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Leistung

Definition: die pro Zeiteinheit umgesetzte Energiemenge

Englisch: power

Kategorien: Grundbegriffe, physikalische Grundlagen

Formelsymbol: P

Einheit: Watt (W)

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 06.03.2010; letzte Änderung: 03.11.2018

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: die Leistung eines typischen Tauchsieders
  • 1 MW (Megawatt) = 106 W: die Antriebsleistung einen kleinen Lokomotive
  • 1 GW (Gigawatt) = 109 W: die elektrische Abgabeleistung eines Großkraftwerks
  • 1 TW (Terawatt) = 1012 W: die durchschnittliche Leistung der Sonneneinstrahlung (gemittelt über ein Jahr, also alle Jahreszeiten sowie Tag und Nacht) in Mitteleuropa auf einen Kreis mit Radius 53 km

Angaben in Wattstunden (Wh), Kilowattstunden (kWh), Megawattstunden (MWh) usw. 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 = 0,7355 kW.

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 Anschlussleistung 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 und ohnehin von den Betriebsbedingungen (z. B. Größe der Düsenöffnung) abhängig.

Die Differenz von aufgenommener und abgegebener Leistung wird als Verlustleistung bezeichnet. Sie wird häufig in Form von Wärme abgegeben.

Die von einem Verbraucher bezogene Leistung wird oft auch als Last bezeichnet. Entsprechend spricht man beim Betrieb mit maximaler oder reduzierter Leistung von Volllastbetrieb bzw. Teillastbetrieb.

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 Kraftstoff – vergleichbar mit der Leistung, die die Beheizung eines ungedämmten Zweifamilienhauses an einem kalten Wintertag benötigt.
  • Ein Motor treibt eine Achse mit 100 Umdrehungen pro Sekunde (6000 Umdrehungen pro Minute) und einem Drehmoment von 50 N m an. Die Leistung beträgt dann 2π · 100 /s · 50 N m = 31,4 kW.
  • Ein gut wärmegedämmtes Einfamilienhaus verliert an einem kalten 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.
Skala für verschiedene Leistungen
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.

Spezielle Leistungsangaben

Es gibt viele Angaben von Leistungen, die für bestimmte Randbedingungen gelten:

  • Die maximal von einem Verbraucher bezogene Leistung wird als Spitzenleistung bezeichnet. Sie wird für Abrechnungszwecke oft über 15 Minuten gemittelt (→ registrierende Leistungsmessung). Manchmal wird auch die maximale Leistung eines Stromerzeugers als Spitzenleistung bezeichnet.
  • Die Spitzenlast in einem Stromnetz wird meist nicht als gleichbedeutend mit der Höchstlast (z. B. Jahreshöchstlast) verstanden, sondern als der fluktuierende Anteil der Last, d. h. das, was über die Grundlast hinausgeht.
  • Die Engpassleistung z. B. eines Kraftwerks ist die maximale im Dauerbetrieb mögliche Leistung. Sie wird durch die schwächste Komponente (den Engpass) bestimmt.
  • Die installierte Leistung bedeutet dasselbe wie die Engpassleistung, jedoch wird sie u. U. nicht für ein einzelnes Kraftwerk, sondern für einen ganzen Kraftwerkspark angegeben.
  • Die verfügbare Leistung von Kraftwerken ist die gesamte Engpassleistung abzüglich der Leistung von Kraftwerken, die momentan nicht verfügbar sind, z. B. wegen geplanter Revisionen, unvorhergesehener Ausfälle oder ungünstiger Wetterbedingungen.
  • Die Bemessungsleistung einer Anlage ist die unter normalen Bedingungen erlaubte Dauerleistung. Bei abweichenden Bedingungen kann die erlaubte Dauerleistung auch höher oder niedriger sein. Kurzfristig ist oft auch ein Betrieb mit etwas höherer Leistung möglich. Die Bemessungsleistung ist beispielsweise bei der Auslegung von Anlagen wichtig.
  • Die Nennleistung ist ein eher zur Benennung oder Identifizierung verwendeter Wert, der nicht unbedingt mit dem erlaubten Maximalwert identisch ist. Früher wurde der Begriff jedoch oft als gleichbedeutend mit der Bemessungsleistung verwendet.

Bei Wechselstrom-Anlagen muss jeweils Wirkleistung und Blindleistung unterschieden werden. Wenn nichts dazu direkt gesagt wird, ist meist die Wirkleistung gemeint.

Literatur

[1]Extra-Artikel: Rechnen mit Energie und Leistung

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Watt, Leistungsdichte, Leistungsänderungsgeschwindigkeit, Verlustleistung, Blindleistung, Energie, Kraft, Last, Spitzenleistung, Bemessungsleistung, Spitzenlast, Anschlussleistung, registrierende Leistungsmessung
sowie andere Artikel in den Kategorien Grundbegriffe, physikalische Grundlagen

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