Wir sind jetzt imstande, die Beziehung zwischen der durch- schnittlichen Windge- schwindigkeit und der jährlichen Energie- produktion einer Windkraftanlage zu berechnen.

Für die Kurve rechts haben wir den Leistungs-Calculator von der vorigen Seite und die Leistungskurve der 600 kW-Anlage (voreingestelltes Beispiel) verwendet. Dabei sind wir von einem normalen atmosphärischen Luftdruck mit einer Luftdichte 1.225 kg/m 3 ausgegangen.

Für jeden der Weibull-Formparameter 1.5, 2.0 und 2.5 haben wir den jährlichen Energieertrag als Funktion der Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe errechnet.

Wie wir sehen, kann die Ausbeute bei einer geringen durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 4.5 m/s um bis zu 50 Prozent schwanken, in Abhängigkeit des Formparameters. Bei einer sehr hohen mittleren Geschwindigkeit von 10 m/s beträgt die Schwankungsbandbreite rund 30 Prozent.

Nun sehen wir uns einmal die rote Kurve mit k=2 an; meistens wird diese von den Herstellern angeführt:

Bei einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 4,5 m/s in Nabenhöhe wird die Anlage rund 0,5 GWh oder 500 000 kWh pro Jahr produzieren. Beträgt die mittlere Windgeschwindigkeit hingegen 9 m/s, dann klettert der Energieertrag auf 2,4 GWh/Jahr = 2 400  000 kWh/Jahr. Anders ausgedrückt: Die Verdopplung der mittleren Windgeschwindigkeit bewirkt eine 4.8-fache Erhöhung der Energieproduktion.

Wenn wir einen Vergleich zwischen 5 und 10 m/s ziehen würden, wäre das Verhältnis der Energieerträge genau 1 zu 4. Der Grund, warum diese beiden Ergebnisse nicht übereinstimmen, liegt darin, daß der Wirkungsgrad der Anlage mit der Windgeschwindigkeit schwankt, wie uns die Leistungskurve zeigt. Beachten Sie, daß die bei der Leistungskurve angesprochene Unsicherheit auch für das obige Ergebnis gilt.

Wir könnten unsere Berechnungen noch verfeinern, indem wir berücksichtigen, daß in gemäßigten Klimazonen der Wind im Winter stärker weht als im Sommer, und tagsüber stärker als bei Nacht.

Eine andere Art zur Feststellung des jährlichen Energieertrages einer Windkraftanlage ist der Auslastungsfaktor. Darunter verstehen wir die tatsächliche Energieproduktion dividiert durch den theoretischen, maximalen Ertrag, wenn die Anlage bei Nennleistung die gesamten 8766 Stunden einesJahres laufen würde.

Beispiel: Wenn eine Anlage mit 600 kW 1.5 Millionen kWh pro Jahr produziert, beträgt der Auslastungsfaktor 1500000 : ( 365.25 * 24 * 600 ) = 1500000 : 5259600 = 0.285 = 28.5 Prozent.

Auslastungsfaktoren können theoretisch zwischen 0 und 100 Prozent schwanken, in der Praxis jedoch bewegen sie sich im Bereich von 20 bis 70 Prozent, meist aber zwischen 25 und 30 Prozent.

Obwohl man normalerweise einen hohen Auslastungsfaktor erreichen möchte, muß das wirtschaftlich betrachtet nicht immer ein Vorteil sein. Diese Tatsache führt bei Leuten, die mit konventioneller oder nuklearer Technologie zu tun haben, oft zu Verwirrungen.

In Gegenden mit sehr starkem Wind kann es zum Beispiel von Vorteil sein, einen größeren Generator bei gleichem Rotordurchmesser zu verwenden (oder einen kleineren Rotordurchmesser bei gleicher Generatorleistung). Das bedeutet, daß der Auslastungsfaktor kleiner wird, da die Turbine den Generator weniger auslastet. Dennoch kann diese Vorgangsweise zu einer beträchtlichen Steigerung des Energieertrags führen, wie man bei der Verwendung des Leistungs-Calculators auf dieser Website schnell sehen wird.

Ob es sinnvoll ist, den Auslastungsfaktor durch die Wahl eines relativ großen Generators zu senken, hängt sowohl von den Windverhältnissen als auch vom Preis der verschiedenen Modelle ab.

Wir können das Auslastungsfaktor-Paradoxon auch auf eine andere Art und Weise betrachten: Zu einem gewissen Grad haben wir die Wahl zwischen einer relativ stabilenLeistungsversorgung (innerhalb der Grenzen des Generators) mit einem hohenAuslastungsfaktor oder einem stärker variierenden, hohen Energieertrag bei einem geringeren Auslastungsfaktor.