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Definition: die pro Zeiteinheit umgesetzte Energiemenge
Die Leistung P beispielsweise einer Maschine ist die Energiemenge, die sie pro Zeiteinheit umsetzt. Der Begriff wird häufig verwendet, wenn Energie zwischen verschiedenen Energieformen umgewandelt oder von einem System auf ein anderes übergeht.
Maßeinheiten
Die grundlegende Maßeinheit für die Leistung (im SI-System) ist das Watt (W), entsprechend einem Joule (J) pro Sekunde. Für größere Leistungen gibt es die folgenden abgeleiteten Einheiten:
- 1 kW (Kilowatt) = 1000 W
- 1 MW (Megawatt) = 106 W
- 1 GW (Gigawatt) = 109 W
- 1 TW (Terawatt) = 1012 W
Angaben in Wattstunden (Wh), Kilowattstunden (kWh) u. ä. bezeichnen nicht Leistungen, sondern Energiemengen.
Manchmal wird bei Leistungsangaben zusätzlich angezeigt, welche Art von Leistung gemeint ist. Beispielsweise kann bei einem Wärmekraftwerk eine Angabe in MWth die thermische Leistung (z. B. die Leistung einer Kohlefeuerung) bezeichnen, während man mit MWel die elektrische Leistung angibt.
Die Leistung von Automotoren wird oft noch in Pferdestärken (PS) angegeben; 1 PS entspricht ca. 735,5 W.
Aufgenommene und abgegebene Leistung
Wenn die Leistung eines Geräts z. B. in Watt angegeben wird, sollte klar gemacht werden, ob es sich um die aufgenommene oder die abgegebene Leistung handelt. Leider wird dies häufig versäumt. Beispielsweise werden Staubsauger beworben durch Angabe einer “Saugleistung” von 1500 W, obwohl dies die elektrische Aufnahmeleistung ist (die die Stromkosten pro Betriebsstunde bestimmt) und die eigentliche Saugleistung nur bei wenigen hundert Watt liegt. Für den Konsumenten wünschenswert wäre natürlich eine möglichst hohe echte Saugleistung bei gleichzeitig möglichst niedriger aufgenommener elektrischer Leistung. Die Saugleistung ist aber meistens unbekannt.
Die Differenz von aufgenommener und abgegebener Leistung wird als Verlustleistung bezeichnet. Sie wird häufig in Form von Wärme abgegeben.
Beispiele
- Ein Elektromotor nimmt pro Sekunde 200 J an elektrischer Energie auf. Dies bedeutet, dass er eine Leistung von 200 W benötigt. Wenn sein Wirkungsgrad 90 % ist, gibt er damit eine mechanische Leistung von 0,90 · 200 W = 180 W ab.
- Ein Auto benötigt bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h (= 27,8 m/s) eine Antriebskraft von 250 N. Dies führt zu einer mechanischen Antriebsleistung von 27,8 m/s · 250 N = 6,9 kW (ohne Reibungsverluste im Antriebsstrang). Bei einem Wirkungsgrad von 20 % benötigt man 34,7 kW in Form von Treibstoff – vergleichbar mit der Leistung, die die Beheizung eines ungedämmten Zweifamilienhauses an einem kalten Wintertag benötigt.
- Ein Motor treibt eine Achse mit 100 Umdrehung pro Sekunde und einem Drehmoment von 50 Nm an. Die Leistung beträgt dann 2π · 100 /s · 50 Nm = 31,4 kW.
- Ein gut wärmegedämmtes Einfamilienhaus verliert an einem Wintertag pro Sekunde 5000 J an Wärme an die kalte Umgebung. Um die Innentemperatur zu halten, wird deswegen eine Heizleistung von 5000 J/s = 5 kW benötigt, solange keine anderen Wärmequellen (z. B. Sonneneinstrahlung durch die Fenster) vorhanden sind. Dies entspricht der Wärmeabgabe von ca. 50 Personen bei leichter Arbeit.
- Ein typischer Automotor leistet einige Dutzend Kilowatt, eine elektrische Lokomotive einige Megawatt und ein Großkraftwerk z. B. ein Gigawatt.
Abbildung 1: Primärenergieumsatz diverser Verbraucher, angezeigt mit einer logarithmischen Skala. Der Wirkungsgrad der Stromerzeugung wurde als 30 % angenommen. Man beachte den weiten Bereich z. B. bei den Fernsehern mit elektrischen Leistungen zwischen ca. 20 W (kleines LCD-Gerät) und 3000 W (großer Plasmabildschirm). Beim Menschen gelten die oberen Werte des Bereichs für kurzfristige starke Anstrengung.
Spitzenleistung und durchschnittliche Leistung
Die maximale Leistung (Spitzenleistung) einer Maschine ist unter Umständen nicht ständig verfügbar oder wird nicht zu jeder Zeit benötigt:
- Das Leistungsangebot von einer Windenergieanlage hängt stark von den momentanen Windverhältnissen ab. Die gesamte Energieerzeugung pro Jahr ist deswegen nur ein gewisser Bruchteil (z. B. ein Fünftel) des theoretischen Werts, der sich aus dem ununterbrochenen Dauerbetrieb ergäbe.
- Die Spitzenleistung von Wasserturbinen an Stauseen wird häufig so hoch ausgelegt, dass die verfügbare Wassermenge bei weitem nicht für den ununterbrochenen Dauerbetrieb genügen würde. Diese Verhältnisse ermöglichen es jedoch, einen großen Teil der erzeugten Energie als Spitzenlast zu Zeiten hohen Bedarfs abzugeben, was energiewirtschaftlich günstig ist.
Literatur
| [1] | Extra-Artikel: Rechnen mit Energie und Leistung |
Siehe auch: Watt, Leistungsdichte, Verlustleistung, Energie