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Jahresdauerlinie

In der Energiewirtschaft ist es häufig von Interesse, eine wie hohe Leistung von einem Verbraucher für wie lange Zeiten in einem Jahr benötigt wird. Dies sei im Folgenden anhand eines Beispiels gezeigt. Wie betrachten den Erdgasverbrauch der Gasheizung eines gut wärmegedämmten Einfamilienhaus mit thermischer Solaranlage. Abbildung 1 zeigt zunächst den zeitlichen Verlauf der benötigten Leistung des Heizkessels (eines Brennwertkessels), jeweils gemittelt über eine Woche. Die Daten wurden aus jeweils einmal wöchentlich vorgenommenen Ablesungen des Gaszählers ermittelt. Jeder blaue Balken hat eine Fläche proportional zum gesamten Gasverbrauch in der jeweiligen Woche.

Wir sortieren nun all diese Balken nach ihrer Leistung (abfallend), wobei die Zuordnung zu den Monaten natürlich verloren geht:

Die Jahresdauerlinie verläuft am oberen Rand der Balken. Sie würde noch ein wenig anders aussehen, wenn die Daten mit höherer zeitlicher Auflösung aufgenommen würden, z. B. durch eine tägliche Zählerablesung: An einzelnen Tagen wäre die Heizleistung noch geringfügig höher als der höchste Wert in Abbildung 2, so dass die Spitze ganz links noch etwas erhöht würde. Natürlich würde die Kurve auch noch glatter verlaufen; die groben Stufen resultieren ja aus der geringen Auflösung.

An der Jahresdauerlinie kann man Folgendes ablesen:

• Eine Heizleistung von mehr als 4 kW wird nur während ca. 1000 Stunden (ca. 6 Wochen) im Jahr benötigt.
• Für die Hälfte der Zeit wird weniger als 1 kW benötigt, für ca. 3500 Stunden sogar weniger als 0,5 kW.
• Selbst wenn ein Mikro-Blockheizkraftwerk mit einer maximalen Heizleistung von nur 3 kW verfügbar wäre, würde dieses nur für weniger als 3000 Stunden pro Jahr mit Volllast betrieben. Wäre die Leistung 5 kW, so würde diese volle Leistung fast nie benötigt.

Anwendungen der Jahresdauerlinie

Bei der Auslegung eines Blockheizkraftwerks (BHKW) und schon bei der Klärung, ob ein BHKW wirtschaftlich betrieben werden könnte, wird häufig die Jahresdauerlinie verwendet. Im Idealfall verläuft sie weitgehend recht flach bis möglichst weit zum rechten Ende des Diagramms, und zeigt auch nur eine geringfügige Spitze am linken Ende. Mit anderen Worten passt die Fläche unter der Linie relativ gut zu einem Rechteck. Dann kann ein Blockheizkraftwerk mit einer maximalen Leistung gewählt werden, die einem Großteil des maximalen Leistungsbedarfs entspricht, und kann auch über das Jahr zu einem großen Teil seiner Kapazität genutzt werden. Dies kann z. B. der Fall sein, wenn ein ganzjährig hoher Warmwasserbedarf und ein nicht viel höherer Heizwärmebedarf auftritt. Ungünstig sind dagegen Verläufe wie in Abbildung 2 gezeigt, wo nicht nur die Leistungen und Energiemengen wesentlich zu gering sind, sondern vor allem auch die Jahresdauerlinie stark abfällt: Man hat dann entweder ein BHKW mit einer geringen Leistung für viele Volllaststunden, was dann aber nur einen geringen Teil des Wärmebedarfs deckt, oder ein größeres BHKW mit einer geringen Zahl von Volllaststunden, also einer schlechten Auslastung, die die Amortisation der Investitionskosten schwierig macht.

Jahresdauerlinien können in gleicher Weise auch für Verbraucher elektrischer Energie erstellt werden. Energiewirtschaftlich unproblematisch sind wiederum relativ flache Kurven ohne starke Spitze am linken Rand; ein solcher Bedarf kann weitgehend durch Grundlastkraftwerke abgedeckt werden. Ungünstig sind dagegen Verbraucher wie Elektroheizungen, die nur in wenigen Wochen im Jahr sehr viel Leistung beziehen, also eine starke Spitze am linken Rand zeigen. Die Jahresdauerlinie gibt freilich keinen Aufschluss darüber, wann diese Lastspitzen auftreten; natürlich sind sie am meisten problematisch, wenn sie in Zeiten allgemein hoher Netzlast fallen.

Auch für Kraftwerke können Jahresdauerlinien in analoger Weise erstellt werden. Grundlastkraftwerke zeigen ziemlich flache Kurven. Bei fluktuierend anfallenden erneuerbaren Energien wie Windenergie und Sonnenenergie dagegen erhält man relativ stark abfallende Kurven: Man erhält z. B. mindestens 90 % der maximalen Leistung nur für einen kleinen Teil der Zeit. Wiederum zeigen die Jahresdauerlinien aber nicht, in welche Zeiten die hohen Leistungen fallen. So wird z. B. nicht berücksichtigt, dass Photovoltaik-Strom günstigerweise am meisten in der Mittagszeit anfällt, was gut zu den mittäglichen Verbrauchsspitzen passt.

Siehe auch: Leistung, Volllaststunden