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

Wirtschaftlichkeit Kleinwindkraft FH Wiener Neustadt Campus Wieselburg Martin Gosch M.A. Hofstetten-Grünau, 14.11.2011

Physikalische Grundlagen Windkraft 2

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

Die Dichte der Luft in Abhängigkeit von Temperatur 4

Watt Leistung des Windes 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Leistung des Windes in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit bei 1 m² Fläche 128 204 304 433 74 38 1 5 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 m/s 5

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

Beispiel: 10 kw Anlage, 8 Meter Rotordurchmesser Leistung der Anlage Rotorfläche: 50,3 m² 3.750 W 5 m/s Windgeschwindigkeit Leistung im Wind bei 5 m/s = 3.812 Watt Maximal nutzbare Leistung = 3.812 *0,59 = 2.250 W 7

Übersicht Wirtschaftlichkeit Kosten Nutzen Investitionskosten Stromertrag Windaufkommen Windkraftanlage 8

Windaufkommen 9

Windmessung Standort Purgstall an der Erlauf / Bezirk Scheibbs 10

Windmessung Standort Hofgelände Martin Gosch B.A. 11

Windmessung Ausrüstung Schalenkreuz Anemometer Martin Gosch B.A. 12

Windmessung Ausrüstung 13

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

Windmessung Ausrüstung 15

Anteil [%] Anteil [Stunden] Windmessung Ergebnisse Windaufkommen 30% 25% 1627 1671 1254 Messzeitraum: Sept. 2008 bis Juni 2009 = 286 Tage 1.800 1.600 1.400 20% 15% 921 Durchschnittliche Windgeschwindigkeit = 2,7 m/s 1.200 1.000 800 10% 586 483 600 5% 0% 220 79 24 8 2 1 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 Windklasse [m/s] 400 200 0 16

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

Standortwahl für eine Windkraftanlage Quelle: AEE 18

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

Nutzung überhöhter Windgeschwindigkeiten auf Kuppen 20

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

Windkraftanlage 23

Stromertrag 26

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 1000 900 800 20% 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] 700 600 500 400 300 200 100 0 100 % = 8.760 h = 1 a 27

Nutzen / Ertrag in 29

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

Wirtschaftlichkeit 32

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

Amortisation 5 kw Anlage bei gemessenem Windaufkommen 100 % Eigenverbrauch = 0,20 /kwh 100 % Eigenkapital 3 % jährliche Strompreissteigerung 2,7 m/s mittlere Windgeschwindigkeit 5.800 kwh/a Ertrag 13,2 % Auslastungsfaktor 34

Amortisation 5 kw Anlage bei 4 m/s Durchschnittsgeschwindigkeit 100 % Eigenverbrauch = 0,2 /kwh 100 % Eigenkapital 3 % jährliche Strompreissteigerung 4 m/s mittlere Windgeschwindigkeit 9.800 kwh/a Ertrag 22,3 % Auslastungsfaktor 35

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 9.800 kwh/a Ertrag 22,3 % Auslastungsfaktor 36

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

Betreiber / Planer 39

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 www.kleinewindkraft.at Aktuelle Liste mit Planern und Betreibern in Österreich wird Anfang Dezember auf der Homepage veröffentlicht Zusätzlich weiterführende Informationen, Erfahrungsberichte etc. zu Kleinwindkraft 40

Vielen Dank Martin Gosch martin.gosch@amu.at 07416 / 53 000 480 FHWN Campus Wieselburg Zeiselgraben 4 A-3250 Wieselburg 41

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: 2009 42