Nachgerechnet: Wie viel leistet eine Windturbine?

„Lassen Sie uns gemeinsam, aktuelle Themen untersuchen, die von den Medien häufig erwähnt, aber selten erklärt werden“, so Dr. Hofmann-Reinecke in der Einleitung zur Video-Reihe „Tichys Einblick in die Welt der Zahlen“. Darin wird Physik anhand von Beispielen aus dem Alltag, anschaulichen Graphiken sowie Zahlen und Formeln erklärt.

 
SPD, Grüne und FDP wollen die erneuerbaren Energien laut Koalitionsvertrag drastisch ausbauen. Deutschland hatte im Jahr 2020 einen Strombedarf von 545 Terrawattstunden, Windenergie hat davon 19 Prozent gedeckt. Können Windturbinen überhaupt als zentrale Säule der Energiewende gelten?

Wir haben beim Physiker Dr. Hofmann-Reinicke nachgefragt: Wind weht und kostet ja bekanntlich nichts, aber wie viel kostet eine Windturbine? Und wo sind die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit? Brise oder Sturm: Was ist die optimale Windgeschwindigkeit für ein Windrad?


Dr. Hans Hofmann-Reinecke studierte Physik in München und arbeitete danach 15 Jahre in kernphysikalischer Forschung. In den 1980er Jahren war er für die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA) in Wien als Safeguards Inspektor tätig. Er lebt heute in Kapstadt.

Mehr zu dem Thema im Blog des Autors Think-Again

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Kommentare ( 22 )

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Nigella
1 Tag her

Man müßte auch noch berücksichtigen, zu welchen Zeiten die Windkraftanlagen Energie liefern. Gibt es auch Zeiten, in denen der Strom NICHT gebraucht wird und gegen Bezahlung ins Ausland geliefert werden muß?
Und wie sieht es mit dem Energiebedarf für die Produktion, Aufstellung, Abbau und Recycling aus? Die Betonklötze im Boden zu lassen ist für mich nicht akzeptabel. Wieviel echter Energiegewinn blibt dann noch?

Kassandra
28 Tage her

Gegen so was kommen Sie nicht an: https://twitter.com/peter_simone/status/1475075970864488450
Es scheint, man denkt ins Sphären. Kraftwerke abschalten, um Durchleitungskapazität für Erneuerbare zu schaffen – auch, wenn der Wind dann nicht weht.

Endlich Frei
1 Monat her

Der Globus zeigt sich weitgehend unbeeindruckt durch den deutschen Billionenwahn. Die Weltbevölkerung steigt derzeit jedes Jahr um rund 83 Mio. Erdbürger – sprich die Einwohnerzahl Deutschlands. Der Einfluss der (ohnehin nicht CO2-neutralen) Windkraftpolitik ist ergo völlig bedeutungslos, führt nur zur Abwanderung energieintensiver Industrien bzw. Auslagerung der Produktion (z. B. Kraftwerksbau, Verbrenner-PKW/Motoren – siehe VW, Mercedes, BMW) in andere Staaten. Die Deutschen zahlen sich am Ende dumm und d….. mit dem Ergebnis, dass man für einen gegebenen Wohlstand X bald 5x so hart arbeitet wie z. B. in Lateinamerika oder Asien. Das ist heute schon so. Schon heute meiden Fachkräfte unser… Mehr

taximan
1 Monat her

am frühen Abend wurden fast 2/3 des Stromes in D durch Erdgas/Kohle/Atom erzeugt. (https://app.electricitymap.org/zone/DE?wind=true&solar=false). Wie sollen die eigentlich durch Windkraft ersetzt werden? Hat Plapperlenchen da auch eine Idee?

Nigella
1 Tag her
Antworten an  taximan

Leider taugt die heiße Luft, die Politiker (generisches Maskulinum) produzieren, nicht zum Antreiben der Windräder.

Mirabelle
1 Monat her

Ein guter Beitrag, sehr aufschlußreich.Vor allem, weil die Formeln so schön dastehen, dass man sie nachlesen kann.
Nur eine kleine Anmerkung habe ich zu den 40 %. In der Formel werden daraus 0,4 – das ist richtig – aber nicht 0,4 PROZENT. Bitte nachjustieren. Vielen Dank.

Schlagsahne
1 Monat her

Sehr geehrter Herr Hofmann- Reinecke,
Wenn der Beitrag der Windenergie in 2020 sich auf 16 Prozent belief, dann würde eine Verdoppelung des Windrad- Bestandes in etwa zu 32 Prozent Anteil führen?
Wenn dem so ist, dann habe ich mal eine blöde Frage: können die Treiber der Energiewende nicht rechnen oder haben die noch ein Ass im Ärmel? Ich meine jetzt nicht die Journalisten, die eh nur alles dummes Zeug nachplappern- sondern die Experten wie Frau Kemfert etc.
Können die nicht rechnen und erzählen uns irgendwelchen Hokuspokus????
Irgendwie passt das alles nicht zusammen?!…

Th. Nehrenheim
1 Monat her
Antworten an  Schlagsahne

Ich denke, die optimieren ihre Annahmen, um bessere (geschönte) Argumente für ihre politisch – und von anderen vor allem wirtschaftlich – erwünschten Ziele zu haben. Man darf nicht vergessen, dass mit diesen Anlagen aufgrund der Bezuschussung aus unseren Energiekosten irre Geld gemacht wird.
Es ist doch jedem klar, dass die bereits aufgestellten Windkraftanlagen an den besten Plätzen stehen. Es bleiben also fast nur Standorte minderer Windausbeute übrig und daher ist bei einer Verdoppelung der Anlagen mit deutlich weniger als Faktor 2 bei der Anteilserhöhung zu rechnen.
Faktor 2 für die Verschandelung aber bleibt in etwa.

Kassandra
28 Tage her
Antworten an  Th. Nehrenheim

Es sind Illusionisten. Schlimm nur, dass sie das Heft des Handelns schon seit Merkel in Händen halten.
Schon bei jetzigen Anlagen gibt es welche, die den ROI nie erreichen werden.

Kerubo
1 Monat her

Was mir immer wieder bei so einem Thema, durch den Kopf geht, komme selbst aus dem Maschinenbau, also was mir auch nach dem Beitrag oben, was mich da beschäftigt. Warum sind diese Flügel von Windrädern so schmal, und stellen dem Wind so wenig Widerstand entgegen? Als einer, der mit dieser Art der Technik wenig zu tun hat, kann sich dieses Missverhältnis schwer erklären. In dem Fall versuche ich mir das mit anderen Techniken, die auf Wind angewiesen sind, zu erklären. Beispiel 1: Flugzeuge, Flügel sind in Abhängigkeit zur Geschwindigkeit, 800 km/h, 222 m/s, wesentlich größer. Bei Geschwindigkeiten so um 45 m/s wären… Mehr

Helmut Kogelberger
1 Monat her
Antworten an  Kerubo

In der Hoffnung, nicht wieder in der Rundablage der Moderation zu verschwinden, hier mein profundes Halbwissen als ehem. Pilot und Fluglotse: Ein Flugzeugflügel bewegt sich über die gesamte Länge mit nahezu gleichbleibender Geschwindigkeit durch den Luftstrom. Ein Propeller, ob nun als Antrieb eines Flugzeuges oder als Teil einer WKA bewegt sich je nach Entfernung zur Propellernabe mit stark unterschiedlicher Geschwindigkeit durch den Luftstrom. Bei einem Rotordurchmesser einer WKA von 100 Metern bewegt sich bei 20 U/min die Blattspitze mit etwa 105m/sec, während sich die Blattmitte nur mit etwa 52 m/sec bewegt. Je größer die Profiltiefe (von Nase bis Hinterkante), umso… Mehr

Th. Nehrenheim
1 Monat her
Antworten an  Kerubo

Ich bin nur Chemiker, aber ich vermute, dass es eine Frage der verfügbaren Materialien ist. Das Rotorblattmaterial muss leicht, aber auch stabil gegenüber großen Scher- und Zugkräften sein.
Überdies haben auch die Lager ihre Grenzen. Es kommt öfter vor, dass diese heißlaufen und die Achse notgebremst werden muss.

Gunther K
1 Monat her

Hallo Herr Hofmann-Reinecke, liebes Forum, vermutlich habe ich nur ein Verständnisproblem bei der Berechnung der wirksamen Fläche der Rotoren. Ich hätte angenommen, dass hier nur die Netto Flügelfläche zum Ansatz kommt, also 3 (Blätter) x 40m x 1m (LxB) = 120m^2. Stattdessen wird die gesamte von den Rotoren überstrichene Fläche (5000m^2) zum Ansatz gebracht. Die schmalen Flügel schöpfen doch nur einen Teil der Energie der anströmenden Luft ab. Wären 6 Flügel (240m^2) montiert, würde doch auch annähernd die doppelte Energieausbeute bei gleichem Rotorenkreis erzielt. Über eine Erklärung für den Laien würde ich mich freuen! @te: ein klasse Format habt ihr… Mehr

Last edited 1 Monat her by Gunther K
think again
1 Monat her
Antworten an  Gunther K

Lieber Günther,

Danke für Ihr Interesse und das freundliche Feedback.

Die Windleistung, die durch die 5000 m2 Kreisfläche bläst,  ist die maximal verfügbare Leistung .

Tatsächlich ernten die drei schmalen Flügeln ca. 40% davon. Diese „Ernte“ ist offensichtlich nicht proportional zur Fläche der Rotorblätter. Nach Ihrer Rechnung könnte man ja nur 120 m2 / 5000m2 = 2,4% ernten. Der Zusammenhang ist keineswegs linear, sondern viel, viel komplizierter. 

Beste Grüße hhr

Gunther K
1 Monat her
Antworten an  think again

Lieber HHR,
haben Sie vielen Dank.
Ich freue mich schon auf ihren nächsten Artikel.
Liebe Grüße
Gunther König

alter weisser Mann
1 Monat her
Antworten an  think again

Ist Inhaltdieser Frage also im Wirkungsgrad mit einbezogen?
Sollte nicht zur Klarheit ein separater Abschlag sichtbar sein?
Wenn die Rotorblätter 40% ernten, wo bleibt dann der Rest der Leistungsschmälerung, die in der Energieumwandlung hin zum Strom den Wirkungsgrad reduziert? Der Wirkungsgrad wird ja mit 40% angegeben, da kann neben der Rotorernte nichts mehr abgehen.

twsan
1 Monat her

Ha – das glaube ich nicht.

In Deutschland weiß doch jedes Kind, dass der Wind um so stärker bläst, je mehr Windräder stehen.

Zugestanden – mache verstockten Erwachsenen sehen das anders…

Soeren Haeberle
1 Monat her
Antworten an  twsan

Exakt, wenn zu viel Sonne scheint und kein Wind geht, könnte man sogar die Windräder zur Kühlung verwenden, indem man den Generator der Gondel zum Motor macht und überschüssige Photovoltaik-Energie anstatt nach Österreich mit einem 😉 Zusatz-Obulus zu verschenken, in den Windrädern „verbrät“. (Schlagwort „Nutzbremsung bei E-Mobilität“).
Ganz ohne Kobolde die bei Windstille die Rotoren trotzdem drehen.

twsan
1 Monat her
Antworten an  twsan

Ich sehe das in meiner Umgebung bewiesen:

Erst standen da nur 6 Windräder, die sehr oft (die meiste Zeit?) still standen.
In einem zweiten Bauabschnitt kamen dann in 5 km Entfernung noch 8 weitere Windräder dazu und in einem 3. Bauabschitt noch weitere 3, in einem Abstand von 700m von den ursprünglichen 6 Windrädern.

Da sich all diese Windräder aber noch immer nicht häufig genug drehen, werden noch weitere dazu kommen…

Last edited 1 Monat her by twsan
FZW
1 Monat her
Antworten an  twsan

Das ist wie beim Impfen: wir brauchen von dem, das nichts hilft, einfach immer nur noch mehr.

Kassandra
28 Tage her
Antworten an  FZW

Tja. Baerbock hat das auch begriffen: https://twitter.com/AuswaertigesAmt/status/1474047284920954887
Immerhin.

Rasparis
3 Tage her
Antworten an  FZW

Es „hilft“ aber schon, wenn auch nicht zur Sicherung der Energieversorgung: Die Windmühle steht in 20 Jahren Nutzungsdauer 15 Jahre lang herum, ist anschließend verrottet, wird abgerissen und muß neu gebaut werden. Wenn an von den riesigen Dingern (ich meine einmal gelesen zu haben, daß da mit Fundamenten 10,000 oder mehr Tonnen Material verbaut werden bei größeren) hundertausende baute bedeutet Sachwertezerstörung fast wie im Krieg und generiert Wachstumseffekte in einer überschuldeten und wachstumschwachen Globalwirtschaft – mindestens, was den westlichen Teil von „Global“ betrifft. „Digging holes and fill them up“, um mit Keynes zu sprechen. „Resourcenschonung“ oder „Nachhaltigkeit“ interessiert hier keinen… Mehr