Wie viel Energie steckt in Wind?
Stimmt das berühmte Betz-Gesetz, dann lassen sich aus einer Windströmung maximal 59,25925926 Prozent der Energie herausziehen. Doch ist das wirklich so? Und wie lassen sich Windparks trotz physikalischer Einschränkungen so effizient wie möglich betreiben? David Kaderabek, Teamleiter für die Projektierung bei EVN Naturkraft, weiß die Antwort.
Das Betz-Gesetz stammt aus dem Jahr 1919, damals konnte man keine aufwendigen Computersimulationen laufen lassen, sondern musste mühsam per Hand rechnen. Betz hat daher sein Modell eindimensional gehalten und viele Faktoren nicht einbezogen, wie zum Beispiel die Querströmung entlang der Rotorblätter. Heute haben wir mit dem Unified Momentum Model eine viel bessere Beschreibung, doch das Spannende ist: Dieses Modell liefert nahezu das gleiche Ergebnis. Es sagt einen Wert voraus, der unter bestimmten Umständen gerade einmal um rund ein Prozent höher ist.
Im Grunde ist das unerheblich. Denn in der Praxis werden weder die etwa 59 Prozent von Betz noch die Werte des aktuellen Modells erreicht. Verluste im gesamten Triebstrang in der Struktur des Windrads lassen das ebenso wenig zu wie Turbulenzen, topografische Einschränkungen und auch die gegenseitige Beeinflussung der Windräder. Das Idealszenario ist schlicht nicht erreichbar.
Dass Windparks dennoch immer effizienter werden und immer mehr Strom liefern, liegt daran, dass die Leistungsfähigkeit einzelner Anlagen massiv gestiegen ist. Während eine Onshore-Anlage im Jahr 2015 etwa 3 MW Nennleistung erreichte, sind heute moderne Anlagen mit 7 MW üblich.
Diese Leistungserhöhung ging mit größeren Rotordurchmessern und Nabenhöhen einher. Die größere Erntefläche, die Nutzung höherer Windgeschwindigkeiten und der gleichmäßigeren Winde in größerer Höhe lässt die Energieproduktion überproportional steigen. Die größten Windräder in Österreich erreichen inzwischen Nabenhöhen von bis zu 200 Metern und Gesamthöhen von bis zu 286 Metern.
Noch größere Windräder stoßen an transporttechnische Grenzen, die Kosten für Beton und Stahl steigen unverhältnismäßig und für noch höhere Bauarten würde es auch dementsprechend größere Kräne für den Aufbau benötigen.
Freilich: Schon einmal, vor rund zehn Jahren, hat man gesagt: Windräder können nicht mehr größer werden. Das war definitiv falsch. Es stellt sich allerdings die Frage, ob das der entscheidende Punkt ist. Denn letztlich zählt der gesamtenergetische Output eines Gebietes. Beispielsweise können auf Basis des genannten Repowerings moderne Anlagen ein Vielfaches der heutigen Erzeugung an bestehenden Standorten ermöglichen. Gleichzeitig bleibt es wichtig, rasch neue geeignete Gebiete zu erschließen. Angesichts der aktuellen Herausforderungen sollte das die Priorität sein.
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