Die Energiewende: Blackout bei Flaute?

Drachen steigen lassen ohne Wind oder ein Sonnenbad bei Regen. Beides funktioniert nicht. Ähnlich ist es mit den Erneuerbaren Energien: das Wetter muss stimmen. Durch die Energiewende werden wir in Zukunft einen Großteil unseres Stromes mit wetterabhängigen Sonnen- und Windkraftwerken erzeugen. Was ist aber, wenn der Wind nicht weht und die Sonne von Wolken verdeckt wird?

Ziel der Energiewende ist eine Stromversorgung, die mit einem hohen Anteil schwankender Wind- und Sonnenstromproduktion planbar und zuverlässig bleibt. Ein kompletter Blackout wie kürzlich in weiten Teilen Indiens soll genauso vermieden werden wie Probleme mit denen New York lange Zeit zu kämpfen hatte.

Der Dreh- und Angelpunkt ist dabei die Residuallast: Zieht man von der Tageskurve des Strombedarfs in Deutschland die schwankende Erzeugung aus erneuerbaren Energien (gelb/grün) ab, bleibt eine „Restkurve“ (grau) übrig – das ist die Residuallast. Sie wird vom konventionellen Kraftwerkspark gedeckt, damit wir nicht im Dunkeln sitzen müssen:

Erneuerbare Energien wie Photovoltaik oder Wind erzeugen nicht gleichmäßig Strom, die Differenz wird durch konventionelle Kraftwerke gedeckt. Hier: 10. April 2012.

Entscheidend für die sichere und zuverlässige Stromversorgung ist die sogenannte „gesicherte Leistung“: Damit ist die Leistung gemeint, mit der ein Kraftwerk mit einer Wahrscheinlichkeit von 99 % immer Strom erzeugen kann, ungeachtet von Ausfällen, notwendigen Wartungen oder dem Eigenverbrauch der Kraftwerke an Energie.

Dass das Wetter schwer zu kalkulieren ist, macht nicht nur die eigene Ausflugsplanung schwierig. Bei der Berechnung der “gesicherten Leistung” von Erneuerbaren Energien entsteht so ein beunruhigend kleiner Wert: Bei einem Kernkraftwerk beträgt die gesicherte Leistung beispielsweise 93 Prozent, bei einem Steinkohlekraftwerk 86 Prozent. Bei der Wasserkraft sinkt der Wert auf 40 Prozent, bei der Windenergie auf 5 bis 10 Prozent und bei der Photovoltaik ist es gerade einmal 1 Prozent.

Das bedeutet, dass bei einer Leistung von 29.000 MW Windkraft (das entspricht in etwa 29 großen Braunkohlekraftwerken) bestenfalls mit einer gesicherten Leistung von 2.900 MW und im schlechtesten Fall eine Leistung von rund 1.500 MW geplant werden kann. Diese Leistung steht dann mit einer Wahrscheinlichkeit von 99 Prozent immer zur Verfügung. In der Vergangenheit lagen die Werte bei extremen Windflauten allerdings mitunter noch darunter.

Die Einspeiseleistungen von Windkraftanlagen kann erheblich schwanken – hier der Monat Februar 2012 im Netzgebiet der TenneT TSO GmbH. Die Differenz wird durch den konventionellen Kraftwerkspark ausgeglichen.

Nachdem wir uns einen großflächigen Blackout nicht erlauben wollen und können, müssen wir die Jahreshöchstlast mit der gesicherten Leistung jederzeit abdecken können. In Deutschland sind das etwa 80.000 MW, die wir jeweils in den Wintermonaten für einige Stunden benötigen. Natürlich kann es vorkommen, dass genau dann die Sonne strahlt und der Wind bläst, wenn wir besonders viel Strom benötigen. Gerade in den angespannten Februartagen dieses Jahres konnte Deutschland immer noch Strom an seine Nachbarn exportieren. Das muss aber nicht so sein.

Klüger verbrauchen

Was können Verbraucher tun? Sie können ihren Verbrauch teilweise verschieben oder reduzieren.
In Frankreich, wo der Anteil an elektrischen Heizungen viel größer ist als in Deutschland, versucht man den Stromverbrauch via SMS zu beeinflussen: Bürger und Bürgerinnen wurden dazu aufgefordert, weniger Strom zu verbrauchen, als die Gesamtlast im Februar einen rekordverdächtigen Höchstwert von über 100.000 MW erreicht hatte.

Vom “Verschiebepotential” des Stromverbrauchs in Deutschland (etwas mehr als 8.000 MW) nutzen wir derzeit nur einen Teil in der Industrie. In Forschungsprojekten wie der „Smart Region Pellworm“ wird deshalb untersucht, inwieweit steuerbare Verbraucher und Energiespeicher einen Anteil zur Versorgungssicherheit beitragen können, indem der Strom dann verbraucht wird, wenn er da ist.

Und auch die Geräte, die Strom verbrauchen, können dazu beitragen, den Gesamtbedarf zu reduzieren: Ein Fernseher muss heute nicht über hundert Watt an Leistung benötigen. Die effizientesten Geräte begnügen sich schon heute mit weniger als 70 Watt.

Eine sichere Stromversorgung mit einem hohen Anteil Erneuerbarer Energien muss
also ausreichend Leistung sicher zur Verfügung stellen und gleichzeitig Lasten verschieben, die Energieeffizienz verbessern, den europäischen Stromaustausch erweitern und wirtschaftliche Speichertechnologien finden. Eine Herausforderung, die zu bewältigen ist – blackoutfrei.

Dieser Artikel ist Teil zwei unserer Serie zur Energiewende. Teil eins gab einen Überblick zum Thema, weitere Beiträge zur Serie folgen.

Martin Käßler

Martin Käßler
Martin Käßler ist wissenschaftlicher Mitarbeiter. Er leitet das FuE-Marketing am Fraunhofer-Anwendungszentrum Systemtechnik AST. In seiner Diplomarbeit analysierte er die Gebrauchstauglichkeit einer Energiemanagement-Software beim Endkunden. Er ist Mitglied im Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik VDE.

11 Antworten

  1. Hemnes

    Schöner Artikel – aber etwas “märchenhaft” geschrieben.

  2. Automatisierung Fetischisten

    Was kann der Verbraucher tun – er selber? Nichts!

    Man beachte die Theorie des “Lazy Consumer” (http://smartgrid.ieee.org/resources/smart-grid-news/631-smart-conservation-for-the-lazy-consumer). Egal in welchem Anwendungsfall der Nutzer Teil der Regelstrecke ist – es hat sich gezeigt, dass eben der Nutzer die größte Störgröße ist und die angebotenen bzw. anbietbaren Spreizungen des Preises für Strom nicht ausreichen, um genügend Anreize zu liefern. Was wäre denn hier angebrachter?? Gleich auf Automatisierung zu setzen oder lieber Speicher…?? Schlussendlich reden wir von kritischer Infrastruktur – vom Strom und seiner Verfügbarkeit hängt viel ab – da macht es keinen Sinn in die Betriebsführung (übrigens hier zur Frequenzhaltung, das sollte man vlt. auch mal abgrenzen, wenn man darüber schreibt) unsichere Aktorik zu integrieren.

  3. Im Grunde genommen ist eine Automatisierung natürlich der elegantere Weg. Also Demand Side Management (Automatisierung) vs. Demand Side Response (Reaktion des Verbrauchers auf ein Anreizsignal), siehe auch: http://www.vde.com/de/Verband/Pressecenter/Pressemeldungen/Fach-und-Wirtschaftspresse/Seiten/2012-40.aspx

    Bei den aktuellen Börsenpreisen beträgt die Differenz zwischen Peak und Base auch nur 1 – 3 Cent – bei einem Endkundenpreis > 20 Cent macht das wahrscheinlich viel zu wenig aus. Und für Systemdienstleistungen braucht man 100% Zuverlässigkeit, die beim Demand Side Response nicht gewährleistet ist.

    Im Gegenteil: Man bräuchte dann noch eine “Prognose der Verbrauchsänderung” als Ergänzung zum bisherigen H0-Profil: http://de.wikipedia.org/wiki/Standardlastprofil

    Auf der anderen Seite: Eine Automatisierung wird sich wohl nur bei Großverbrauchern rechnen, und das geht dann schon wieder in Richtung Industrie/Wärmeerzeugung oder E-Fahrzeug. Ob sich der Aufwand bei den (ohnehin hocheffizienten) Kühlschränken und Waschmaschinen dann noch lohnt?

  4. Automatisierung Fetischisten

    Genau – deswegen kann man mit dem privaten Verbraucher auch nicht real rechnen. Die wenigen kW Einsparpotentiale der Spitzenleistung gg. dem wenigen Einsparpotential beim Energieverbrauch bei weißer Ware führt zum Schluss, dass DM & DR mit dem Ziel der Laststeuerung für die Systembetriebsführung einen Irrweg in der Zielstellung abbilden. Man kann aber einen Effekt generieren – die dauerhafte Sensibilität für Strom durch Feedback und Automatisierung um eine persönliche Energiestrategie umzusetzen – Bsp.: möglichst CO2 armes Stromverbrauchen oder, wenn es beliebt, orientiert an der lokalen Erzeugung nebenan auf dem Feld…

  5. p. sim

    Wäre es nützlich, den Stromverbrauch in Privathaushalten zu beeinflussen, wenn der Strompreis zu Tageszeiten in denen mehr oder weniger Strom in den Netzen vorhanden ist günstiger bzw. ungünstiger wäre? Dies könnte für den Endkunden durch eine Anzeige sichtbar sein. Da ich nicht vom Fach bin, kann ich allerdings nicht beurteilen, ob das Benutzen von Waschmaschine, Wäschetrockner, Spülmaschine zu bestimmten Zeiten überhaupt relevant ist. In Frankreich existieren derartige Projekte bereits.

  6. Aus systemischer Sicht ist es nicht günstiger, da Systemdienstleistungen zu 100 Prozent gewährleistet sein müssen, wenn man hier den Vergleich mit dem Regelenergiemarkt anstrengen möchte. Nur auf das “richtige Verhalten” des Verbrauchers durch finanzielle Anreize (Demand Response) zu hoffen, ist kein Vorteil für das gesamte System, da es keine Garantie dafür gibt. Die Preisunterschiede werden beim jetzigen Marktmodell gering bleiben und damit auch der Anreiz, sein Verbrauchsverhalten zu ändern. Dazu kommen praktische Hindernisse (Waschmaschine im Mietblock Nachts um 24 Uhr?). Aus freien Stücken kann man Großverbraucher natürlich trotzdem dann anschalten, wenn gerade viel Erneuerbarer Strom im Netz ist. Die passenden Anwendungen gibt es auch, siehe: http://itunes.apple.com/de/app/vattenfall-stromwetter-uhr/id516921533?mt=8 oder http://netzentlaster.de/

  7. HalloHerrNachbar

    Ökologisch, leise, lustig. Modernes Fahren im Elektroauto
    http://www.youtube.com/watch?v=0owu62NgmjA

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