Windflauten und die Folgen, September 2023

Stromverbrauch und Stromerzeugung im September 2023

Aktuelle Datengrundlage September 2023, dargestellt in Bild 1

• Monatsdurchschnitt der Ökostromeinspeisung (PV, Wind, Biomasse und Wasserkraft) ins Netz (blau): 24.447 MW,
• Monatsdurchschnitt Verbrauch (rot): 50.509 MW
• Anteil des Ökostrom-Durchschnitts am Verbrauchsdurchschnitt: 48 %

Aufgrund der Einspeiseschwankung des Ökostroms ergibt sich daraus:

• Gesicherte Leistung des Ökostroms (Leistung, die zu jedem Zeitpunkt verfügbar war): 6.364 MW
• Maximale Ersatzkapazität (= größte erforderliche Leistung zur vollständigen Bedarfsdeckung): 44.145 MW
• Spezifischer CO₂-Ausstoß des gesamten Strommix: 404 g/kWh (Gramm je Kilowattstunde Stromerzeugung) [2]

Der in kurzfristigen Intervallen betrachtete Monatsverlauf des Ökostroms blieb stark volatil und war geprägt von vielen Erzeugungsspitzen, aber auch ebenso vielen Ertragseinbrüchen aufgrund von Windflauten bei gleichzeitig fehlender Sonneneinstrahlung. Die bis in den Schwankungsbereich des Verbrauchsverlaufs (rot) hinein reichenden Erzeugungsspitzen erreichten in wenigen Fällen, minuten- bis stundenweise, schon 100 % Bedarfsdeckung. Diese extremen Schwankungen müssen aus Netz-Sicherheitsgründen durch entsprechende Ersatzleistung aus konventionellen Anlagen (Kohle, Gas, Import) kompensiert werden. Das führte im September zum oben angegebenen Spezifischen CO₂-Ausstoß. Die maximale Ersatzkapazität entspricht auch der größten im September aufgetretenen Versorgungslücke zwischen Erzeugung durch Öko-Energie und dem Verbrauchsdurchschnitt. Diese Ersatzkapazität ist zeitlich nicht genau prognostizierbar und muss daher aus Sicherheitsgründen jederzeit abrufbereit vorgehalten werden. Sie ist im Diagramm mit grünem Pfeil gekennzeichnet.

Bild 1: Verläufe von Stromerzeugung aus Ökoenergie und Stromverbrauch bei aktuellem Ausbauzustand im September 2023; rechts Ausschnitt A mit größtem Reservebedarf. Datenquelle: smard [1]

Bild 2: Verläufe von Stromerzeugung aus Ökoenergie und Stromverbrauch, hochgerechnet aus September 2023 entsprechend Planungsziel des BMWK für September 2030 [4]; rechts Ausschnitt A mit größtem Reservebedarf.

Stromverbrauch und Stromerzeugung im September 2030

Hochgerechnete Datengrundlage für September 2030, dargestellt in Bild 2:

• Monatsdurchschnitt der Ökostromeinspeisung (PV, Wind, Biomasse und Wasserkraft) ins Netz (blau), wie geplant: 65.297 MW,
• Monatsdurchschnitt Verbrauch (rot) wie geplant: 81.621 MW
• Anteil des Ökostroms am Verbrauch wie geplant: 80 %

Ungeplant, als Resultat der Einspeiseschwankung des Ökostroms, ergibt sich daraus:

• Gesicherte Leistung des Ökostroms (= Leistung, die zu jedem Zeitpunkt verfügbar sein wird): von 6.364 auf 7.541 MW erhöht.
• Maximale Ersatzkapazität (= größte erforderliche Leistung zur vollständigen Bedarfsdeckung): von 44.145 auf 74.080 MW erhöht.
• Spezifischer CO₂-Ausstoß des gesamten Strommix: abhängig vom erreichten Strommarkt-Design im Bereich von 404 bis 500 g/kWh (Gramm je Kilowattstunde Stromerzeugung)
• Erhöhung der ausbaufähigen Ökostrom-Erzeugung aus Wind und Solar, um das 80%-Ziel zu erreichen: Faktor 3,2
• Erreichbare Dauer der 80% Bedarfsdeckung: an nur 14 von 30 Tagen !

Es zeichnet sich deutlich ab, dass durch den bloßen Zubau von Windenergie- und PV-Anlagen die Einspeiseschwankungen nicht verringert, sondern vergrößert werden. Nur für 14 von 30 Tagen kann das 80% – Ziel erwartet werden, dann allerdings mit noch um ein Vielfaches über den Bedarf (Verbrauch) überschießenden Spitzen. Das Maximum tritt, unter Beibehaltung gleicher Voraussetzungen wie in 2023 [3], am 20. September um die Mittagszeit auf (etwa 13:00 Uhr). Da wurde der durchschnittliche Verbrauch um 123% über mehrere Stunden überschritten. Trotzdem werden immer noch ebenso zahlreiche tiefe Einbrüche auftreten, über den ganzen Monat verteilt. Ursache wird höchstwahrscheinlich weiterhin bleiben, dass die Erzeugungsspitzen der Erneuerbaren nicht für Schwachwindzeiten gespeichert werden können. Die Anforderungen an Bedarfsdeckung, Netzstabilität und Verringerung des CO₂-Ausstosses werden noch weiter erschwert. Der Maximale Fehlbetrag zwischen Erzeugungstiefststand der Erneuerbaren (Ausschnitt A, grüner Pfeil) wird von 44.145 auf 74.080 MW anwachsen. Als Folge davon wird der entsprechende CO₂-Ausstoß, gleiche Bedingungen wie im September 2023 vorausgesetzt, mit Sicherheit deutlich über dem aktuellen 2023er Wert liegen, der noch einen Monatsdurchschnitt von ca. 404 Gramm CO₂ je kWh Stromerzeugung aufwies (siehe oben). [2]. Er wird in Richtung 500 Gramm/kWh steigen.

Bitte beachten: bei den Diagrammen unterschiedliche Skalierung der Y-Achsen in Bild 1 und 2 (zur Verdeutlichung der Volatilität)!

Quellen:  [1] Strommarktdaten “smard” ; [2] Electricity-Map; [3] Langfassung der Analyse beim Verfasser des Artikels erhältlich;[4] https://dserver.bundestag.de/btd/20/016/2001630.pdf, Seite 137, Punkt 2.