Folgen der Stromerzeugungs-Schwankungen für die Versorgungssicherheit
Die in Bild 1 dargestellten Verläufe von Stromverbrauch und erneuerbarer Stromerzeugung (Summe aus Wind und Solar) können wie folgt analysiert werden: der Stromverbrauch zeigt den im Tages- und Wochenrhythmus schwankenden Verlauf und die Stromerzeugung schwankt mit der wetterbedingten Stochastik. Der Verbrauchsdurchschnitt von 55.442 MW wurde durch einen Erzeugungsdurchschnitt der Umweltenergien (Wind+Solar) von 24.568 MW gedeckt, was einem Anteil von 44 Prozent entspricht. Die Folge der dargestellten Schwankungen sind zahlreiche, meist stundenweise, Minimal- und Maximalerträge. Die Differenz von Verbrauchsdurchschnitt und Minimalwert beträgt somit 52.318 MW. Der Tiefstwert von 3.124 MW trat am 18.03. auf. Er ist mit einem grünen Pfeil gekennzeichnet. Es ist der kritische Wert, der aus Netzsicherheitsgründen überwunden werden muss. Einige Erzeugungsspitzen erreichen schon 100 Prozent Bedarfsdeckung, allerdings nur stundenweise. Die Überkapazitäten der Erzeugung können nicht zum Ausgleich während Schwachwindphasen gespeichert werden. Diese Aufgabe müssen in der Hauptsache fossile Kraftwerke übernehmen. Daraus folgt ein monats-durchschnittlicher spezifischer CO2-Ausstoß von ca. 400 Gramm je kWh Stromerzeugung im März 2023 [1].
Bild 1: Stromerzeugung aus Wind + Solar (blau) und Stromverbrauch (rot) März 2023
Kann eine Verdreifachung des Erneuerbaren – Ausbaus helfen?
Dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) vorgesehenen 80% – Ausbau liegt eine Erhöhung des Jahres-Stromverbrauchs von derzeit 580 auf 715 Terawattstunden (TWh) auf 715 TWh und ein darauf bezogener 80-prozentiger Anteil der erneuerbaren Stromerzeugung zugrunde. Monatsdurchschnitt der Verbrauchskapazität = 81.621 MW, Monatsdurchschnitt der Erzeugungskapazität aus Wind + Solar = 65.257 MW (entspricht der 80Prozent-Linie). Die schon im aktuellen Ausbaustatus stark fluktuierende Summeneinspeisung aus Wind und Solar wird durch den geplanten Ausbau noch größer. Der Grund: auch in 7 Jahren ist nicht mit einer ausreichenden Speicherkapazität zu rechnen. Somit bleibt es beim Einsatz von fossiler Kraftwerkstechnik (Kohle- und Gasverbrennung) zum Schwankungsausgleich
Bild 2: Stromerzeugung und Stromverbrauch nach dem geplanten 80 % – Ausbauprogramm des BMWK
Stellt man die über die 80-Prozent-Line reichenden den darunter bleibenden Erzeugungserträgen gegenüber, so ergibt sich folgendes Verhältnis: Die Wind- und PV-Anlagen können nur an 15 von 31 Tagen den 80-Prozent-Anteil erreichen, dann aber mit zahlreichen weit überschießenden Spitzen bei dennoch ebenso zahlreichen Ertragseinbrüchen. Die Ursache sind Spitzerträge während mehrerer Starkwindzeiten, die nicht für Schwachwindzeiten gespeichert werden können. Der gewünschte 80-Prozent-Anteil am Verbrauch wird erreicht durch eine Verdreifachung der Stromerzeugung aus PV und Windenergieanlagen. Beim Vergleich der Diagramme (Bild 1 mit Bild 2) ist die unterschiedliche Skalierung der Y-Achse zur Verdeutlichung der Schwankungsbreite zu beachten. Die Differenz von Verbrauchsdurchschnitt und Minimalwert (kritischer Ersatzstrom-Wert) erhöht sich mit dem Ausbau auf 73.329 MW, gegenüber dem aktuellen Wert des 44-Prozent-Ausbaus von 52.318 MW, also Faktor 1,4 . In erster Näherung ist mit einer ebensolchen Erhöhung des CO2-Ausstoßes zu rechnen.
Quellen: [1] Agora Energiewende
Sehr geehrter Herr Sann,
es ist durchaus als positiv zu werten, wenn an Speichertechnologie geforscht wird. Die Ergebnisse daraus müssen realisierbar sein und müssen die Anforderungen erfüllen. Diese sind vor allem, das Potenzial zu besitzen, die karbonisierte Stromerzeugung vollständig zu ersetzen und dabei auch bezahlbar zu sein. Erst dann sollte die Realisierung folgen, und erst danach dürfte eigentlich der weitere Ausbau “erneuerbarer” Energie weitergehen. Beim “weiter so wie bisher” wird der zweite Schritt vor dem ersten gemacht, was noch immer zum Umfallen geführt hat.
Das Thermal Energy Storage System (MOST) auf Basis von Isomeren kann Solarenergie für 18 Jahre speichern.
Göteborg (Schweden). Wissenschaftler der Universität Chalmers um den Ingenieur Kasper Moth-Poulson haben bereits im Jahr 2017 ein Energiesystem entwickelt, das Solarenergie für bis zu 18 Jahre speichern kann. Nun haben die Wissenschaftler laut einer Mitteilung der Universität eine Methode gefunden, die es ermöglicht, aus der gespeicherten Energie elektrischen Strom zu erzeugen.
Laut der Publikation im Fachmagazin Cell Reports and Physical Science befindet sich das Konzept noch in einem frühen Entwicklungsstadium. In Zukunft könnte es jedoch die intensivere Nutzung von Solarenergie ermöglichen. „Es ist eine radikal neue Art der Stromerzeugung aus Sonnenenergie. Es bedeutet, dass wir die Sonnenenergie nutzen können, um unabhängig von Wetter, Tageszeit, Jahreszeit oder geografischem Standort Strom zu erzeugen“, erklärt Moth-Poulsen gegenüber Euronews.
Isomere speichern Solarenergie
Das Molecular Solar Thermal Energy Storage System (MOST) nutzt ein Molekül aus Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff. Wenn dieses mit Sonnenlicht bestrahlt wird, ordnet es zu einem energy-rich isomer (energiereichen Isomer) an. Die Physik bezeichnet als Isomer ein Molekül, das die Atome das ursprüngliche Molekül besitzt, diese jedoch anders angeordnet hat.
Beim Most ermöglicht diese Neuanordnung der Atome, dass das Isomer in flüssiger Form für maximal 18 Jahre gespeichert werden kann. Die Energie des Moleküls kann zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden, indem ein Katalysator sie als Wärme freisetzt. Dabei geht das Isomer wieder in seine ursprüngliche Form über und kann erneut die Energie von Sonnenstrahlen aufnehmen.
Elektrischer Strom aus Wärme der Sonne
In Kooperation mit Wissenschaftlern der chinesischen Universität Jiao Tong konnte der Solarspeicher noch alltagstauglicher gemacht werden. Dazu entwickelte das internationale Team einen ultradünnen Chip, der als Generator verwendet wird. Dieser kann die Wärme der Isomere in elektrische Energie umwandeln.
In Zukunft könnte er in elektronische Geräte wie Kopfhörer, Smartwatches und Telefone integriert werden“, erklärt Zhihang Wang. „Bisher haben wir nur kleine Mengen Strom erzeugt, aber die neuen Ergebnisse zeigen, dass das Konzept wirklich funktioniert. Es sieht sehr vielversprechend aus“, so Wang. Es wäre demnach möglich, dass der neue Energiespeicher Batterien ersetzt.
Cell Reports and Physical Science, doi: 10.1016/j.xcrp.2022.100789