Volllaststunde

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

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 in 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]

Die Entwicklung der Volllaststunden ist im Rahmen der technologischen Weiterentwicklung und der Energiewende sehr dynamisch. Die folgende Tabelle zeigt Volllaststunden und Jahresnutzungsgrad für in Deutschland installierte Kraftwerke, mit Ausnahme der Windkraft USA aus dem Jahr 2014.

Energieträger Volllaststunden Jahresnutzungsgrad
Geothermie (2008)[1] 8.300 94,7 %
Kernenergie (2008)[1] 7.700 87,9 %
Braunkohle (2008)[1] 6.650 75,9 %
Biomasse (2008)[1] 6.000 68,5 %
Windkraft Offshore (2011)[2] 2600-4500 29,7%-51,4%
Windkraft onshore (US Neuanlagen 2014)[3] 3600 41,2 %
Steinkohle (2008)[1] 3.550 40,5 %
Erdgas (2008)[1] 3.150 36,0 %
Windkraft onshore (deutsche Neuanlagen seit 2013) [4] 2.150 24,5 %
Windkraft onshore (10 Jahresmittel Deutschland 2016) [5] 1.651 18,8 %
Mineralöl (2008)[1] 1.650 18,8 %
Photovoltaik (München 2008)[1] 1010 11,5 %
Pumpspeicher (2007)[6] 970 11,1 %
Photovoltaik (Hamburg 2008)[1] 840 9,6 %

Bei Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen schwanken die Zahlen zudem angesichts der wechselnden Wind- und Einstrahlungsbedingungen von Jahr zu Jahr stärker als bei anderen Technologien.

Bei Windenergieanlagen ist die Zahl der Volllaststunden bei Windenergieanlagen stark abhängig von ihrer Höhe, dem Rotordurchmesser sowie dem Verhältnis von Rotorfläche zu Nennleistung des Generators. Der mittlere Rotordurchmesser der im jeweiligen Jahr neu gebauten Anlagen hat sich von 22 Meter im Jahr 1992 auf über 115 Meter 2015 kontinuierlich erhöht und weiteres Wachstum ist möglich.[4] Eine erste Testanlage mit 180 m Rotordurchmesser und acht Megawatt Leistung wird 2017 in Bremerhaven errichtet.[7] Die durchschnittlichen Zahlen geben daher nur ein ungenaues Maß für die mögliche Volllastnutzung.

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 prinzipbedingt nicht auf hohen Jahresnutzungsgrad gefahren

Prognosen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine im Jahr 2016 erstellte Prognosen des BMWi für die künftige Entwicklung der Volllaststunden geht für das Jahr 2025 von folgenden Werten aus:[8]Vorlage:Zukunft/In 5 Jahren

Energieträger Volllaststunden Jahresnutzungsgrad
Braunkohle 7.503 85,7 %
Biomasse 6.616 75,5 %
Steinkohle 4.466 51,0 %
Windkraft offshore 3.466 39,6 %
Windkraft onshore 2.504 28,6 %
Erdgas 1.972 22,5 %
Photovoltaik 990 11,3 %
Mineralöl 384 4,4 %
Kernenergie 0 0 %

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[9], 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.[10] 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.[11] Während Onshore Werte von ca. 98 % erreicht werden, geht man Offshore davon aus, dass die Werte auch langfristig nicht deutlich über 90 % steigen werden.[12]
  • 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 %,[13] entsprechend ca. 1750 Volllaststunden.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d e f g h i Maximilian Faltlhauser 2016. Zahlen und Fakten zur Stromversorgung in Deutschland 2016. https://www.wbu.de/pdf/positionen/20160725_WBUStrom2016.pdf, accessdate=2017-05-24
  2. Volllaststunden unterschiedlicher Windparks. Windmonitor Fraunhofer/IWES; abgerufen am 13. November 2017.
  3. Wind technologies Market Report.. United States Department of Energy; abgerufen am 24. August 2016. Hinweis: Dies ist der Kapazitätsfaktor aller 2014 in den USA neu in Betrieb gegangenen Windkraftanlagen; jedoch gab es zu diesem Zeitpunkt noch keine Offshore-Anlagen.
  4. a b Berthold Hahn, Volker Berkhout, Bernd Ponick, Cornelia Stübig, Sarina Keller, Martin Felder, Henning Jachmann 2015: Die Grenzen des Wachstums sind noch nicht erreicht. (PDF) Windindustrie in Deutschland; abgerufen am 1. August 2016.
  5. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Daten für 2016; abgerufen am 13. November 2017.
  6. Ursprünglich zitiert als Energiedaten. BDEW. Daten dort 2017 nicht mehr auffindbar.
  7. Oliver Gressieker (NDR) 2017. Größtes Windrad der Welt steht in Bremerhaven. http://www.ndr.de/nachrichten/niedersachsen/oldenburg_ostfriesland/Groesstes-Windrad-der-Welt-steht-in-Bremerhaven,rekordwindrad100.html
  8. https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Studien/entwicklung-der-energiemaerkte-energiereferenzprognose-endbericht.pdf?__blob=publicationFile&v=7
  9. 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.
  10. Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Berlin/ Heidelberg 2013, S. 819.
  11. Abschlussbericht (PDF) für das Verbundprojekt „Erhöhung der Verfügbarkeit von Windkraftanlagen“ des BMUB, S. 9
  12. Erich Hau: Windkraftanlagen – Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. 5. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 2014, S. 628–630; S. 748.
  13. Joel Jean et al.: Pathways for solar photovoltaics. In: Energy and Environmental Science, 8, 2015, S. 1200-1219, doi:10.1039/c4ee04073b.