerungsmethode auch was mehr. Gaskraftwerke war 1200°C damals, Materialforscher haben damals Keramikmaterialien für 1300°C gesucht, weis nicht wo heute das Limit liegt. Der Carnot Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschinen limitiert berechnet den Wirkungsgrad = 1 – (Untere Temperatur / obere Temperatur), gerechnet in Kelvin, also ~°C+ 273. Bei Umgebungstemperatur hat man als Untere Temperatur immer etwas gut über 300K (350K realistischer), je weiter man davon weg kommt, umso besserer Wirkungsgrad ist möglich.
Solarkraftwerke sind auf 15…20% limitiert, weil man Sonnenstrahlung nur sehr schwer auf 200°C konzentriert bekommt, ohne daß Absorber zuviel an Umwelt verliert.
Gruß,
Frieder
PS: Falls jemand nachrechnet, Carnotwirkungsgrad ist eine Theoretische Schranke nach oben. Reale Prozesse sind schon mal einiges ungünstiger, schliesslich kommen dann all die technischen Verluste im Kraftwerk dann nochmal davon weg. Wenn man von dem Wert ca. 1/4 bis 1/3 abzieht kann man abschätzen wo man am Ende liegt. So das ist etwa die Quintessenz, was ich vom Studium noch im Kopf habe, weshalb ich dann doch andere Fächer gewählt habe.
Hallo Frieder,
in der Tabelle im Text habe ich nun „Atomkraftwerke 100“ gelöscht. ich will für die ja keine Werbung machen.
Viele Grüße
Konstantin
Okey, meine Gedanken… die Natur hat uns vorgemacht durch den Übergang der chemotropen Lebensweise, was im prinzip das verbrauchen vorhandener endlicher Energiedepots wie fossiler Energie entspricht (auch wenn sich beides im Erdkern etwas erneuert) zur Photosyntese, konnte sich das Leben um ein vielfaches um mehrere Zehnerpotenzen ausbreiten, weil die Erde von der Sonne jeden Tag mit soviel Energie beglückt wird.
Daher denke ich auch, daß die direkteste Solarenergienutzung am Ende auch für den Mensch das sinvollste darstellt. Zusammen mit Speichertechniken und einer Reduzierung des Energieverbrauches auf sinvolles, also nur das was wirklich Lebensqualität bringt.