Wirtschaftlichkeit Kleinwindkraft. FH Wiener Neustadt Campus Wieselburg Martin Gosch M.A. Hofstetten-Grünau,

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1 Wirtschaftlichkeit Kleinwindkraft FH Wiener Neustadt Campus Wieselburg Martin Gosch M.A. Hofstetten-Grünau,

2 Physikalische Grundlagen Windkraft 2

3 Die Leistung des Windes kann durch folgende Formel ausgedrückt werden: P = 0,5 * ρ * A * v³ Leistung = 0,5 * Dichte der Luft * Fläche * Geschwindigkeit³ Watt = 1 * kg/m³ * m² * (m/s)³ Achtfache Leistung bei Verdoppelung der Windgeschwindigkeit! 3

4 Die Dichte der Luft in Abhängigkeit von Temperatur 4

5 Watt Leistung des Windes Leistung des Windes in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit bei 1 m² Fläche m/s 5

6 Nicht die gesamte Energie des Windes kann genutzt werden!! Betz Limit - Leistungsbeiwert (c P ) Drückt das Verhältnis der dem Wind entnommenen Leistung zu der im Wind enthalten Leistung aus. c P = P N /P 0 c P Betz = 16/27 = 0,593 (=theoretisch maximal möglich) WKA erreichen Leistungsbeiwerte zwischen 0,4 und 0,5! 6

7 Beispiel: 10 kw Anlage, 8 Meter Rotordurchmesser Leistung der Anlage Rotorfläche: 50,3 m² W 5 m/s Windgeschwindigkeit Leistung im Wind bei 5 m/s = Watt Maximal nutzbare Leistung = *0,59 = W 7

8 Übersicht Wirtschaftlichkeit Kosten Nutzen Investitionskosten Stromertrag Windaufkommen Windkraftanlage 8

9 Windaufkommen 9

10 Windmessung Standort Purgstall an der Erlauf / Bezirk Scheibbs 10

11 Windmessung Standort Hofgelände Martin Gosch B.A. 11

12 Windmessung Ausrüstung Schalenkreuz Anemometer Martin Gosch B.A. 12

13 Windmessung Ausrüstung 13

14 Windmessung Ausrüstung Anemometer Messgenauigkeit bei Anemometer spielt wesentliche Rolle Gute Geräte ab Messgenauigkeit von +/- 0,5 m/s Beispiel Abweichung von 1 m/s: Leistung bei 4 m/s = 39 Watt/m² Leistung bei 5 m/s = 77 Watt/m² Doppelte Leistung bei 25 % mehr Geschwindigkeit verfälscht Ertragsprognose 14

15 Windmessung Ausrüstung 15

16 Anteil [%] Anteil [Stunden] Windmessung Ergebnisse Windaufkommen 30% 25% Messzeitraum: Sept bis Juni 2009 = 286 Tage % 15% 921 Durchschnittliche Windgeschwindigkeit = 2,7 m/s % % 0% Windklasse [m/s]

17 Windmessung Ergebnisse 2,7 m/s durchschnittliche Windgeschwindigkeit = 10 km/h Durchschnittsgeschwindigkeit ist als Indikator zu sehen 8,5 % der Messzeit Windflaute (0 1 m/s) In der Hälfte des gemessenen Zeitraums 0 3 m/s 17

18 Standortwahl für eine Windkraftanlage Quelle: AEE 18

19 Einfluss der Vegetation bei der Standortwahl Quelle: Crome, H. 19

20 Nutzung überhöhter Windgeschwindigkeiten auf Kuppen 20

21 Zunahme der Windgeschwindigkeit mit der Höhe in Abhängigkeit von der Landschaft (Topografie) Quelle: Crome, H. 21

22 Übersicht Wirtschaftlichkeit Kosten Nutzen Investitionskosten Stromertrag Windaufkommen Windkraftanlage 22

23 Windkraftanlage 23

24 24

25 Übersicht Wirtschaftlichkeit Kosten Nutzen Investitionskosten Stromertrag Windaufkommen Windkraftanlage 25

26 Stromertrag 26

27 Häufigkeit in % Leistung der Windkraftanlage in Watt Gegenüberstellung Windhäufigkeit und Leistungskennlinie bei gemessenem Windaufkommen Gegenüberstellung Windhäufigkeiten und Leistungskennlinie Häufigkeit Leistung 30% 25% Windgeschw. = 6,5 m/s % 15% 10% 5% 0% Bei ca. 1,5 bis 2 m/s beginnt Anlage Strom zu produzieren = Einschaltgeschwindigkeit Leistung = 900 Watt = 0,9 kw Leistung * Anzahl Stunden = Energieertrag 0,9 kw * 262 h = 237 kwh 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 Windgeschwindigkeit [m/s] % = h = 1 a 27

28 Übersicht Wirtschaftlichkeit Kosten Nutzen Investitionskosten Stromertrag Windaufkommen Windkraftanlage 28

29 Nutzen / Ertrag in 29

30 Nutzen / Etrag in zwei Möglichkeiten geförderter Einspeisetarif = 9,7 Cent/kWh Eigennutzung = Ersparnis bei Stromeinkauf = 20 Cent/kWh Möglichst viel Energie selbst verbrauchen verbessert Wirtschaftlichkeit 30

31 Übersicht Wirtschaftlichkeit Kosten Nutzen Investitionskosten Stromertrag Windaufkommen Windkraftanlage 31

32 Wirtschaftlichkeit 32

33 (Energie)Wirtschaftliche Beurteilung Auslastungsfaktor (Load Faktor) Verhältnis von Ertrag zu maximal möglichen Ertrag Erstrebenswert mindestens 20 % Amortisationsdauer 33

34 Amortisation 5 kw Anlage bei gemessenem Windaufkommen 100 % Eigenverbrauch = 0,20 /kwh 100 % Eigenkapital 3 % jährliche Strompreissteigerung 2,7 m/s mittlere Windgeschwindigkeit kwh/a Ertrag 13,2 % Auslastungsfaktor 34

35 Amortisation 5 kw Anlage bei 4 m/s Durchschnittsgeschwindigkeit 100 % Eigenverbrauch = 0,2 /kwh 100 % Eigenkapital 3 % jährliche Strompreissteigerung 4 m/s mittlere Windgeschwindigkeit kwh/a Ertrag 22,3 % Auslastungsfaktor 35

36 Amortisation 5 kw Anlage bei 4 m/s Durchschnittsgeschwindigkeit 50 % Eigenverbrauch = 0,20 /kwh 50 % Einspeisung = 0,097 /kwh 100 % Eigenkapital 3 % jährliche Strompreissteigerung 4 m/s mittlere Windgeschwindigkeit kwh/a Ertrag 22,3 % Auslastungsfaktor 36

37 Übersicht Wirtschaftlichkeit Kosten Nutzen Investitionskosten Stromertrag Windaufkommen Windkraftanlage 37

38 Fazit Achtung bei Leistungskennlinien! Generell gilt: Erzeugte Energie sollte zu möglichst hohem Anteil selbst verbraucht werden Strom-Einkaufspreis für Private: ca. 20,0 Cent/kWh Derzeitige Einspeisevergütung: 9,7 Cent/kWh Windmessung notwendig! 38

39 Betreiber / Planer 39

40 Betreiber / Planer von Kleinwindkraftanlagen Vorsicht: noch immer unseriöse Anbieter auf dem Markt! Empfehlung: auf jeden Fall Referenzanlagen begutachten (am besten vor Ort) seriöse Anbieter bieten im Normalfall auch Windmessungen an Aktuelle Liste mit Planern und Betreibern in Österreich wird Anfang Dezember auf der Homepage veröffentlicht Zusätzlich weiterführende Informationen, Erfahrungsberichte etc. zu Kleinwindkraft 40

41 Vielen Dank Martin Gosch / FHWN Campus Wieselburg Zeiselgraben 4 A-3250 Wieselburg 41

42 Literatur (1) Quaschnig, Volker: Regenerative Energiesysteme, Technologie, Berechnung, Simulation. 3. Auflage.Hanser Verlag. München und Wien: 2003 (2) Crome, Horst: Handbuch Windenergie Technik, Windkraftanlagen in handwerklicher Fertigung. Ökobuch Verlag. Freiburg: 2004 (3) Regenerative Energien in Österreich: Kaltschmitt Martin / Streicher Wolfgang: Wiesbaden 2009: Vieweg+Teubner: Wien: