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Energie oder Leistung

Das Online-Magazin SPIEGEL ONLINE berichtet über ein aktuelles Projekt der EWE AG zur Errichtung eines Stromspeichers durch Ausnutzung von Salzkavernen in Friesland. Die F.A.Z. berichtet in ihrem Wirtschaftsteil ausführlich über dieses Projekt.

In dem Artikel von SPIEGEL ONLINE wird von der “größten Batterie der Welt” gesprochen, “[…] die im Jahre 2023 mit einer Leistung von 120 Megawatt in Betrieb genommen werden […]” könnte. Dabei wird darauf verwiesen, dass die Leistung der Batterie ausreiche, um die Großstadt Berlin eine Stunde bzw. die Stadt Oldenburg einen Tag mit Strom zu versorgen. Hier zeigt sich mal wieder ein mangelndes physikalisches Grundwissen zum Unterschied zwischen Energie und Leistung. Entscheidend ist natürlich zunächst die energetische Speicherkapazität der Batterie – die Ausgangsleistung ist relevant für die Abschätzung, ob ein momentaner Strombedarf gedeckt werden kann.

Im Jahr 2014 betrug der Jahresstromverbrauch von Berlin laut des Hauptstadtportals berlin.de rund 13,4 TWh. Das Amt für Statistik Berlin Brandenburg gibt den Bruttojahresstromverbrauch von Berlin für 2014 mit 14,2 TWh an. Unter der stark vereinfachten Annahme, dass in Berlin damit durchschnittlich pro Stunde 1,5 GWh Strom verbraucht wird, müsste eine Batterie eine Stunde lang eine Ausgangsleistung von 1,5 GW, also die zwölffache Leistung der aufgeführten Batterie im Artikel, haben, um Berlin eine Stunde mit Strom zu versorgen. Auch eine Verwechslung von Leistung (120 MW) und Energie (120 MWh) würde nicht zu der Aussage führen, dass das Batteriesystem Berlin für eine Stunde mit Strom versorgen könnte.

Leider ist es häufig zu beobachten, dass energetische Kennzahlen in journalistischen Artikeln schlecht recherchiert und unkritisch dargelegt werden, sodass trotz der sehr interessanten technischen Konzepte, die in den Artikeln vorgestellt werden, ein fader Beigeschmack verbleibt, weil die physikalischen Grundlagen falsch dargestellt sind.

Stilblüten aus Klausuren: Energie und Leistung

Klausuren offerieren immer wieder Stilblüten von Studierenden, die sich nach langer und harter Klausurvorbereitung mit den Aufgabenstellungen auseinandersetzen und dabei Interessantes, manchmal Absurdes aber natürlich auch Richtiges produzieren.

Folgende Aufgabenstellung war in einer Klausur gegeben:

Ein benzinbetriebenes Auto mit einem Tankinhalt von 50 l wird innerhalb von zwei Minuten voll betankt.

  1. Berechnen Sie die Leistung, die während des Tankvorgangs durch die Tankanlage fließt. Geben Sie ein Energieerzeugungssystem an, das eine vergleichbare Nennleistung aufweist.
  2. Wie lange würde das Laden eines Elektrofahrzeugs dauern, wenn die Batterie die gleiche energetische Kapazität wie das benzinbetriebene Auto hätte und die Batterie mit einem Ladegleichstrom von 50 A bei einer Gleichspannung von 400 V aufgeladen wird?

Neben zahlreichen richtigen Ergebnissen gab es auch folgende Antworten:

  • Ein “Klassiker” bei solchen Aufgaben sind Probleme bei der Unterscheidung von Energie und Leistung. Regelmäßig hat die Leistung die Einheit J bzw. kWh, die obligatorische Einheit für die Leistung “kW/h” darf nicht fehlen.
  • Die Bandbreite der Leistung liegt zwischen 1,5 kW und 1,5 GW (als entsprechendes Kraftwerk wird dann ein Druckwasserreaktor aufgeführt); die Ladedauer der Batterie schwankt zwischen 0,0012 Sekunden und 625 Stunden. Den Studierenden scheint das Gefühl für Größenordnungen zu fehlen – eine kurze Reflexion des Ergebnisses (“Ist das Resultat plausibel?”) fehlt.
  • Interessant ist unter anderem der Lösungsansatz, die Leistung über die potenzielle Energie E=m·g·h (mit h als Höhenunterschied zwischen Tankstelle und Tank) und die Dauer t zu berechnen. Auch der Satz von Torricelli führt nicht unbedingt zum Ziel.
  • Auffällig ist, dass Studierende aus dem Studiengang Physikingenieurwesen mit der Aufgabe am besten zu recht kommen – scheinbar fehlt den Nichtphysikern die notwendige Freude an physikalischen Gleichungen.
  • Fehlen bei der Beantwortung der Aufgabe darf selbstverständlich nicht der sinngemäße Kommentar von Studierenden “wurde in der Vorlesung so nicht behandelt” bzw. “Formeln werden normalerweise gegeben”.

Es zeigt sich, dass auch vermeidlich einfache Aufgaben zu überraschenden Lösungswegen führen können.