Kombikraftwerk-Abschlussbericht: Stromversorgung ohne fossile Energien ist machbar

4. September 2014 | Kira Crome

Das Kombikraftwerk: In der Schaltzentrale beim Fraunhofer IWES in Kassel werden verschiedene Erneuerbare-Energie-Anlagen bundesweit zusammengeschlossen und zentral gesteuert. © Agentur für Erneuerbare Energien

Das Kombikraftwerk: In der Schaltzentrale beim Fraunhofer IWES in Kassel werden verschiedene Erneuerbare-Energie-Anlagen bundesweit zusammengeschlossen und zentral gesteuert. © Agentur für Erneuerbare Energien

Ganz Deutschland soll zu 100 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Energien versorgt werden. Dass das auch gänzlich ohne Kohle und Atomkraft geht, hat ein Forschungskonsortium unter Federführung des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) gezeigt: Ein künftiges Stromsystem ohne fossile Energiequellen, das die Netzstabilität und die heute gewohnte Versorgungsqualität gewährleistet, ist möglich. So lautet das Fazit des Abschlussberichts zum Projekt Kombikraftwerk 2.

100 Prozent erneuerbare Energien – das ist das erklärte Ziel der Energiewende. Kritiker fürchten jedoch um die Versorgungssicherheit. Sie verweisen auf die schwankende Leistung der volatilen Energiequellen. Würden bei einem raschen Ausbau von Wind-, Solar- und Biomasseenergie tatsächlich Blackouts und Stromengpässe drohen? Das war eine der Fragestellungen, mit denen sich die Forschungsgruppe unter Federführung der IWES-Wissenschaftler beschäftigt hat. Das Konzept ihres Pilotprojekts ist einfach: Deutschlandweit werden Wind-, Solar- und Biomasseanlagen mit Speichern und Backupkraftwerken zu einem weitflächigen „Kombikraftwerk“ zusammengeschlossen. Per Computer werden die einzelnen Energiequellen in einer Schaltzentrale so gesteuert, dass sie flexibel und bedarfsgerecht Strom liefern. Eventuelle Flauten und individuelle Produktionsstärken von Wind- und Sonnenenergie können dann durch Biogas sowie Geothermie und Wasserkraft ausgeglichen werden. Über die Ergebnisse des ersten Feldversuchs hatten wir bereits berichtet.

Hohes Niveau bei den Erneuerbaren

Dass der deutsche Strombedarf komplett aus erneuerbaren Energien gedeckt werden könnte, hatten die Wissenschaftler bereits 2007 mit dem Vorgängerprojekt „Kombikraftwerk 1“ nachweisen können. Allerdings gehört zur 100-Prozent-Versorgung mehr als eine ausreichende Stromerzeugung: Auch bei schwankender Bereitstellung von Energie aus volatilen Quellen muss gewährleistet sein, dass die Netze gleichmäßig stabil bleiben. Zwar funktioniert das deutsche Stromnetz trotz der Bauarbeiten für die Energiewende und neuer Einspeiserekorde bei den erneuerbaren Energien „auf konstant hohem Niveau“, meldete die Bundesnetzagentur vergangene Woche bei der Vorstellung der Kennzahlen zur Versorgungssicherheit. So lag der sogenannte SAIDI-Wert, der die durchschnittliche Unterbrechungsdauer pro Stromverbraucher bemisst, im letzten Jahr mit 15,32 Minuten niedriger als im Vorjahr und auch deutlich unter dem Mittelwert seit 2006. „Ein maßgeblicher Einfluss der steigenden dezentralen Erzeugungsleistung auf die Versorgungsqualität ist für das Berichtsjahr nicht erkennbar“, hatte Jochen Homann, Präsident der Bundesnetzagentur, dazu erklärt.

Doch wie würde sich eine Stromeinspeisung aus ausschließlich erneuerbaren Energien auf die Systemstabilität auswirken? Das hat das Forscherteam in einer zweiten Forschungsphase untersucht: „Wir wollten uns nun einer neuen Herausforderung stellen und detailliert die Versorgungssicherheit einer rein auf erneuerbaren Energiequellen basierenden Stromerzeugung untersuchen“, erläutert Kurt Rohrig, stellvertretender Leiter des Fraunhofer IWES das Vorhaben des „Kombikraftwerk 2“-Projekts.

„Die Untersuchungen zeigen, dass die heutige Versorgungsqualität auch mit einer intelligenten Kombination aus Erneuerbaren Energien, Speichern und Backupkraftwerken mit erneuerbarem Gas erreichbar ist“

Energiewende als Simulation
Dafür entwickelte das Forscherteam auf Basis einer räumlich und zeitlich detaillierten Datenbasis eine Simulation, die sowohl mit standortgenauen Angaben von Erzeuger- und Verbraucherdaten als auch realen Wetterdaten gespeist wird. Mithilfe der Simulation konnten die Wissenschaftler verschiedene Szenarien durchspielen, um für jede Stunde des Jahres einen exakten Zustand des Versorgungssystems untersuchen zu können. Die Energiequellen setzten sich aus 53 Prozent Windenergie, 20 Prozent Solarenergie und etwa 10 Prozent Bioenergie zusammen. Den Rest bildeten Wasser- und Geothermiekraftwerke sowie Batterien als Speicher und Gaskraftwerke, die aus Methan – aus überschüssigem Wind- oder Solarstrom hergestellt – sowie Biomethan gespeist werden.

Die Ergebnisse der Simulation, die sich in interaktiven Online-Animationen auf der Homepage des Forschungsprojektes verfolgen lassen, geben Auskunft über den Bedarf an Systemdienstleistungen und sind Grundlage für Berechnungen zur Systemstabilität und zu notwendigen Netzausbaumaßnahmen. „Die Untersuchungen zeigen, dass die heutige Versorgungsqualität auch mit einer intelligenten Kombination aus Erneuerbaren Energien, Speichern und Backupkraftwerken mit erneuerbarem Gas erreichbar ist“, bewertet Kaspar Knorr, Projektleiter beim IWES, die Ergebnisse. „Langfristig können wir auf fossile und nukleare Energiequellen in der Stromerzeugung gut verzichten.“ Dafür müsse aber das System technisch und regulatorisch weiterentwickelt und konsequent auf die Erneuerbaren Energien ausgerichtet werden.

Bis dahin bedarf es aber noch einiger Änderungen, um den Weg zur 100-Prozent-Versorgung aus erneuerbaren Energien zu ebnen. In ihrem Abschlussbericht weisen die Wissenschaftler darauf hin, dass Erneuerbare-Energie-Anlagen mit ihren technischen Fähigkeiten schon längst Systemverantwortung übernehmen können. Etwa durch die Bereitstellung von Regelleistung, bei der sie sogar deutlich schneller reagieren könnten als konventionelle Kraftwerke. Allerdings müsse der Regelleistungsmarkt dafür entsprechend angepasst werden: So müssten beispielsweise die Größe und Fristen der Ausschreibungen auf die Bedingungen der erneuerbaren Energien zugeschnitten werden. Aber auch die Prozesse, von der erforderlichen Kommunikationstechnik bis hin zum Zertifizierungsverfahren, seien noch auf konventionelle Kraftwerke ausgerichtet und verhinderten eine konstruktive Teilnahme regenerativer Energien am Regelleistungsmarkt.

Fazit

Das Projekt Kombikraftwerk 2 zeige, dass mit einer intelligenten Steuerung und Verknüpfung von Erzeugung, Speichern und Verbrauchern ein stabiles Versorgungssystem ohne konventionelle Energieträger machbar ist, führt Knorr weiter aus. „Auch wenn bis dahin noch einiges getan werden muss, können wir den heutigen hohen Grad an Versorgungssicherheit zukünftig auch allein auf Basis erneuerbarer Energiequellen erreichen.“

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