Die Herausforderungen der Windenergie: Leistungsdichte, Volatilität und die Gefahr eines Blackouts

Netzfund: In der Diskussion um erneuerbare Energien möchte ich als Physiker auf einige zentrale Probleme aufmerksam machen, die oft unterschätzt werden. Besonders bei der Windkraft gibt es grundlegende physikalische Herausforderungen, die berücksichtigt werden müssen. Das größte Problem aller erneuerbaren Energien ist die geringe Leistungsdichte, also der geringe Ertrag pro Quadratkilometer Landschaftsfläche. Um dies zu kompensieren, ist ein enormer Landschaftsverbrauch nötig, was insbesondere bei der Windkraft zu erheblichen Eingriffen in die Umwelt führt.

Die physikalischen Grundlagen der Windenergie

Die Effizienz eines Windrads hängt nicht primär davon ab, wie es konstruiert ist, sondern von der Energiemenge, die der Wind zur Verfügung stellt. Diese lässt sich mit folgender Formel berechnen:

$$P = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot A \cdot v^3$$

• $P$ ist die Leistung in Watt.
• $\rho$ ist die Dichte der Luft (ca. $1,2 \, \text{kg/m}^3$).
• $A$ ist die Fläche des Rotors.
• $v$ ist die Windgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde.

Bei einer Windgeschwindigkeit von $10 \, \text{m/s}$ (fast Windstärke 6) ergibt sich eine maximale Leistung von:

$$P = \frac{1}{2} \cdot 1{,}2 \, \text{kg/m}^3 \cdot (10 \, \text{m/s})^3 = 600 \, \text{Watt/m}^2$$

Das bedeutet, dass pro Quadratmeter Rotorfläche maximal 600 Watt an Energie zur Verfügung stehen. Doch selbst unter optimalen Bedingungen kann ein Windrad nicht die gesamte Energie des Windes in elektrische Energie umwandeln. Der Wirkungsgrad liegt bei etwa 48 %, was bedeutet, dass letztlich nur etwa 288 Watt pro Quadratmeter Rotorfläche genutzt werden können.

Die Volatilität der Windenergie und ihre Auswirkungen auf das Stromnetz

Ein wesentliches Problem ist die Volatilität der Windenergie. Da die Leistung proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit ist, führt bereits eine Halbierung der Windgeschwindigkeit zu einem drastischen Rückgang der Energieproduktion auf etwa 1/8 des ursprünglichen Wertes. Diese starken Schwankungen machen es nahezu unmöglich, ein stabiles Stromnetz allein mit Wind- und Sonnenenergie zu betreiben.

Dies führt zu einer massiven Destabilisierung des Stromnetzes, was sich in den stetig steigenden Kosten für sogenannte Re-Dispatch-Maßnahmen widerspiegelt. Diese Maßnahmen, die nötig sind, um das Netz stabil zu halten, haben sich in den letzten Jahren vervielfacht und belaufen sich mittlerweile auf Milliarden Euro. Die Folgen können dramatisch sein: Sollte es zu einem großflächigen Blackout kommen, wäre die Gesellschaft innerhalb kürzester Zeit auf das Niveau des Mittelalters zurückgeworfen.

Warnung vor einem Blackout: Die unterschätzte Gefahr

Ein Blackout wäre mehr als nur ein technisches Problem. Wenn das Stromnetz für längere Zeit ausfällt, könnten wir innerhalb von einer Woche im Chaos versinken und nach zwei Wochen auf den Stand des Mittelalters zurückfallen. Die Versorgung mit lebensnotwendigen Ressourcen wie Wasser, Lebensmittel, Kommunikation und medizinische Versorgung würde zusammenbrechen. Stromversorgung hat unweigerlich mit den Gesetzen der Physik zu tun, und diese Gesetze lassen sich nicht durch politische Entscheidungen ändern.

Die Konsequenz ist klar: Ohne ein stabiles Stromnetz stehen wir vor enormen Herausforderungen. Wir müssen die Realität der Physik akzeptieren und verstehen, dass zufallsabhängige Energien wie Wind und Sonne keine vollständige und zuverlässige Lösung für die Stromversorgung darstellen können.

Fazit: Die Gesetze der Physik sind unbestechlich

Wir können durch technische Fortschritte und Gesetzesänderungen viel erreichen, aber die Gesetze der Physik bleiben unbestechlich. Sie werden sich durchsetzen, ob wir es wollen oder nicht. Die Warnung vor einem Blackout und den damit verbundenen Folgen sollte ernst genommen werden, denn es steht nicht weniger als unsere gesellschaftliche Stabilität auf dem Spiel.