Versorgungssicherheit

Wege aus der Dunkelheit

Michael Hahn, 29.06.17
Wenn der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint, herrscht in einem vollständig erneuerbaren Energiesystem Dunkelheit. Energy Brainpool hat in einer Studie eine mögliche Lösung des Problems präsentiert.

Die sogenannte „kalte Dunkelflaute“ dient Kritikern der Energiewende immer wieder als Argument, eine Stromversorgung mit 100 Prozent Ökostrom als unmöglich darzustellen. Gemeint sind Phasen im Winter, in denen es zusätzlich zur jahreszeitlich bedingten Dunkelheit über mehrere Tage oder Wochen hinweg stark bewölkt und wenig windig ist. Windräder und PV-Anlagen produzieren dann weniger Strom, gleichzeitig steigt aufgrund der kürzeren Tage und auch kältebedingt die Nachfrage. Derzeit decken konventionelle Kraftwerke diese Versorgungslücke ab.

Was passieren muss, damit auch in einem rein erneuerbaren Energiesystem im Winter die Lichter nicht ausgehen, hat das Berliner Analyseinstitut Energy Brainpool in einer Studie im Auftrag des Ökostromanbieters Greenpeace Energy erarbeitet. Dafür wurde der Wettereinfluss auf das Stromsystem in den letzten zehn Jahren analysiert. Eine „kalte Dunkelflaute“ kommt demnach alle zwei Jahre vor.

Kapazität an Gaskraftwerken muss sich mehr als verdoppeln

Die Analysten setzen bei der Lösung des Problems auf Power-to-Gas-Konzepte: Überschuss-Strom aus Erneuerbaren-Anlagen wird mittels Elektrolyse in synthetischen Wasserstoff oder Methan gewandelt, in das Erdgasnetz eingespeichert und bei Bedarf von Gaskraftwerken wieder zu Strom konvertiert. Auch Biogas soll in das System eingespeist werden.

Für das Jahr 2040 – die Stromversorgung ist laut Studie dann komplett erneuerbar – bräuchte es den Berechnungen zufolge Gaskraftwerke mit einer installierten Leistung von 67 Gigawatt sowie Elektrolyseure mit einer Gesamtleistung von 42,7 Gigawatt. Damit ließe sich die Stromversorgung gegen alle Wettereinflüsse absichern. Zum Vergleich: Derzeit sind Gaskraftwerke mit einer Kapazität von knapp 30 Gigawatt installiert, Elektrolyseure gibt es nur als Pilotanlagen.

Dunkelflaute betrifft große Teile Europas

Die spezifischen Erzeugungskosten für Strom würden dann unter der Annahme, dass die Kosten für erneuerbare Energien weiterhin stark sinken, aus heutiger Sicht 5,7 Cent pro Kilowattstunde betragen. Im derzeitigen System liege der Wert bei sieben Cent. „Ein solches Stromsystem zeigt beispielhaft, dass auch klimaneutrale Technologien Versorgungssicherheit während einer kalten Dunkelflaute zu adäquaten Kosten gewährleisten können“, resümiert die Studie.

Die Autoren weißen außerdem darauf hin, dass die im Strategiepapier „Strom 2030“ des Bundeswirtschaftsministeriums vorgestellten Pläne, die Stromversorgung künftig stärker über Importe aus Nachbarländern zu sichern, nur bedingt funktionieren würden. Denn die „kalte Dunkelflaute“ betreffe oft große Teile Europas zur selben Zeit. „Bei einer europaweiten Energiewende muss der grenzüberschreitende Stromaustausch in den kommenden Jahren dringend durch weitere Flexibilitätsoptionen ergänzt werden, um Wetterereignisse wie die kalte Dunkelflaute abzufedern“, sagt Fabian Huneke, einer der Studienautoren von Energy Brainpool.

Kommentare (1)

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  • 11.07.17 - 13:39, Gerhard Herres

    Die Autoren haben wohl bei der Speicherung des Stromes sehr günstige Umwandlungsfaktoren angenommen. Die Konvertierung von Strom zu Wasserstoff durch Elektrolyse hat höchstens 80% Wirkungsgrad. Setzt man diesen Wasserstoff dann in einer Gasturbine als Brennstoff ein, wird wiederum nur ein Wirkungsgrad von maximal 45% erreicht.
    Der gesamte Rückgewinnungsgrad liegt also unter 36% der ursprünglichen elektrischen Energie.
    Da sind Pumpspeicherkraftwerke deutlich besser mit bis zu 80%.
    Da nicht überall die topographischen Möglichkeiten gegeben sind, kann man das natürlich nicht mit Wasser im nötigen Umfang machen - aber Druckluft läßt sich überall speichern.
    Würde man die bei der Kompression eingesetzte Arbeit, die zu einer Temperaturerhöhung führt, anschließend durch Abkühlung und Wärmeübertragung an Wasser speichern, könnte man diese gespeicherte Wärme später der Druckluft wieder zuführen und erhielte bei der Expansion fast 80% der eingesetzten Energie zurück.
    Solche Adiabaten Druckluftspeicherkraftwerke (AA-CAES) kann man bei jedem Windpark errichten und so den Überschußstrom sofort zwischenlagern, zum Abruf bei Flaute.

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