Das Stromnetz läuft mit 50 Hz. Genau 50 Hz. Die Frequenz muss bis auf ein paar hundertstel Hertz genau gehalten werden. 49,9 Hz ist schon sehr kritisch, bei 49,8 Hz schalten die Kraftwerke ab, um einen Kurzschluss zu vermeiden.
Die Stromerzeuger müssen daher alle mit genau der richtigen Frequenz laufen und auch die richtige Phase aufweisen. Wenn die Spannungsmaxima nicht gleichzeitig stattfinden, kommt es auch zu einem Kurzschluss. Phasen kann man mit speziellen Phasenschiebertransformatoren korrigieren, die Frequenz muss jedoch von den Generatoren selbst genau eingehalten werden.
Wenn mehr oder weniger Strom gezogen werden, verändert sich die Drehzahl. Das ist wie bei einem Automotor, wenn man mit konstantem Gas plötzlich bergauf oder bergab fährt. Speziell konstruierte Spitzenlastkraftwerke sind so konstruiert, dass sie solchen Lastwechseln schnell folgen können. Die Dampfzufuhr zu den Generatoren wird gedrosselt oder erhöht, kleinere Schwankungen kann man auch mit Lastbremsen abfangen. Normalerweise sieht man das nicht. Erst wenn ein sehr starker Leistungsabfall erfolgt, bilden sich an den Kühltürmen Wasserdampfwolken, was die dpa-Lügner i.d.R. als CO2-Austritt verkaufen, zumindest optisch. Andererseits müssen die Kraftwerke auch Regelreserven vorweisen, d.h. der Generator läuft nicht auf Volllast, sondern nur auf 80-90%, während die Primärenergie mit 100% läuft und blitzschnell zugeschaltet werden kann.
Das geht natürlich nur in einem gewissen Rahmen. Kaum etwas ist bekloppter als die Idee, als Demo alle Lichter in einer Stadt gleichzeitig aus- oder einzuschalten, wie das ein paar Spinner vor ein paar Jahren mal angeleiert haben. Glücklicherweise haben nicht alle mitgemacht, denn solche Spielereien können zum totalen Blackout führen.
Was für die Kraftwerke gilt, gilt für Windkraftanlagen natürlich auch. Sie müssen Strom mit 50 Hz liefern und auch in Phase sein und bleiben. Die Anlagen setzen Windenergie um, und wer mal in der Fahrschule war, weiß (hoffentlich), dass der Bremsweg quadratisch von der Geschwindigkeit abhängt: steht das Auto bei Tempo 50 km/h nach 7 m, sind es bei Tempo 100 km/h bereits 50 m. Physikalisch: E = 1/2 m v² mit m=Masse und v=Geschwindigkeit. Die Masse an Luft, die durch den Rotor geschleuedert wird, ist m=d*v mit d=Dichte. Insgesamt gilt also E=1/2 d v³ . Mal als Zahlenbeispiel: liefert ein Windrad bei einer Windgeschwindigkeit von 40 km/h 1 MW als Leistung, sind es bei 20 km/h nur noch 125 kW, bei 10 km/h nur 15,6 kW. Die Leistung hängt also extrem von der Windgeschwindigkeit ab, was das Regeln schwierig macht. Bereits kleine Änderungen der Windgeschwindigkeit führen zu größeren Leistungsschwankungen.
Windkraftanlagen müssen zunächst einmal anlaufen, bis sie ins Netz gekoppelt werden können, und dazu benötigen sie Strom. Der muss den Rotor in den Wind drehen und die Rotorblätter aus der Segelstellung. Fangen sie dann an, sich zu drehen, muss eine Motorbremse dafür sorgen, dass das gesittet erfolgt und bei der richtigen Frequenz und Phase aufhört. Den Begriff Motorbremse im Sinne der Widerstandsregelung eines Trimmrades kann, muss man aber nicht wörtlich nehmen; der Technik stehen verschiedene Regelmöglichkeiten zur Verfügung. Zumindest wird es damit aber etwas anschaulicher, weshalb wir bei dem Begriff bleiben. Ist die Synchronisation erreicht, wird die Anlage eingekoppelt, wobei nicht plötzlich hoher Strombedarf auftreten darf, sonst gerät das Ganze wieder aus der Synchronisation. Es dürfte auch für Laien nachvollziehbar sein, dass die Regelmöglichkeiten durch Motorbremse und Flügelstellung begrenzt sind. Im großen Netz wird die Hauptregelleistung weiterhin durch die speziellen konventionellen Kraftwerke erbracht.
Wind ist aber nun mal nicht konstant. Böen, die besonders bei höherer Windstärke auftreten, gehen oft an die Regelgrenze der Anlagen, weshalb die Flügel in Segelstellung gebracht werden und so weniger Energie aus dem Wind aufnehmen, als sie könnten, oder bei zu starken Böen und Stürmen ganz in Segelstellung gehen und sich gar nicht mehr drehen. Die Anlagen brauchen dann weiter Strom, um sie mitzuführen, denn ein Flügel in Segelstellung für Wind von vorne bietet hervorragende Angriffsflächen für Wind von der Seite. Wenn ein Wind sich zu einem Sturm aufbauscht, kann es schnell passieren, dass die Anlagen vom Netz gehen, obwohl es weht ohne Ende. Erst nachdem der Wind so weit abgeflaut und konstant geworden ist, dass die Anfahrregelung greift, geht die Anlage wieder in Produktion. Insgesamt wird folgender Bereich abgedeckt;
Um die Daten in km/h umzurechnen, muss man mit dem Faktor 3,6 multiplizieren. 10 m/s entspricht 36 km/h, wie vielleicht der eine oder andere vom 100 m-Lauf weiß. Insgesamt ergibt sich damit das Leistungsbild
Die Windenergie, besonders bei Böen und damit stärkeren Laständerungen, geht so einer Anlage natürlich auch ans Material. Stärkere Lastwechsel führen zu Materialermüdungen, weshalb die Anlagenlebensdauer auch nur die Hälfte derjenigen von konventionellen entspricht, manchmal sogar noch deutlich weniger. Betroffen ist alle: Getriebe, Lager, Turm und Fundament. Generator- und Trafokomponenten sind mit Öl zur Kühlung gefüllt (meist mit chemisch recht unangenehmem), und starke Lastschwankungen können zur Überhitzung führen. Bei einem Ausfall der Blattsteuerung kann der Wind ungehindert ausprobieren, wie hoch denn die Drehzahl werden kann. Eindrucksvolle Beispiele solcher Ereignisse zeigt das Video:
Gerät eine Turbine in Brand oder zersplittert ein Blatt, kann man nur noch weit genug weggehen. Zu Löschen oder zu Verhindern ist in 100 m Höhe oder mehr nichts mehr. Das Öl ist wie gesagt von der häßlicheren Sorte und beim mechanischen Bruch der Blätter werden Faserstäube frei, die Asbest nicht ganz unähnlich sind. Das Feld ist anschließend eine Sondermülldeponie: die Ernte kann man im weiten Umkreis vergessen, zum Teil über Jahre hinaus, weil die Fasern aus den Verbundwerkstoffen äußerst gesundheitsschädlich sind.
Mit zunehmendem Alter werden solche Unfälle durch Materialermüdung oder Ausfall wichtiger Regelkomponenten wahrscheinlicher. Wenn gesagt wird, man könne die Anlagen nach Fortfall der finanziellen Förderung auch weiter betreiben, handelt man sich zunehmende Risiken solcher Unfälle ein.
Geht eine Anlage außer Betrieb und wird durch eine neue ersetzt, ist das ein ziemlicher Aufwand, denn selbst das alte Fundament wird nicht mehr brauchbar sein und muss komplett zurück gebaut und durch ein neues ersetzt werden. Wer sich bei Neubauten einmal die Betonmengen angesehen hat, die nebst Armierungsstahl im Boden versenkt werden, weiß, was das bedeutet. Die Wehrmachtsbunker am West- oder Atlantikwall sind von ähnlicher Qualität, weshalb man bis heute nur selten versucht hat, sie zu beseitigen.