Volllaststunde

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Volllaststunden sind ein Maß für den Nutzungsgrad einer technischen Anlage. Mit Volllaststunden wird die Zeit bezeichnet, für die eine Anlage bei Nennleistung betrieben werden müsste, um die gleiche elektrische Arbeit umzusetzen, wie die Anlage innerhalb eines festgelegten Zeitraums, in dem auch Betriebspausen oder Teillastbetrieb vorkommen können, tatsächlich umgesetzt hat. Die Angabe bezieht sich meist auf einen Zeitraum von einem Kalenderjahr und wird vor allem auf Kraftwerke angewendet.

Der Jahresnutzungsgrad (englisch capacity factor), entspricht dem Anteil der Volllaststunden an einem Jahr, also der Anzahl der Volllaststunden geteilt durch 8.760. Beim Begriff Kapazitätsfaktor handelt es sich um eine wortwörtliche Übersetzung aus dem Englischen mit der gleichen Bedeutung.

Bedeutung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Technischen Anlagen werden in der Regel nicht ständig unter Volllast, sondern zu bestimmten Zeiten auch unter Teillast betrieben oder zur Wartung außer Betrieb genommen. Die insgesamt in einem Jahr von der Anlage umgesetzte Arbeit ist deshalb kleiner als die im gleichen Zeitraum maximal mögliche.

Der Nutzungsgrad einer technischen Anlage kann dann in Volllaststunden ausgedrückt werden, wenn eine Nennleistung angegeben werden kann und eine adäquate Umrechnung von Teillastbetrieb in Nennlastbetrieb existiert (z. B. anhand der umgesetzten Energie- oder Materialmenge).

Die Zahl der Volllaststunden einer Anlage schwankt von Jahr zu Jahr wegen unterschiedlichen Revisionsdauern, Kraftwerkseinsatzfahrplänen, ungeplanten Störungen und Ausfällen und wegen unterschiedlicher Witterungsbedingungen insbesondere bei Erneuerbaren Energiequellen.

Der Wert darf nicht mit den Betriebsstunden verwechselt werden. Diese bezeichnen den gesamten Zeitraum, in der die Anlage betrieben worden ist und können Zeiten von Teillastbetrieb einschließen.

Berechnung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für ein regelbares Kraftwerk berechnet sich die Anzahl der Volllaststunden als Quotient aus dem Regelarbeitsvermögen W (auch als Jahresenergieproduktion bezeichnet) und der Nennleistung P.

mit

Sie gibt an, wie viele Stunden die Anlage gelaufen wäre, um die Jahresenergieproduktion zu erreichen, wenn sie

  • nur unter Volllast gelaufen wäre und
  • sonst stillgestanden hätte.

Volllaststunden nach Kraftwerken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Jahr 2007 erreichten die in Deutschland installierten Kraftwerke nach Zahlen des BDEW folgende Volllaststunden.[1]

Energieträger Volllaststunden
(2007, 2011)
Jahresnutzungsgrad
Geothermie 8.300 94,7 %
Kernenergie 7.710 88 %
Braunkohle 6.640 75,8 %
Wind offshore b) 4.450 50,8 %
Steinkohle 3.550 40,5 %
Erdgas 3.170 36,2 %
Windkraft onshore (Deutschland) [2] 1.650 18,8 %
Mineralöl 1.640 18,7 %
Photovoltaikanlage 1100 12,6 %
Pumpspeicher 970 11,1 %

b) alpha ventus 2011

Es muss berücksichtigt werden, dass insbesondere die Zahlen für Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen angesichts der wechselnden Wind- und Einstrahlungsbedingungen von Jahr zu Jahr stärker schwanken können. Zudem ist die Zahl der Volllaststunden bei Windenergieanlagen stark abhängig von ihrer Höhe, die in den letzten Jahren deutlich gestiegen ist, sowie der jeweiligen Anlagenkonfiguration, insbesondere dem Verhältnis von Rotorfläche zu Nennleistung des Generators. 2013 hatten in Deutschland neu errichtete Anlagen rund 2150 Volllaststunden.[3] Der Kapazitätsfaktor aller 2014 neu in Betrieb gegangenen Windkraftanlagen in den USA, wo es zu diesem Zeitpunkt noch keine Offshore-Anlagen gab, lag 2015 bei 41,2 % bzw. bei ca. 3600 Volllaststunden, Tendenz weiter steigend.[4]

Der jährliche Neuzubau wirkt sich statistisch negativ aus, da für die Berechnung der Volllaststunden alle am Jahresende installierte Anlagen hinzugezogen werden, die neu zugebauten Anlagen jedoch nur während eines Teils des Jahres auch tatsächlich Strom erzeugten.

Die erreichten Volllaststunden sind kein Kriterium für die Güte eines Kraftwerkes:

  • Grundlastkraftwerke (Kohle, Kernenergie) haben naturgemäß einen hohen Jahresnutzungsgrad
  • Photovoltaikanlagen können prinzipiell keinen hohen Jahresnutzungsgrad erreichen
  • Windkraftanlagen können bei stabilem Wind oder aber auch durch die Ausstattung mit einem schwachen Generator hohe Jahresnutzungsgrade erreichen
  • Pumpspeicher-, Gas- und Ölkraftwerke sind Spitzenlastkraftwerke und werden nicht auf hohen Jahresnutzungsgrad gefahren

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Das Kernkraftwerk Gundremmingen erreicht mit ca. 20.000 GWh jährlich erzeugter Strommenge und seinen 2 × 1,34 GW Leistung etwa 7.400 Volllaststunden. Das entspricht einem Nutzungsgrad von 85 %. Die zeitliche Verfügbarkeit lag bei 92 %.
  • Windenergieanlagen erreichen zwischen 7.500 und 8.000 Betriebsstunden im Jahr[5], an denen sie Strom ins Netz einspeisen. Abhängig von verschiedenen Faktoren wie z. B. Standortgüte und Anlagenauslegung erreichen Windkraftanlagen etwa zwischen 1.400 und 5.000 Volllaststunden.[6] Dies entspricht einem Nutzungsgrad von etwa 16 bis 57 %. Die technische Verfügbarkeit von Windenergieanlagen liegt bei Onshore-Anlagen über 95 %, manche Offshore-Windparks schneiden jedoch z.T. deutlich schlechter ab.[7] Während Onshore Werte von ca. 98 % erreicht werden, geht man Offshore davon aus, dass die Werte auch langfristig nicht deutlich über 90 % steigen werden.[8]
  • Photovoltaikanlagen erreichen in Süddeutschland bis zu 1.300 Volllaststunden pro Jahr, im deutschen Durchschnitt werden aber nur etwa 800 bis 900 h/a erreicht. Der Nutzungsgrad liegt damit hier bei rund 10 %. In den USA erreichen große Solarparks hingegen Kapazitätsfaktoren von rund 20 %[9], entsprechend ca. 1750 Volllaststunden.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Energiedaten, BDEW.
  2. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, 29. August 2012. Abgerufen am 14. Januar 2013.
  3. Berthold Hahn et al, Die Grenzen des Wachstums sind noch nicht erreicht. Windindustrie in Deutschland. Abgerufen am 1. August 2016.
  4. Wind technologies Market Report. United States Department of Energy. Abgerufen am 24. August 2016.
  5. Bereits 2002 lag der Durchschnitt des deutschen Windkraftanlagenparks bei ca. 7.500 Betriebsstunden pro Jahr, einzelne Anlagen erreichten bis 8.000 Betriebsstunden. Siehe auch: Strom aus Windenergie an bis zu 8.000 Stunden pro Jahr. In: Innovations Report, 19. November 2002. Abgerufen am 15. Dezember 2012.
  6. Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Berlin/ Heidelberg 2013, S. 819.
  7. http://wind-fgw.de/pdf/EVW_Abschlussbericht_%F6ffentlich.pdf Abschlussbericht für das Verbundprojekt „Erhöhung der Verfügbarkeit von Windkraftanlagen“ des BMUB, Seite 9
  8. Erich Hau: Windkraftanlagen – Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. 5. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 2014, S. 628-630; Ebd. S. 748..
  9. Joel Jean et al, Pathways for solar photovoltaics. In: Energy and Environmental Science 8, (2015), 1200-1219, doi:10.1039/c4ee04073b.