Wie bedrohlich ist eine „Dunkelflaute“ für die Stromversorgung?

27. September 2017 | Kira Crome

© leoleobobeo/pixabay.com

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Wenn im Winter die Wetterlage Windstille und Nebel mit sich bringt, fürchten Fachleute Stromversorgungslücken, wenn die Stromnachfrage hoch und die Erzeugung aus Wind und Sonne geringer als üblich ist. Dunkelflaute nennen sie das Phänomen, das in den letzten Monaten für Schlagzeilen gesorgt hat. Energiewendebefürworter halten die Befürchtung für unbegründet. Wissenschaftler haben Wetterdaten aus sieben Jahren ausgewertet, um der Bedeutung des Wetterereignisses für das Stromsystem auf den Grund zu gehen.

Kaum ein Monat, in dem nicht neue Marktberichte zur Entwicklung der erneuerbaren Energien erscheinen, die die Debatte über den Umbau des Stromsystems mit Daten unterlegen. Während Marktforscher analysieren, was die globale Dynamik für die deutsche Energiewirtschaft bedeutet, wird die Debatte um den Ausbau der Photovoltaik- und Windenergienutzung hierzulande in jüngster Zeit von einer anderen Frage überschattet: Was passiert, wenn in einem mehrheitlich von volatilen Energieerzeugungsanlagen beherrschten Versorgungssystem das Wetter nicht mitspielt und Sonnenkraftwerke wie Windenergieanlagen nicht ausreichend Strom erzeugen können?

Dunkelflaute-Phänomen liefert Schlagzeilen
So geschehen Anfang des Jahres, als die sogenannte „Dunkelflaute“ auftrat. Diese Wetterlage hatte im winterlichen Januar über zehn Tage hinweg zu anhaltender Windstille und zähem Nebel über Deutschland geführt. Mit der Folge, dass die heimischen Erneuerbare-Energie-Anlagen deutlich weniger Strom produzierten als üblich. Am 24. Januar 2017 erreichte nach Daten von Agora Energiewende die Stromerzeugung aus regenerativen Quellen ihr Monatsminimum: 26.000 Windenergieanlagen haben fast den ganzen Tag weniger als ein Gigawatt Leistung geliefert. Die rund 1,2 Millionen PV-Anlagen steuerten nur mittags für kurze Zeit an die 2,3 Gigawatt Leistung bei. Nur 13,3 Prozent der gesamten Nettoerzeugung von allen Erzeugungsanlagen stammte aus erneuerbaren Energien. Die deutschlandweit zu deckende Höchstleistung betrug an dem Tag dagegen bis zu 74,5 Gigawatt. Fossil betriebene Kraftwerke sprangen ein, um den Bedarf zu decken.

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Stromerzeugung und –verbrauch am 24.01.17 nach Angaben von Agora Energiewende

Dass damit die konventionellen Energien den Notnagel für die Stromversorgung gaben, befeuerte die Diskussion um den Kohle- und Atomausstieg. „Wir brauchen weiterhin flexible konventionelle Kraftwerke, um die stark schwankende Stromeinspeisung aus Wind und Photovoltaik jederzeit ausgleichen zu können“, sagte der Hauptgeschäftsführer des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) Stefan Kapferer gegenüber der Tageszeitung „Die Welt“ und warnte vor einer Versorgungslücke. Dass die herkömmlichen Kraftwerke ungeachtet möglicher Netzengpässe vom Markt genommen würden, weil sich ihr Betrieb im Zuge des Erneuerbare-Energie-Ausbaus nicht mehr lohne, sei besorgniserregend. In den vergangenen fünf Jahren sind laut dem „Welt“-Bericht insgesamt 82 konventionelle Stromerzeuger mit einer Leistung von mehr als zwölf Gigawatt zur Stilllegung angemeldet worden. Geplant ist, dass künftig nur noch ein kleiner Teil des heutigen Kraftwerkbestands das Stromnetz stabilisieren und als Reserve weiterlaufen soll.

Stromnetz bot reichliche Reserven
Energiewendebefürworter halten das Szenario von regelmäßigen Stromversorgungslücken in den kommenden Wintern, wenn die restlichen Kernkraftwerke bis 2022 vom Netz gehen und auch weitere Kohlekraftwerke nach und nach ihren Betrieb einstellen, für unbegründet. Auswertungen des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) hatten ergeben, dass es im deutschen Stromsystem während der Dunkelflaute durchaus noch Reserven gegeben habe. Bruno Burger, Wissenschaftler am Fraunhofer ISE und Herausgeber der Online-Kraftwerksdatenbank Energy Charts, erklärte gegenüber dem Branchenblatt PV Magazin, dass während der Dunkelflaute zwei der acht Kernkraftwerke in Deutschland gar nicht am Netz gewesen seien. Trotz der zeitweilig niedrigen Stromeinspeisung aus Erneuerbare-Energien-Anlagen sei die Versorgung zuverlässig abgesichert gewesen, bestätigte Agora Energiewende-Leiter Patrick Graichen gegenüber Spiegel Online. Das belege der Einsatz der flexiblen Gaskraftwerke, die die fehlenden Ökostrommengen an Dunkelflaute-Tagen vornehmlich ausgeglichen hätten. Am 24. Januar seien die vergleichsweise saubereren Gaskraftwerke mit einer Leistung von 10 Gigawatt im Einsatz gewesen, berichtete Spiegel Online. 28 Gigawatt könnte der bestehende thermische Kraftwerkspark aus flexiblen Gaskraftwerken schon heute insgesamt leisten, das entspricht etwa einem Drittel des normalen täglichen Bedarfs.

Zudem zeigen die Stromnetzdaten, dass die deutschen Kraftwerke auch während der Dunkelflaute bilanziell Strom aus Deutschland in die europäischen Nachbarländer exportiert haben. Abnehmer der deutschen Stromexporte im Januar waren neben Österreich und der Schweiz insbesondere Frankreich. Selbst am 24. Januar gegen 18 Uhr, als der Verbrauch der Republik am größten war, wurden netto noch mehr als eine Gigawattstunde Strom in Nachbarländer verkauft.

Windflauten mit zähem Nebel sind kein häufiges meteorologisches Ereignis
Unterdessen haben Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik in einem Teilprojekt im Rahmen eines Forschungsvorhabens zur Klimawirksamkeit der Elektromobilität im Auftrag des Bundesumweltministeriums die Tragweite des Phänomens Dunkelflaute untersucht. Geprüft wurde, wie oft die Wetterlage, bei der wenig Strom aus Sonne und Wind auf eine kältebedingt hohe Nachfrage trifft, in den vergangenen Jahren überhaupt aufgetreten ist und wie sie sich auf die Versorgungssicherheit niedergeschlagen hat. Ausgewertet wurden dafür europäische Wetterdaten aus sieben Jahren von 2006 bis 2012. Demnach sind in dem Zeitraum kritische Dunkelflauten nur zweimal aufgetreten und dauerten drei bis vier Stunden. Die Szenario-Prognose für das Jahr 2050, die die Studienautoren auf Basis der ermittelten Wetterdaten erstellt haben, zeigt: Auch wenn sie doppelt so lang ausfallen würden, könnten Engpässe durch die flexibel einsetzbaren Gasturbinenkraftwerke aufgefangen werden, belegt die kürzlich veröffentlichte Studie. Die Autoren setzten in ihrem Modell einen grenzüberschreitenden Kraftwerks- und Speichereinsatz über das gemeinsame europäische Verbundnetz voraus, ebenso wie die Kopplung des Stromsektors mit flexiblen Stromverbrauchern im Wärme- und Transportsektor.

Dunkelflaute-Diskussion – eine Scheindebatte?
Aus betriebswirtschaftlicher Sicht mag der geplante schrittweise Ausstieg aus der Kohleverstromung den Kraftwerksbetreibern Sorgen bereiten, sagen Experten. Die Dunkelflaute-Debatte lenke aber von wichtigen Fragen zur Modernisierung des Stromnetzes ab. Um solche Wetterereignisse künftig abfedern zu können, seien neben vielen Flexibilitätsoptionen in einem mehrheitlich aus volatilen regenerativen Quellen gespeisten Stromsystem zudem auch langfristige Speichertechnologien notwendig. Eine aktuelle Studie des Berliner Instituts Energy Brainpool im Auftrag von Greenpeace Energy setzt in diesem Zusammenhang auf die Windgastechnologie als klimaneutrale Lösung: Elektrolyseure könnten in sonnen- und windreichen Zeiten Stromüberschüsse in synthetischen Wasserstoff und im weiteren Verfahren in Methan wandeln. Das sogenannte „Windgas“ könne im herkömmlichen Erdgasnetz gespeichert werden. Das sei nach Berechnungen der Studienautoren im Vergleich zu anderen Optionen wie etwa die Flexibilisierung der wärmegeführten Gas-Kraft-Wärmekopplung und flexibilisierte Biomasseanlagen die kostengünstige Variante, um windstille und nebelreiche Tage im Winter zu kompensieren.

Das Wetterphänomen wird die Energiewende-Debatte um die besten Wege zu einem mehrheitlich auf regenerative Energien ruhenden Stromsystem weiter beschäftigen. Auch wenn sogenannte Dunkelflauten nur selten unter ganz bestimmten Wetterbedingungen auftreten, stellen die Wintermonate die Übertragungsnetzbetreiber vor Herausforderungen, wenn die Stromnachfrage hoch ist und kritische Lagen – wie zum Beispiel Kraftwerksausfälle in Nachbarländern etwa in Frankreich und Belgien im letzten Winter – die Netzsteuerung erschweren. Man habe die Lücken mit zusätzlichem Strom aus Gas- und Kohlekraftwerken schließen können, zitierte die Frankfurter Allgemeine Zeitung den Amprion-Geschäftsführer Klaus Kleinekorte Anfang Juni. Die Mehrkosten bezifferte er auf 20 Millionen Euro. Energiewendebefürworter halten entgegen: Die flexible Anpassung der Nachfrage an das schwankende, aber immer präziser vorhersagbare Stromangebot aus regenerativen Quellen werde einen entsprechenden Preis bekommen und so technologische Innovationen als Lösung und Geschäftsmodelle vorantreiben. Dazu gehören auch der Zusammenschluss von einzelnen Erneuerbare-Energie-Anlagen zu virtuellen Kraftwerken. Zudem werden sich die Verfahren zur Wetterprognose weiter verbessern und immer exaktere Vorhersagen über Wetterentwicklung und erwartete Einspeisemengen ermöglichen.

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