Wie ist der Leistungsfaktor (cos phi) bei Windparks? (Wirkleistung/Blindleistung)?

Der Leistungsfaktor cos( phi ) ergibt sich aus dem Phasenwinkel phi zwischen Spannung und Strom. Der Leistungsfaktor ist auch cos(phi) = Wirkleistung / Scheinleistung.

(Für den Bruch Wirkleistung / Blindleistung habe ich keinen Namen gefunden. Es gibt noch den Verlustfaktor = tan(phi) = Blindleistung / Wirkleistung und den Blindfaktor = sin(phi) = Blindleistung / Scheinleistung.)

(Der Leistungsfaktor steht in keiner (direkten) Beziehung zum Wirkungsgrad der Anlage. Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von Nutzleistung zu aufgenommener Leistung. Der Wirkungsgrad bei allen Anlagen ohne Energiespeicher ist immer kleiner oder höchstens gleich 1.)

Der Leistungsfaktor in einem elektrischen Wechselstromkreis wird vom Verbraucher bestimmt.

Im einfachsten Kreis gibt es einen elektromagnetischen Generator und einen Verbraucher, die mit einer Phase verbunden sind: Ist im Verbraucher ein Schalter offen, dann fließt kein Strom. Es gibt keine Wirkleistung und keine Blindleistung. Der Leistungsfaktor ist nicht definiert.

Ist der Verbraucher ein ohmscher Widerstand R, dann sind Spannung und Strom in Phase. Die Blindleistung ist 0, die Wirkleistung P = U² / R. Der Leistungsfaktor ist 1. Ist der Verbraucher ein (idealer) Kondensator C, dann gibt es eine Phasenverschiebung von 90° zwischen Strom und Spannung. Die Wirkleistung ist 0, die Blindleistung ist Ps = U² 2 pi f C. Ist der Verbraucher eine Induktivität, gibt es ebenfalls nur eine Blindleistung. Ein Elektromotor ist eine typische Last, die eine Wirkleistung und eine Blindleistung aufnimmt.

Der Generator muss den Strom liefern, den der Verbraucher aufnimmt. Die Spannung wird vom Generator vorgegeben. (Bei einem idealen Generator. Sonst ist die Rückwirkung der Last auf den Generator zu berücksichtigen. Diese Rückwirkung ist abhängig vom Aufbau des Generators.)

Auf dem Typenschild von Elektromotoren findet sich eine Angabe zum Leistungsfaktor. Bei einem Generator kann kein Phasenwinkel angegeben werden, weil der Phasenwinkel von der Last abhängig ist.

Soweit der einfache Fall aus einem Kreis mit einem einfachen Verbraucher und einem Generator.

Die Stromnetzbetreiber machen Großkunden Auflagen bezüglich der Verbraucher. Ein maximaler Phasenwinkel darf dieser Verbraucher nicht überschreiten. Maschinen mit großen Elektromotoren müssen daher mit einer Blindleistungskompensation ausgerüstet sein.

Die Verbraucher können von den Netzbetreibern nicht gesteuert werden. Die Stromnetzbetreiber müssen den Verbrauchern den gewünschten Strom mit der gewünschten Phasenlage liefern. Die Netzbetreiber müssen dazu aus den angeschlossenen Kraftwerken den entsprechenden Strom abrufen.

Die Netzbereiber geben den Windgeneratorbetreiber oder den Windparkbetreibern in der Regel einen Phasenwinkel vor, den sie bei der Einspeisung nicht unterschreiten dürfen. Zum Beispiel maximal, cos(phi) = 0,975. Das Netz ausgleichen machen die Netzbetreibern mit anderen Kraftwerken, die leichter zu regeln sind.

Windparks sind eine Sammlung von Generatoren. Die Generatoren der einzelnen Windturbinen sind in der Regel nicht direkt mit dem Stromnetz verbunden. Eine Elektronik ist zwischengeschaltet, die eine Frequenz- und Phasenanpassung mit dem Stromnetz vornimmt. Die Elektronik wird benutzt, weil es praktisch unmöglich ist, mit einer Windturbine eine konstante Drehzahl zu erreichen. Über diese Elektronik wird auch der Phasenwinkel (und damit der Leistungsfaktor) geregelt.

In [6] wird die Möglichkeit vorgestellt, einen Windpark an der Leistungsfaktorregelung des Stromnetzes zu beteiligen. Ein Leistungsfaktor zwischen 0,966 kapazitiv und 0,966 induktiv wurde bei dem untersuchten Windpark als wirtschaftlicher Bereich gefunden.

In [7] wird sogar ein Leistungsfaktorbereich zwischen 0,9 kapazitiv und 0,8 induktiv für Windkraftanlagen angegeben. Dieser Bereich erscheint mir eine sehr grobe maximale Angabe.

In [8] wird ein Projekt mit einer Offshore Windanlage vorgestellt. Dort kann die Anlage mit einem Leistungsfaktor zwischen 0,950 kapazitiv und 0,950 induktiv in das Netz einspeisen.

In [9] sind Anschlussbedingungen von verschiedenen Netzbetreibern an Windenergieanlagen zusammengestellt. Die meisten Netzbetreiber verlangen eine Einspeisung mit einem Leistungsfaktor zwischen 0,95 kapazitiv und 0,95 induktiv.

das ist sicherlich etwas Abhängig von der Bauart.aber ich wüsste jetzt nicht warum dort ein Generator Blindleistung erzeugen sollte, die nicht kompensiert wird.

der Leistungsfaktor ist übrigens Wirkleistung/Scheinleistung

Hallo!

Der cos phi ist identisch mit dem Verhältnis von Wirkleistung, also der zur Verfügung stehenden Leistung zur zugeführten Leistung. Er wird immer unter 1 liegen; Schwund gibt es überall und ein cos phi von 0,9 wäre absolut traumhaft!! Da hast Du Dich verlesen: 0,1 ist wahrscheinlicher. Durch einen synergetischen Effekt, d.h., die Summe der Kräfte ist kleiner als die tatsächliche Gesamtkraft, könnte ein Windpark effektiver sein als die Summe der Einzelkraftwerke. Das Gegenteil ist aber wahrscheinlicher (mir ist gerade entfallen, wie das Gegenteil von Synergie heißt).

Der Wirkungsgrad cos phi ist auf jeden Fall <1!

Gh auf die Seite irgendeines Windparkanbieters, und du wirst nach längerer Suche irgendwo eine Angabe mit drei Sternchen finden: bei cos(phi)=0,99. Oder so ähnlich.

Oder frag mal bei einem von tausend Hochschulinstituten nach, für die das gerade ein heißes Thema ist.

Oder bei einer von tausend Initiativen, die mit Wind ideologisch einwandfrei Geld verdienen.

Wenn du eine kleinere Zahl haben willst, frag mal bei RWE oder E.on nach.