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Tutorial: Wirkungsgrad

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Was ist Primär- und was Sekundärenergie?

Nicht jede Kilowattstunde Energie wird sinnvoll eingesetzt. In konventionellen Kraftwerken ist ein Großteil der Energie „für die Katz“.

Der Wirkungsgrad in der Windkraftnutzung

Bei den fossilen Energieträgern wird als Primärenergie diejenige Energiemenge herangezogen, die in dem Brennstoff chemisch gebunden ist. Bei der Windkraft wird die gesamte aufgrund der Windgeschwindigkeit über die Rotorfläche einer Windkraftanlage bereitstehende Energie als Primärenergie festgelegt.
 
Hätte ein Windkraftwerk also einen Wirkungsgrad von 1 bzw. 100%, so würde das bedeuten, dass es unmittelbar hinter der Windkraftanlage vollständig windstill wäre, weil die Anlage dem Wind die gesamte Bewegungsenergie entziehen würde. Dies ist schon deshalb nicht möglich, weil die Luft hinter der Anlage entweichen muss, um für die nachströmende Luft Platz zu machen.
 
Angesichts dieser Definition der Primärenergie von Windkraftanlagen haben diese einen prozentualen Wirkungsgrad, der nur geringfügig über dem von Braunkohlekraftwerken liegt, also bei etwa 40-50%. Der maximal nach physikalischen Gesetzmäßigkeiten rein theoretisch erreichbare Wirkungsgrad wurde vom Physiker Albert Betz errechnet und wird als Betzscher Leistungsbeiwert oder Betzscher Wirkungsgrad bezeichnet. Dieser beträgt knapp 60%. Das ist also der Energieanteil, den eine Windkraftanlage dem Wind maximal entnehmen kann.
 
Im Vergleich zum Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken gibt es aber einige wichtige Unterschiede:
 

  • Wind kostet im Gegensatz zu Kohle kein Geld.
  • Die Ressourcen der Energiequelle Wind sind im Gegensatz zu Kohle unendlich.
  • Durch die Nutzung der Windenergie entstehen im Gegensatz zu Kohle keine Schadstoffe, insbesondere kein Kohlendioxid.
  • Die Energie des Windes wird nicht erst erzeugt, um dann genutzt zu werden, sie ist sowieso vorhanden.
 
Insofern ist der theoretisch mögliche Wirkungsgrad von 60% in der Windkraft für jeden Hersteller und Betreiber von Windkraftanlagen eine wirtschaftliche Motivation. Für den Vergleich der Qualität von Energiegewinnungsverfahren ist der Wirkungsgrad von Windkraftanlagen aber völlig nutzlos.

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