Es ist zwar noch etwas Zeit, aber solche Aufnahmen werden in absehbarer Zeit nicht mehr möglich sein, Am 26. Januar 2019 hat die Kohlekommission den Kohleausstieg bis spätestens 2038 beschlossen. Im Jahr 2018 betrug der Anteil an Strom, der aus Braun- und Steinkohle erzeugt wurde, 36,6 %. (Quelle: NEW Energie)
Woher kommt der Strom? – Einen detaillierten Überblick über die Anteile verschiedener Energiequellen im Jahr 2018 gibt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE: „Die deutschen Photovoltaikanlagen speisten 2018 etwa 45,7 TWh ins öffentliche Netz ein, das waren 16 Prozent mehr als im Vorjahr. Der Zubau von 3,2 Gigawatt erhöhte die installierte Gesamtleistung auf 45,5 Gigawatt (Stand Ende November). Die maximale Solarleistung wurde am 2. Juli 2018 um 13:15 Uhr mit etwa 32 Gigawatt erreicht, das waren 39 Prozent der gesamten Stromerzeugung zu diesem Zeitpunkt. Von April bis August 2018 war die monatliche Stromerzeugung von PV-Anlagen höher als von Steinkohlekraftwerken.
Die Windenergie produzierte 2018 ca. 111 TWh und war damit die zweitstärkste Energiequelle nach der Braunkohle. In zehn Monaten übertraf die Windstromproduktion die Erzeugung aus Steinkohle und Kernenergie. Die maximal erzeugte Leistung betrug ca. 45,9 GW am 8. Dezember um 12: 00 Uhr. Der Anteil von onshore Wind betrug 87,4 TWH, ein Plus von 2 TWh. Offshore Wind konnte die Produktion von 17,4 TWh in 2017 auf über 18,8, TWh in 2018 steigern. Das Gros des Offshore Windstroms wurde mit 16,6 TWh in der Nordsee erzeugt.
Gemeinsam produzierten Solar- und Windenergieanlagen 2018 ca. 157 TWh und liegen damit in Summe vor Braunkohle, Steinkohle und Kernenergie. Das Verhältnis zwischen Solar- und Windanlagenleistung ist jedoch unausgewogen, Ende 2018 fehlten 16 GW installierter Solarleistung zum optimalen Verhältnis Wind-Solar.
Die Wasserkraft trug aufgrund des extrem trockenen Sommers nur mit 17 TWh zur Stromerzeugung bei. Das ist der zweitniedrigste Wert der letzten 30 Jahre. Von Mai bis Dezember lag die monatliche Stromerzeugung unter der des Vorjahres. Die Biomasse lag mit ca. 44,8 TWh genau auf dem Niveau des Vorjahres.
In Summe produzierten die erneuerbaren Energiequellen im Jahr 2018 etwa 219 TWh und legten damit um 4,3 Prozent gegenüber 2017 zu. Damit erreichten sie einen Anteil von über 40 Prozent an der öffentlichen Nettostromerzeugung.
Die Nettostromerzeugung aus Kernkraftwerken lag mit 72,1 TWh auf dem Vorjahresniveau.
Braunkohlekraftwerke produzierten 131,3 TWh netto. Das sind ca. 2,7 TWh bzw. 2 Prozent weniger als in 2017. Die Braunkohlekraftwerke reagierten flexibler auf niedrige Börsenstrompreise als in den vergangenen Jahren und drosselten ihre Leistung auf unter 6 GW, wie z.B. am 05.01.2018 und am 08.12.2018. Die Drosselung erfolgt hauptsächlich bei niedrigen oder negativen Börsenstrompreisen. Nach wie vor sind Braunkohlekraftwerke aber noch unflexibel in ihrer Reaktion auf hohe Einspeisung von Erneuerbarer Energien. “ /1/
Der Beitrag von Sonne und Wind zur Energieerzeugung unterliegt mehr oder weniger starken Schwankungen. So betrugen die geringsten Einspeisewerte im Juni 2019:
Wind 1.209 GW am 17.06.19 14:45
Solar 0 GW am 01.06.19 00:00
Als Maximalwerte konnte registriert werden:
Wind 34.129 GW am 08.06.19 10:15
Solar 33.457 GW am 29.06.19 13:00 /2/
Solche starken Schwankungen im Stromangebot müssen natürlich ausgeglichen werden. Dabei ist ein Mindestenergieangebot (Grundlast) notwendig. Die Grundlast ist die Belastung eines Stromnetzes, die während eines Tages nicht unterschritten werden darf. Sie ist jahres- und tageszeitabhängig. Hier kommen sogenannte Grundlastkraftwerke ins Spiel.
„Als Grundlastkraftwerke bezeichnet man die Kraftwerke, welche möglichst ununterbrochen und möglichst nahe an der Volllastgrenze betrieben werden. Kernkraftwerke und Braunkohlekraftwerke haben hohe Fixkosten und niedrige Stromgestehungskosten (vor allem Brennstoffkosten) und werden daher meist zuerst als Grundlastkraftwerke benannt.“ /3/
Elektrische Stromnetze können keine Energie speichern. Um die Stromversorgung aufrecht zu erhalten ist, wie bereits erwähnt, ein Gleichgewicht zwischen Energieerzeugung und Energieabnahme notwendig.
„Abweichungen daraus resultieren in Wechselspannungsnetzen in einer Änderung der Netzfrequenz, welche im gesamten Wechselspannungsnetz einheitlich (synchron) ist: Bei einem Überangebot von Leistung kommt es zu einer Abweichung der Netzfrequenz über der Nennfrequenz, bei einem Unterangebot zu einer so genannten Unterfrequenz.
Die Abweichung kann sowohl von der Seite der Einspeise- als auch der Ausspeisepunkte verursacht werden. Beispiele sind Kraftwerksausfälle, nicht eingehaltene Bezugsprofile von Großverbrauchern, Prognosefehler bei der Leistung von Windenergie- oder Photovoltaikanlagen sowie der Verlust von Verbrauchern bei Stromnetzausfällen.
Herrscht ein Leistungsdefizit, ist also zusätzliche Leistung notwendig, um die Netzfrequenz wieder auf die Sollfrequenz zu bringen, so spricht man von positiver Regelleistung. Diese zusätzliche Leistung kann durch Zuschalten weiterer Erzeugungsleistung erbracht werden und/oder Abregelung von Verbrauchern erbracht werden. Im umgekehrten Fall spricht man von negativer Regelleistung, die durch Abregelung von Erzeugungsleistung und/oder zusätzlichen Stromverbrauch bereitgestellt werden kann. Je größer eine Regelzone ist, desto kleiner ist der relative Bedarf an Regelenergie, da die Ursachen für die Schwankungen meistens voneinander unabhängig sind und sich daher teilweise gegenseitig kompensieren.“ /4/
„Diese „Grundlast“ wird zusehends zum ideologischen Bollwerk gegen eine zukunftsfähige Energieversorgung.“ schreibt die Windwärts Energie GmbH, ein Unternehmen der MVV Gruppe auf ihrer Webseite. „Wer sich weigert, über ein intelligentes und flexibles System der Stromerzeugung und des Stromverbrauchs nachzudenken und stattdessen das Mantra der „fehlenden Grundlastfähigkeit“ der Erneuerbaren bemüht, zeigt damit vor allem, dass er die Energiewende blockieren möchte und gedanklich noch nicht im Hier und Jetzt angekommen ist. Eine ernsthafte Debatte über die Zukunft der Energieversorgung sieht anders aus.“ /5/
Der Anteil an Solar- und Windenergie soll in Deutschland weiter ausgebaut werden, bis eines Tages die Vollversorgung durch diese Energieträger erreicht wird. Statt Grundlast wird dann von „Residuallast“ gesprochen. Mit Blick in Richtung Zukunft kommen nun andere Begriffe und Konzepte ins Spiel. „Zieht man von der Stromnachfrage die Einspeisung durch erneuerbare Energien ab, erhält man die sogenannte „Residuallast“, die durch regelbare Kraftwerke gedeckt werden muss. Charakteristisch für die Residuallast ist, dass sie sich wesentlich schneller ändern kann als die Nachfrage und dass sie bei hoher Durchdringung mit erneuerbaren Energien sehr klein werden kann – unter Umständen sogar negativ.“ So schreibt es das Büro für Technikfolgenabschätzung des Deutschen Bundestags (TAB) in einem Bericht für den Bundestag. Das TAB führt weiter aus, „dass die Differenzierung in Lastbereiche mit wachsender Durchdringung des Systems mit fluktuierender Einspeisung aus erneuerbaren Energien zunehmend obsolet wird. Damit wird auch die Grundlast überflüssig. Stattdessen benötigen wir flexible Kraftwerke und ein insgesamt deutlich flexibleres System, um die Residuallast abdecken zu können.“ /5/
„Durch die Energiewende in Deutschland haben die Fluktuationen der Residuallast erheblich zugenommen. Die minimale Residuallast ist erheblich kleiner als früher, da zu manchen Zeiten Wind- und Solarstrom einen großen Teil des Bedarfs decken. Die maximale Residuallast dagegen ist viel weniger stark reduziert worden, da bei ungünstigen Wetterbedingungen wenig Wind- und Solarstrom zur Verfügung steht.
Als Folge hiervon kann verglichen mit früheren Zeiten nur noch ein kleinerer Teil der Residuallast durch Grundlastkraftwerke gedeckt werden. Dagegen hat der Bedarf an Spitzenlastkraftwerken eher zugenommen. Dies erhöht die durchschnittlichen Kosten der Stromerzeugung. Allerdings gibt es ohnehin das Bestreben, Kernkraftwerke in den nächsten Jahren auszumustern (? Atomausstieg) und mittelfristig ebenso Braunkohlekraftwerke (wegen des Klimaschutzes); beide zusammen decken bisher den größten Teil der Grundlast.
Ein Problem besteht auch darin, dass die für die Deckung der Residuallast nötigen Kraftwerke ihre Leistung nicht beliebig weit herunterfahren können; es gibt aus verschiedenen Gründen eine gewisse Mindesterzeugung.
Die stärkeren Schwankungen der Residuallast machen jedenfalls Anpassungen notwendig. Hierfür gibt es ganz unterschiedliche Möglichkeiten:
- Eine Möglichkeit besteht darin, flexibler regelbare konventionelle Kraftwerke einzusetzen, insbesondere Gaskraftwerke. Solche Kraftwerke erlauben eine höhere Leistungsänderungsgeschwindigkeit und/oder eine geringere minimale eingespeiste Leistung.
- Erzeuger für erneuerbare Energie können einem Einspeisemanagement unterworfen werden, z.B. um zumindest in Situationen mit nicht nutzbaren Überschüssen die Einspeiseleistung zu reduzieren.
- Auch Speicher für elektrische Energie können die Deckung einer schwankenden Residuallast erleichtern und tun dies längst in Form von Pumpspeicherkraftwerken. – Zusätzliche Speicher wären hilfreich, jedoch sind nicht alle Speichertechnologien auf wirtschaftlich vertretbare Weise einsetzbar.
- Ein geeignetes Lastmanagement kann bewirken, dass die Schwankungen der Nachfrage denen des Angebots aus fluktuierenden Quellen besser entsprechen.
- Schließlich können die Schwankungen auch durch den Stromaustausch innerhalb größerer Regionen vermindert werden – in Zukunft vielleicht durch ein europäisches Supergrid.“ /6/
Da der Ausstieg aus der Kohle und der Atomenergie beschlossen ist, bleiben lediglich Gaskraftwerke als Regelkraftwerke oder Pumpspeicherkraftwerke übrig.
Im Jahr 2019 wurden rund drei Prozent des in Deutschland erzeugten Bruttostroms aus Wasserkraft gewonnen. /7/ Pumpspeicherkraftwerke dürften somit als ernst zu nehmende Alternative entfallen. So müssen Gaskraftwerke als Regelkraftwerke einspringen.
Um den heutigen und zukünftigen (Wachstum der Industrie, E – Mobilität ) Strombedarf zu decken, sind unter Berücksichtigung der Schwankungen in der Energieerzeugung durch Sonne und Wind Kapazitäten an Wind- und Solaranlagen notwendig, die viel Reserven ( sprich ein ausreichend großes Überangebot ) bieten. Zusätzlich sind wie bisher auch Regelkraftwerke in Bereitschaft zu halten. Setzen wir dabei auf Gas, sind die Bezugsquellen zu sichern. (siehe aktuell Nord Stream 2)
Das deutsche Konzept hat seinen Preis. Hohe Stromkosten, die der Verbraucher trägt, sind bei dieser Strategie unausweichlich. Oder wir beziehen den Strom bei Windstille und Dunkelheit von unseren Nachbarn. (die weiter auf Kohle- und Atomstrom setzen) Das wäre das bereits erwähnte Supergrid.“ Hier werden derzeit Pläne erarbeitet, aber es wurde noch kein Supernetz realisiert.“ ist im Energielexikon zu lesen. /8/
/1/ https://www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/news/2018/nettostromerzeugung-2018.html
/2/ https://www.energy-charts.de/power_de.htm?source=all-sources&year=2019&month=6
/3/ https://de.wikipedia.org/wiki/Grundlast
/4/ https://de.wikipedia.org/wiki/Regelleistung_(Stromnetz)
/5/ https://www.windwaerts.de/de/infothek/geschichten/grundlast-zeit-vorbei
/6/ https://www.energie-lexikon.info/residuallast.html
/7/ https://de.statista.com/statistik/daten/studie/233230/umfrage/anteil-der-wasserkraft-an-der-stromerzeugung-in-deutschland/
/8/ https://www.energie-lexikon.info/supergrid.html