Material zur Vollversorgung mit Strom aus Erneuerbaren Energien:
Die Sicht eines Fachfremden

Glättung der Stromproduktion durch deutsche Pumpspeicher.
Der Bedarf an konventionellen Großkraftwerken, die im Dauerbetrieb Strom produzieren, schrumpft im Jahr 2020 auf etwa die Hälfte. Während heute 43.9 GW konventioneller Kraftwerksleistung mit mehr als 8000 Stunden fast durchgehend im Jahr Strom produzieren können, besteht dann nur noch eine dauerhafte Nachfrage nach 24.5 GW aus konventionellen Kraftwerken. Der übrige Teil des dauerhaften Strombedarfs, der so genannten Grundlast, wird dann durch Erneuerbare Energien und Pumpspeicher gedeckt.

In diesem Zusammenhang von Interesse:
H. Hübert, "Flexibel aktivierbar oder viel zu träge?", Umwelt und Verbraucher, Deutschlandfunk, 3.11.2010 (im Cache)

... "wir haben einen Gradienten von 120 MW pro Minute, [also] im Prinzip: In zehn Minuten kann ich die [Biblis-A-]Leistung komplett von null auf 100 [%] fahren oder auch umgedreht", Norman Hoffmann, Leiter Betriebstechnik, Biblis.

Damit kann allein dieses AKW [Biblis A] innerhalb einer Viertelstunde Schwankungen der Windkraftanlagen in Deutschland abdecken. Das vermehrte Rauf- und Runterfahren der Brennelemente in den Reaktor ist auch seit Längerem gängige Praxis.

Dieses Gegensteuern durch AKWs empfiehlt auch eine Studie von Erlanger Wissenschaftlern des Kernenergieunternehmens Areva NP für die Internationale Zeitschrift für Kernenergie über die Lastwechselfähigkeiten deutscher Kernkraftwerke. Darin sprechen sie zwar den Punkt Materialermüdungen an, rechnen aber mit mindestens 12.000 großen Laständerungen, für die deutsche AKWs ausgelegt seien, ohne dass deren Sicherheitsreserve erreicht würde. Damit könne man rechnerisch 35 Jahre lang täglich Schwankungen in der Windenergieerzeugung ausgleichen.

Olav Hohmeyer, Universität Flensburg, Studie der Universität Flensburg im Auftrag von LichtBlick, 25.8.2010 (im Cache)

Sollte sich der Ausbau der erneuerbaren Energien wie geplant fortsetzen, werden Wind und Sonne in Zukunft immer häufiger die volle Stromnachfrage decken. Atomstrom wird dann nicht mehr benötigt, die Meiler müssen kurzfristig vom Netz. Bei einer Laufzeitverlängerung von 28 Jahren werde es, so das Ergebnis der Studie, ab 2020 bis zur Stilllegung des letzten Meilers zu mindestens 15.800 kurzfristigen AKW-Abschaltungen kommen. Die Atomkonzerne müssten durch diese Produktionsausfälle auf Gewinne in Höhe von 21 bis 80 Milliarden Euro verzichten. ...
Der Grund für die kurzfristigen Abschaltungen ist die unflexible AKW-Technik. Je nach Anlagentyp kann ein Meiler seine Leistung nur auf 50 oder 60 Prozent drosseln. Wird weniger Atomstrom benötigt, muss er ganz vom Netz. Nach einer Komplettabschaltung benötigt ein AKW zudem 50 Stunden, um wieder anzufahren. Steht in dieser Zeit aufgrund veränderter Wetterverhältnisse weniger Wind- und Sonnenstrom zur Verfügung, können die Meiler nicht angemessen reagieren.

Sachverständigenrat für Umweltfragen, "Wege zur 100% erneuerbaren Stromversorgung", Sondergutachten, Januar 2011.

GRIMM (2007, S. 9) gibt den Leistungsgradienten von Kernkraftwerken mit 5 bis 10 % pro Minute an. Diese Aussage gilt für den Teillastbetrieb von Kernkraftwerken. Eine hohe Windenergieeinspeisung über einen längeren Zeitraum kann jedoch das zeitweise Abschalten von Kraftwerken erfordern, die bislang dem Grundlastbetrieb zuzuordnen sind. Bei Kernkraftwerken gehen HUNDT et al. (2009, S. 26). davon aus, dass Kernkraftwerke im Teillastbetrieb bis auf 50 % ihrer Nennleistung abgeregelt werden können. Tritt eine geringere zu bedienende Last auf, muss ein Kernkraftwerk abgeschaltet werden. Eine Analyse historischer Daten zeigt, dass die Leistung von Grundlastkraftwerken (im Wesentlichen Kernkraftwerke und Braunkohlekraftwerke) in der Vergangenheit an Zeitpunkten mit starker Einspeisung von Windstrom nicht unter 46 % reduziert werden konnte (NICOLOSI 2010, S. 15)

Literatur:

• Grimm, V. (2007): Einbindung von Speichern für erneuerbare Energien in die Kraftwerkseinsatzplanung. Einfluss auf die Strompreise der Spitzenlast. Bochum: Selbstverl. des Lehrstuhls für Energiesysteme und Energiewirtschaft, Ruhr-Universität Bochum. Schriftenreihe des Lehrstuhls für Energiesysteme und Energiewirtschaft 16.
• Hundt, M., Barth, R., Sun, N., Wissel, S., Voß, A. (2009): Verträglichkeit von erneuerbaren Energien und Kernenergie im Erzeugunsportfolio. Technische und ökonomische Aspekte. Stuttgart: Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung.
• Nicolosi, M. (2010): Wind Power Integration and Power System Flexibility. An Empirical Analysis of Extreme Events in Germany under the New Negative Price Regime. Köln: Institute of Energy Economics at the University of Cologne. EWI working paper 10/01.

M. Sterner et al., "Energiewirtschaftliche Bewertung von Pumpspeicherwerken und anderen Speichern im zukünftigen Stromversorgungssystem" (Endbericht), Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, (IWES) Kassel, FuE-Bereich Energiewirtschaft und Netzbetrieb, Februar 2010 (im Cache) - (nach meiner Ansicht ein umfassendes Technik-Kompendium)

1. Kurzzusammenfassung
2. Visionen zu zukünftigen Energieversorgungsstrukturen
3. Ausbauszenario zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland
4. Modellbeschreibung und Simulation der erneuerbaren Einspeisung
5. Analyse von Last und erneuerbarer Erzeugung
6. Bestimmung des Regelenergiebedarfs zum Ausregeln von EE-Prognosefehlern
7. Veränderung des Lastverlaufs durch Transport und Lastmanagement
8. Energiewirtschaftliche Einbindung von Pumpspeicherwerken
9. Marktanalyse von Stromspeichertechnologien
10. Bedeutung von Speichern für die Versorgungssicherheit
11. Energiepolitischer Ausblick

siehe auch:

• M. Sterner et al., "Erneuerbares Methan: Ein innovatives Konzept zur Speicherung und Integration Erneuerbarer Energien zur regenerativen Vollversorgung", Leibniz-Institut, 9.7.2010 (im Cache).

• zum Vergrößern auf Bild klicken Entladungsszeit und Speicherkapazität verschiedener Stromspeichersysteme (Quelle: Specht et al.)

  M. Specht, F. Baumgart, B. Feigl, V. Frick, B. Stürmer, U. Zuberbühler, "Speicherung von Bioenergie und erneuerbarem Strom im Erdgasnetz", FVEE - AEE Themen 2009 (im Cache)

M. Sterner, "Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy: Limiting global warming by transforming energy systems", Dissertation, Universität Kassel, Kassel University Press, 2009

Es wird ein System von im wesentlichen

vorgeschlagen. Damit ist es möglich, die Last jederzeit auf einem Niveau der Versorgungssicherheit von 99% mit nationalen Kapazitäten zu decken.

Nach dem Konzept der gesicherten Leistung sind zusätzlich Backup-Kraftwerke mit 14 GW gesicherter Leistung erforderlich, die jedoch in der stundenweisen Simulation während der betrachteten vier Jahre nie eingesetzt werden.

Primer von J. Gruber