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Windkraftanlagen - kein Ersatz für konventionelle Wärmekraftwerke

1. Die allermeisten WKA arbeiten zur Stromgewinnung mit Asynchron-Generatoren. Das sind Maschinen, welche entweder als Motor oder als Generator betrieben werden können. Der Grund ist einfach: Die Asynchron-Maschine selbst ist außer ihrer Lagerung im Prinzip wartungsfrei und günstig in der massenweisen Herstellung. Sie hat jedoch einen Nachteil: In beiden Fällen, für den Motor- wie auch für den Generatorbetrieb, benötigt sie zum Aufbau ihres elektro-magnetischen Feldes Erregerstrom, den sie selbst nicht erzeugen kann. Das können aber die Synchron-Maschinen der konventionellen Großkraftwerke - und von dort beziehen Asynchronmaschinen in Industrie, Gewerbe und Haushalt ihren Erregerstrom. Dieser Erregerstrom (= phys. Begriff) heißt im Elektriker-Fachjargon Magnetisierungsstrom oder bei vielen schlicht "Blindstrom". Dreh- und Wechselstrom-Motoren, genutzt im Haushaltskühlschrank, in Lüftungs- und Klimaanlagen, bei Werkzeugmaschinen und Fördereinrichtungen, für Pumpen aller Art, für Baukräne bis zu Schwerantrieben in der Industrie, beziehen neben ihrer Wirkleistung aus dem Netz, welche sie in mechanische Dreharbeit umwandeln, über den Blindstrom also auch noch Blindleistung, welche von den Energieversorgungsunternehmen erst ab einer gewissen Höhe extra berechnet wird (bei Industrie und Gewerbe ist das vertragsabhängig, bei Haushalten inbegriffen). Und wie ist das bei den WKA-Asynchrongeneratoren für die Netzeinspeisung? Während Elektromotoren die elektrische Energie in Bewegungsenergie umwandeln, nutzen Generatoren der WKA die Bewegungsenergie des Windes, um elektrische Energie zu erzeugen. Aus konstruktionsbedingten Gründen können sie aber den für sie notwendigen Magnetisierungsstrom (Blindstrom) selbst nicht erzeugen und sind daher auf mitlaufende Kraftwerke angewiesen.

Wird also ein Großkraftwerk - in dessen Speisebereich sich WKA befinden - abgeschaltet, dann erhalten diese keinen Magnetisierungsstrom mehr und können somit auch die Bewegungsenergie des Windes nicht weiter in elektrischen Strom umwandeln - auch wenn der Wind unverändert weht und die Rotoren antreibt. In diesem Fall müssen die Rotoren sogar abgebremst bzw. angehalten werden. Ergo 1: Fällt das Großkraftwerk störungsbedingt aus, dann gehen bei uns die Lichter aus und alle Räder stehen still - auch wenn der Wind die Rotoren weiterdrehen will. Denn ohne "Blindstrom" vom Großkraftwerk können WKA keine einzige Kilowattstunde (kWh) ersatzweise ins Netz speisen. Da wir jedoch in der Vergangenheit eine gesicherte Stromversorgung aufgebaut haben, gehen die Lichter in den meisten Fällen gleich wieder an und die WKA können auch gleich wieder Strom produzieren, denn Leitstellen im Netz sorgen mittels anderen Großkaftwerken für eine ausreichende Ersatzleistung mit entsprechenden Netzumschaltungen im Störungsfall. Ergo 2: Viele Windkraftanlagen können kein Großkraftwerk ersetzen - sie brauchen es.

Deshalb werden unter Fachleuten die WKA auch als "additive" Spannungsquellen im Netz der elektrischen Energieversorgung bezeichnet. Auf eine Einzelanwendung bezogen hat dies einen Vorteil: Sie verursachen weder Abnutzung noch Leerlaufverluste wenn der Wind ruht, weil sie dann stehen. Großkraftwerke müssen aber im Dauerbetrieb arbeiten, weil niemand seinen Stromverbrauch "anmeldet". Außerdem müssen sie erhebliche Kompensationsleistungen für den Betrieb des deutschen/europäischen Verbundnetzes bereitstellen, damit die sogenannte "Durchleitung von Strom" überhaupt funktionieren kann. Auch dafür sind WKA ungeeignet.

Erst bei der massenweisen Anwendung von additiven Strom/Spannungsquellen (WKA, Photovoltaikanlagen) wird es für Betreiber von Großkraftwerken problematisch und kostenträchtig: Nach den Vorstellungen politischer Kreise sollen WKA-Betreiber den Strom für die Verbraucher liefern - wenn der Wind weht - statt die herkömmlichen Betreiber, welche dann nur noch den weniger lukrativen Leerlaufbetrieb und Verbundaufgaben erfüllen müßten. Gemäß Theorie sollen Großkraftwerke eben nur dann mit voller Leistung einspringen, wenn es wetterbedingt Ausfälle bei den Regenerativen gibt. Das ergibt eine widersinnige Situation: Bei WKA entstehen einerseits im Stillstand keine Leerlaufverluste - gehen sie jedoch in Betrieb und übernehmen einen Teil der Verbraucherlast von Großkraftwerken, dann erhöhen sie damit andererseits deren Leerlaufverluste. Abschalten darf man sie ja nicht, weil Windkraftanlagen dann - wie oben erläutert - mangels Blindleistung ausfallen. Bei Elektrikern werden sie deshalb abschätzig auch als "parasitäre" Energiewandler bezeichnet. Wären sie echte Energiewandler, würden die Energieversorger die keineswegs neuartige Methode - wie die Wasserkraft - seit Beginn der Elektrifizierung nutzen. 

2. Es gibt einen weiteren Grund, weshalb Windkraftanlagen ohne den gleichzeitigen Betrieb von Großkraftwerken keinen Strom liefern können: Sie stehen in konventionellen Speisebereichen, deren Ausdehnung sich am kundenmäßigen Bedarf (Leistungsdichte) orientiert. Beispiel: Wird z.B. eine 600 kW-WKA in einen 6 MW-Speisebereich einer Mittelspannungsleitung installiert und fällt die Kraftwerkseinspeisung aus, dann steht die 600 kW-Anlage als Generator mit 6 MW Verbraucherlast alleine da und ist schlagartig um das 10fache überlastet. Die automatische Überwachungs-Elektronik (Spannungsfühler) für diesen Überlastungsfall wird in jede WKA eingebaut: Registriert sie von der zugeordneten Kraftwerkseinspeisung keine Spannung oder Frequenz mehr, schaltet sie die WKA unverzüglich ab und bremst sie fest. Schlußfolgerung: Weil WKA keine eigenen (alternativen) Speisebereiche nutzen, können sie ersatzweise keinen Strom liefern, auch dann nicht, wenn man sie mit Synchron-Generatoren oder Umrichtertechnik ausstatten würde. Deshalb kann man auch die Billiglösung mit Asynchron-Generatoren wählen.

Fazit
1. WKA-Asynchrongeneratoren benötigen, um selbst Strom erzeugen zu können, die Dienstleistung der Synchrongeneratoren großer Wärmekraftwerke: Lieferung von Blindleistung.

2. WKA sind in konventionellen Speisebereichen zu schwach, um bei Ausfall des zugeordneten Kraftwerkes ersatzweise einspringen oder auch sonst autark die Versorgung im ungeregelten Verteilernetz übernehmen zu können.
Wilfried Heck, 24.10.1999

http://WilfriedHeck.tripod.com