Gerade in den Wintermonaten gibt es Zeiten, da scheint weder die Sonne noch weht der Wind. Diese extremen Wetterlagen – die auch „kalte Dunkelflauten“ genannt werden – sind jedoch eher selten. Mit fortschreitender Energiewende gewinnen sie dennoch zunehmend an Bedeutung, da für diese Zeit flexible Backup-Kraftwerke gebraucht werden, um die Stromversorgung sicherzustellen und Blackouts zu verhindern. Aurora Energy Research hat in einer aktuellen Studie ermittelt, dass in Deutschland im Jahr 2050 zusätzlich bis zu 10 Gigawatt an flexiblen Kraftwerken gebraucht würden, um „kalte Dunkelflauten“ zu überbrücken. Diesen Bedarf haben die Analysten auf Basis der aktuellen Erneuerbaren-Ziele der Bundesregierung ermittelt. Wenn die Ausbaupfade angehoben werden und somit der Zubau von Photovoltaik und Windkraft forciert wird, könnten noch mehr flexible Kraftwerke gebraucht werden.
„Diese Anlagen kommen nur dann zum Einsatz, wenn der Bedarf sehr hoch und gleichzeitig die Stromerzeugung etwa von Solar- oder Windkraftwerken niedrig ist“, sagt Kornelia Stycz, Energieexpertin von Aurora und Autorin der Studie. „Solche ‚kalten Dunkelflauten‘ sind allerdings so selten, dass die Backup-Kraftwerke nur wenige Stunden im Jahr in Betrieb sind.“ Es brauche daher ein entsprechendes Marktdesign und verlässliche Rahmenbedingungen mit wirtschaftlichen Anreizen für die Betreiber, um diese Kapazitäten auch vorzuhalten.
Zur phasenweisen Überbrückung könnte auch eine Flexibilisierung der Stromnachfrage hilfreich sein. Nach Ansicht von Aurora lassen sich knapp 20 Prozent der Stromnachfrage flexibilisieren. So könnten Ladevorgänge von Elektroautos oder der Betrieb von Wärmepumpen und Elektrolyseuren an die schwankende Einspeisung angepasst werden. Auch energieintensive Prozesse ließen sich kurzfristig verschieben oder pausieren. „Wenn wir die verbrauchsseitigen Flexibilisierungen voll ausreizen – von E-Autos über Wärmepumpen bis hin zum industriellen Strombedarf –, dann brauchen wir nur 5 Gigawatt zusätzliche flexible Kraftwerke“, sagt Stycz. „Wenn wir uns umgekehrt nur auf die Erzeugungsseite verlassen, werden wir die 10 Gigawatt vorhalten müssen, um die Versorgung bei Extremwetter sicherzustellen.“
Für ihre Studie haben die Analysten den Bedarf an flexibler Kraftwerksleistung in den Jahren mit durchschnittlichem Wetter und mit Extremwetterereignissen verglichen. Dabei sei herausgekommen, dass in den meisten Jahren die zehn Gigawatt Backup-Kapazitäten überhaupt nicht zum Einsatz gekommen wären. Im Durchschnitt über alle Jahre gerechnet wären sie weniger als zehn Stunden jährlich in Betrieb. „Um in diesen kurzen Einsatzzeiten die Kosten zu erwirtschaften, braucht es Börsenstrompreise von 10.000 Euro und mehr pro Megawattstunde“, sagt Lukas Bunsen, Leiter der Forschungsabteilung Zentraleuropa bei Aurora.
Diese Preise klingen unrealistisch. Doch unlängst sorgte im US-Bundesstaat Texas ein Wintersturm dafür, dass der Strombedarf in die Höhe schnellte und gleichzeitig die Gasversorgung für Kraftwerke teilweise zusammenbrach. Es kam zu tagelangen Stromausfällen und teilweise astronomischen Stromkosten für die Verbraucher sowie Insolvenzen von Versorgern, die sich gegen die Preisschwankungen nicht abgesichert hatten. „Wie die Ereignisse in Texas gezeigt haben, gibt es in Zeiten der Knappheit durchaus solche Preise. Allerdings ist ihre Eintrittswahrscheinlichkeit kaum berechenbar, zumal schon kleine Änderungen in den Rahmenbedingungen oder im Marktdesign deutlichen Einfluss auf die Preissetzung haben können. Daraus entsteht ein erhebliches Investitionsrisiko für Anlagenbetreiber“, so Bunsen weiter.
Daher seien politische Vorgaben wichtig, damit die Betreiber der flexiblen Kapazitäten darauf vertrauen könnten, dass ihre Anlagen über die gesamte Lebensdauer wie geplant funktionieren und die entsprechenden knappheitsbedingten Preisaufschläge für den erzeugten Strom auch erzielt werden. „Das heißt, die Politik muss sich klar zu einem Marktdesign bekennen – sei es ein reiner Energie- oder ein Kapazitätsmarkt – und dafür unter anderem auch die Frage klären, ob und wie die 2014 eingeführte Kapazitätsreserve in den kommenden Dekaden fortgeführt wird“, sagt Bunsen.
Dieser Inhalt ist urheberrechtlich geschützt und darf nicht kopiert werden. Wenn Sie mit uns kooperieren und Inhalte von uns teilweise nutzen wollen, nehmen Sie bitte Kontakt auf: redaktion@pv-magazine.com.
Der helle Wahnsinn.
Am besten noch ein drittes Kraftwerkssystem zur Sicherheit? Der Verbraucher bezahlts ja, er bezahlt ja immer alles. Uns gehts zu gut hier.
Es ist völlig absurd anzunehmen, dass man den Verbrauch von Wärmepumpen zeitlich verschieben kann.
Unter 5 Grad ist eine Wärmepumpe derart ineffizient, dass sie praktisch dauerhaft laufen muss, um ein Haus zu heizen und selbst dann ist man manchmal noch auf eine zusätzliche Heizung per Heizelemente angewiesen.
Das fährt gerade voll gegen die Wand
Michael Schimpf, was Sie hier erzählen ist absoluter Unsinn. Selbst eine Luft/Wasser Wärmepumpe kommt sehr gut durch den Winter auch bei -16 Grad (COP 3,4 in Feb. 21). Wenn dann noch das Haus einigermaßen energiesparend ist, kann die Wärmepumpe in den Nachtstunden ohne weiteres aus bleiben. Das Haus kühlt hier maximal 2 Grad herunter… Das kann dann um die Mittagszeit herum wieder aufgeholt werden.
Man sollte so schnell wie möglich E-Autos zweiwegetauglich machen, also auch als Batteriespeicher. Noch sind solche Lösungen utopisch teuer. 2-10 grosse AKW‘s für ein paar Stunden im Jahr rumstehen zu lassen, ist nun wirklich Blödsinn (oder andere Grosskraftwerke). Man kann aber auch Wasserkraftwerke vermehrt zu Pumpspeicherwerke umbauen, das wären schöne Gross-Batterien.
Aus meiner Sicht muss es die Aufgabe des Staates, z. B. des Wirtschaftsministeriums, sein, ein Backup-Kraftwerk für die Dunkelflaute zu betreiben. Das Backup-Kraftwerk ist eine Infrastruktur-
maßnahme wie z. B. die Stromnetze.
Eine andere Möglichkeit ist, die Kosten für das Backup-Kraftwerk auf das Netz-Entgeld umzulegen. Somit wären alle Marktteilnehmer, verteilt über das Jahr, an den Kosten beteiligt.
Haben wir denn nicht schon die sogenannte kalte Reserve, die kontinuierlich der Entwicklung angepasst, und eingepreist ist.
.
Siehe hier:
s://de.wikipedia.org/wiki/Kapazit%C3%A4tsreserve,_Netzreserve,_Sicherheitsbereitschaft
oder hier:
https://www.next-kraftwerke.de/wissen/netzreserve-kapazitatsreserve-sicherheitsbereitschaft
Man muss aufpassen, dass nach dem das mit dem Kohleausstieg so „lukrativ“ funktioniert hat, nicht eine weitere Gelddruckmaschine vorbereitet werden soll.
Dafür bieten sich die Netzgekoppelten Notstromdiesel an. Davon standen in D früher etwa 20GW herum und wurden nicht für die Netzstützung genutzt, obwohl man ihnen nur einen Einschaltbefehl übermitteln und einen Standardvertrag anbieten müsste.
Aktuell dürfte das wegen der KRITIS-NAchrüstung in Richtung 30GW angestiegen sein, wir haben selbst einige MW im Zuge diverser Projekte nachgerüstet, und auch mein Heimatstättchen hat in diesem Rahmen einige MW zugebaut. Kostet etwa 150€/kW an Leistung, 10 GW kosten dann 1,5 Mrd an Investition, umgelegt auf 20 Jahre Nutzungsdauer dann 75 Mio/Jahr, wovon der größte Teil über die Notstromfunktion für weitere Infrastruktur/Fertigungsanlagen/Rechenzentren/ etc. hereingeholt werden kann.
D.h. das Netz könnte man so für einen mittleren zweistelligen Millionenbetrag im Jahr sichern.
Wir geben aktuell um 100.000 Mio€ je Jahr für fossile Brennstoffe aus…..
Hoffentlich wird diese Studie nicht mit öffentlichen Geldern finanziert. In 40 Jahren fahren in Deutschland mindestens 20 Mio Elektro PKW. In der Dunkelflaute stehen die meistens nur sinnlos rum und sind der ideale Stromspeicher für diese. Da braucht es keine zusätzlichen Kraftwerke mehr. Ich hoffe wir schaffen es in 40 Jahren alle Verbraucher und Erzeuger zu vernetzen und zu digitalisieren. Batteriespeicher mit neuen Technologien werden eine entscheidende Rolle spielen, da braucht man die öffentliche Hand überhaupt nicht dazu und vor allem keine solchen sinnlosen Kraftwerke welche nur einigen den Hals voll machen.
Da liegen Sie leider falsch Herr Gruber. Selbst wenn alle 47 Mio. PKW mit im Durchschnitt einer 50KWh Akku ausgestattet sind und davon bereit sind 20% per V2G einem Regelsystem zur Verfügung zu stellen, sind das lediglich 0,5 TWh. Da kommen Sie nicht weit in einer Dunkelflaute.
Langfristig ist die Lösung eine große Wasserstoffwirtschaft. Wenn die optimiert, kann man sogar die EE-Kraftwerkeleistung kleiner halten, als manche Denken. Elektrolyse bei zu hohen Leistungen im Netz und Brennstoffzellen zur Rückvertromung schaffen den Ausgleich das ganze Jahr über. Und um keine Energie zu verschenken unbedingt Kraftwärmekopplung (Sektorenkopplung) betreiben.
Hallo Herr Scherer.
Haben Sie den Artikel oben nicht gelesen?
Es geht hier um eine Kapazität von 10 Gigawatt, welche hier extrem teuer als Reserve gehalten werden soll. Seit wann braucht man für Dunkelflauten Terawatt an Strom? Haben sie da einen Nachweis in den letzten 20 Jahren?
Lieber Herr Gruber, es tut mir leid für Sie. Aber Sie verwechseln Kapazität mit Leistung. Steht schon in der Überschrift.
Herr Scherer hat recht. Ihre 10GW (wieso eigentlich nur 10, der Verbrauch in D liegt eher bei 50GW) würden bedeuten dass ein 0,5TWh Speicher in 2 Tagen leer ist. Völlig realistisch. Diese Wetterlagen gibt es in jedem Winter. Und noch etwas : wenn wir alles schön auf „erneuerbar“ umgestellt haben und dann erwischt uns ein Vulkan Ausbruch wie 1815 Tambora, auf den das „Jahr ohne Sommer“ folgte, dann Gute Nacht! Meine Erkenntnis: es geht nur teilweise mit erneuerbaren, oder es braucht riesige Speicher!
Hallo HP, damit wir uns nicht Missverstehen. Ich bin für eine schnellstmögliche Umstellung auf ein 100%-EE-System. Aber ich bin der Meinung, dass wir auf eine Wasserstoffwirtschaft mit sehr großen Speichermöglichkeiten setzen sollten.
Ein Supervulkan der unsere Sonne auf Jahre verdunkelt ist schon ein extremes Szenario, welches auch unsere Nahrungsproduktion in Schwierigkeiten bringen würde. Wer sagt denn, dass man die alten Gas- und Kohlekraftwerke alle abbauen soll. Die kann man auch einfach außer Betrieb setzen und sicherlich innerhalb von ein paar Monaten wieder gangbar machen, wenn die Menschheit in derart große Nöte käme. Übrigens weht der Wind weiter und gänzlich ohne Sonne wären sicherlich auch nicht (Sonnenlicht ist Voraussetzung für Leben). Mit einer Wasserstoffwirtschaft hätten wir alleine in den Gasleitungen für Monate Energie. Einen Blackout könnte man auch leichter verhindern, als in dem derzeitigen System.
Die schädlichsten Emittenten sind unsere Heizungen…. und die bleiben so. Oder kommt am Ende der zur AKW-Zeit hochgelobte, elektrische Nachtspeicherofen wieder?
Was ist denn dieses Aurora für ein komischer Verein? Warum „ein reiner Leistungs- oder Kapazitätsmarkt“? Das ist eine völlig willkürliche Einschränkung. Mir klingt das nach Angstmache.
Wir haben heute schon einen gemischten Markt, und das funktioniert – bisher – sehr gut. Vor ein paar Jahren hat die Bundesnetzagentur bei der Ausschreibung der Netzreserve einen Fehler gemacht, was dazu führte, dass von überschlauen Händlern die Kurzfrist-Reserve zum Ausgleich schon länger bekannter Ungleichgewichte in Anspruch genommen wurde, was sie etwas überforderte und kurzfristig zu astronomischen Leistungspreisen führte. Eine gute Ausschreibung schaut natürlich darauf, dass die Preise auch kostengerecht sind, also der Leistungspreis etwa der Abnutzung+Brennstoffkosten, und der Bereitstellungspreis den Kapital- +sonstigen laufenden Kosten (Personal etc.), die durch die Bereithaltung entstehen, entspricht. Damit verteilen sich die Riskokosten (über die Netzpauschale) auf die Schultern aller Stromverbraucher, die jederzeit Strom zur Verfügung haben wollen. Gerade, wenn in großem Umfang Elektrolyseanlagen laufen, wird es nicht sinnvoll sein, die laufen zu lassen, wenn gleichzeitig eine Notreserve läuft, die ja mit Elektrolyse-H2 betrieben werden müsste bei 100% erneuerbar.
Die bessere Lösung für die „kalte Dunkelflaute“ (allein das schon wohl eine neue Idee, um bei Unbedarften auf den Angstknopf zu drücken) um größere Lücken gar nicht erst entstehen zu lassen sind KWK-Anlagen, die nur gebraucht werden, wenn es kalt ist. Hat man ja auch heute schon in größerer Menge. Dann belastet der Wärmebedarf die Netze nicht mit Wärmepumpenstrom, sondern er entlastet den Notstrombedarf. Wenn der Strombedarf vorübergehend höher ist, als es für die Deckung des Wärmebedarfs erforderlich wäre, wird man die überschüssige Wärme schon loswerden. Wärmepumpen sollten nur zugelassen werden, um den Wärmebedarf von gut gedämmten Einfamilienhäusern (z.B. Passivhäusern) zu decken. Mehrfamilienhäuser und schlecht gedämmte Altbauten sollten ihre Wärmeversorgung auf KWK umstellen müssen.
Weil es im Artikel gefehlt hat: Bei Aurora handelt sich um die Beratungsfirma „Aurora Energy Research“, die beispielsweise 2019 ein kritisches Gutachten im Auftrag von BDI und DIHK zum Kohleausstieg angefertigt hat. Wer jetzt der Auftraggeber der aktuellen „Studie“ war, kann man sich ja denken: Stiftung Neue Soziale Marktwirtschaft oder so was. Diese Studien dienen dazu die alten Betonköppe bei der Stange zu halten, dass sie möglichst in ihren überholten Wahrheiten verbleiben können, und nicht merken, dass sie mal umdenken müssten. Dazu werden die Scheuklappen eng angezogen, um ja jeden Blick nach rechts und links zu vermeiden. Immer nur feste geradeaus, wo die Rente wartet, und bis dahin möglichst keine Änderungen mehr: Dann fühlen sie sich sicher.
KWK ja, aber nicht fossile Technik, sondern in Massen produzierte (dann billige) PEMFC welche den Wasserstoff aus der Erdgasleitung beziehen.
Da sollte es hingehen.
Ich denke, dass die Politik, insbesondere das Wirtschaftsministerium, hier die Brisanz der Zeit für die Stromversorgung in der Bundesrepublik bislang nicht begriffen hat.
Wir stehen in einem Stromnetz, dessen Bedarf eine ständige, immerwärtige Verfügbarkeit der Spannung in gewohnter Qualität vorraussetzt.
Die Hauptsäulen der bisherigen Versorgung wie AKWs und auch KKWs mit ihren „Dicken“ Kapazitäten werden zunehmend stillgelegt bzw. durch fallende Wirtschatlichkeit zurückfahren müssen. Gut so!
Zurückbleibend werden die Ernererbaren mit ihrem, zugegeben Zappelstrom eveltuell auch Dunkelflauten.
Eine verlässliche Energieversorgung aus Sicht des Verbrauchers sieht jedoch allerdings aus, dass jederzeit ein Überangebt an Power vorhanden angeboten werden sollte!??
Bisher bildeten die Energieversorgungsunternehmen einen Baseload ab, indem Sie den Vertrags-kunden mit Direktvertrag eine Leistung und ein Kontinget an E-Arbeit zum Fixpreis verkauften.
Ein geringerer Teil der Kraftwerkskapazität wurde im frei verfügbaren Markt abgebildet; unter anderem auch in der viel benannten strampelden Strombörse.
Sehr zum Nachteil mit dem sog. Merrit-Order-Effekt für die Preisbildung des EEG-Zuschlages.
Die kleinen Differenzen von Erzeugung zu aktuellem Verbrauch wurden durch von der Netzargentur gesteuerten für diese Dienste extra unter Vertrag genommene Fremd-Anlagen ausgeglichen.
Bislang recht teure, aber gute Arbeit!
Wird die Netzargentur mit Wegfall der konstanten Stromerzeugung der Dickschiffe wie AKWs und auch KKWs weiterhin dieser Aufgabe gerecht werden können ohne Änderung der bisherigen grundsätzliche Struktur- und Kapazitätsänderung?
Abschaltvorgänge zur Ladung von E-Fahrzeugen scheint mir handlebar und sinnvoll, jedoch weniger für den Bereich zur Stützung des E-Netzes; weder in Kapazität noch ausreichender wirtschaftlicher Abbildung in deren Verrechnung.
Meiner Einschätzung fehlt hier ein wichtiger Baustein, die Etablierung von gesicherten Stromversorgungs-Lieferanten, die durch Mix von volantilen Erneuerbaren aber auch durch zus. jederzeit verfügbaren Kraftwerken einen verlässlichen Baseload für eine definierte Leistung sicherstellen und im Markt verläslich anbieten können.
Eine Gemeinschaft an Energieerzeugern sollte mit Ihren Wind- ,Photo aber auch anderen Erzeugungseinheiten ein verlässliches Kontingegent aus kWh und KW anbieten und als Kontingent bereit stellen können.
Die bisherige freie Zulassung von Erneuerbaren Energieen frei ins Stromnetz, in den Markt, ohne zus. Komponente zur Sicherstellung einer weiteren Versorgungskomponent sollte aufgegeben werden.
Die Zeit, dass die Erneuerbaren nur als Zubrot zum Stromgeschäft wohlwollend akzeptiert und frei operieren durften, sollten mittlelfristig duch ein schlüssiges zu entwickelndes Konzept abgelöst werden.
Die Politiker der Fachausschüsse und auch die vielen fachlich versierten MA, – Rinnen des Wirtschaftsministerium sind hier ungemein gefordert.
Wenn ich es richtig verstehe ist die Abschätzung der Zahlen schon recht abenteuerlich.
Ich meine aber, dass sowohl die Hausspeicher (0,85 GWh in 2020) als auch Fahrzeugbatterien (9 GWh in 2020) Fahrt aufnehmen werden. Neue Technologien, fallende Speicherpreise für Speicher, sinkende Vergütung und zubaupflichten werden hier noch einiges hebeln.
Vermutlich müssen wir zuerst noch lernen, wie Energiewende wirklich geht.
Momentan wird sowohl bei PV-Anlagen als auch im Bereich der Windenergie auf den maximalen Ertrag optimiert und gefördert. Landwirte ticken zum Teil schon etwas anders weil sie mit ihrerer Erfahrung die PV-Anlagen auf den maximalen Nutzen optimieren und auch interessante Tricks anwenden, indem diese das selbe Modul in einer ungünstigen Position zu unterschiedlichen Tageszeiten nutzen und damit gleichzeitig die Effizienz und den Nutzungsgrad steigern.
Angenommen, wir würden im angemessenen Abstand entlang unseren Autobahnen und Schnellstraßen beitseitig bifaziale PV-Module aufstellen, dann würden dies 49 GW Leistung gleichverteilt auf Deutschland ergeben. Die Module würden selbst in verschneiten Landschaften die maximale Leistung liefern und gleichzeitig durch leichte Neigung als Lärmschutz und Tierzaun dienen.
Wenn die Transportkosten für Windstrom größer als die Produktionskosten werden, dann frage ich mich, ob Windstrom lokal produziert mit etwas Leistungseinbußen aber weniger Abregelung bei fairer Vermaktung auf lange Zeit nicht doch die günstigere Variante sein wird.
„Für ihre Studie haben die Analysten den Bedarf an flexibler Kraftwerksleistung in den Jahren mit durchschnittlichem Wetter und mit Extremwetterereignissen verglichen. Dabei sei herausgekommen, dass in den meisten Jahren die zehn Gigawatt Backup-Kapazitäten überhaupt nicht zum Einsatz gekommen wären. Im Durchschnitt über alle Jahre gerechnet wären sie weniger als zehn Stunden jährlich in Betrieb.“
Mit 10GW Leistung wären sie nur weniger als 10 Stunden jährlich in Betrieb.
D.h.: 10.000.000.000W x 10 h = 100.000.000.000 Wh=100.000.000 kWh
nämlich braucht man grundsätzlich und durchschnittlich nur diesen Betrag von Energie.
Dezentral mit bidirektional ladenden Elektroautos ist das Problem gelöst, weil z.B. 5.000.000 Elektroautos mit nur 20 kWh zur Verfügung stellenden Energie (den Rest brauchen sie selbst) ist der o.g. Energiebetrag von 100 Millionen kWh abgedeckt.
Angenommen, dass die Daten der Studie richtig präsentiert werden.
Zudem bedeutet „Zehn Stunden jährlich in Betrieb“ nicht unbedingt, dass die volle Leistung bzw. Energie am Stück benötigt wird.
Umgekehrt kann man aber auch sehen, dass EVUs große Speicher viel wirtschaftlicher mit enormen Mehrwehrt fahren könnten, als viele kleine ‚blinde‘ Hausspeicher, denn Dunkelflauten sind keine plötzlich auftretenden Ereignisse.
Was früher war ist völlig bedeutungslos und statistisch irrelevant. Es geht um die Kraftwerksleistung, welche wir in einem neuen volatilen EE-System benötigen. Und diese Volatilität kann man in einem System mit integrierter großer Wasserstoffwirtschaft leicht ausgleichen. Und es wird am Ende billiger sein, als das derzeitige System, da es keine Brennstoffkosten gibt und der Hauptkostenblock die Abschreibung für Abnutzung der Anlagetechnik hat. Zinskosten werden noch Jahrzehnte niedrig sein, da ansonsten unsere Staaten alle Pleite gehen. Wartung ist ein kleiner Anteil des Ganzen.
Bei der Wasserstoffwirtschaft kommen dann natürlich Zusatzkosten für die Elektrolyseure und Brennstoffzellen hinzu und für die Stromverluste über die Wirkungskette. Die kann man aber bei KWK niedrig halten.
Meiner Meinung nach, darf man nur für eine begrenzte Übergangszeit unflexible Kohle durch flexibles Gas ersetzen, aber muss parallel eine Wasserstoffwirtschaft aufbauen. Das ist die Zukunft wohin wir tendieren müssen.