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Kalte Dunkelflaute - Robustheit des Stromsystems bei Extremwetter

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Deutschland könnte künftig während extremer Wetterlagen nicht ausreichend mit Strom versorgt sein. Das besagt eine Studie des Analyseinstituts Energy Brainpool im Auftrag der Ökoenergieanbieters Greenpeace Energy. Die Gefahr drohe, wenn Deutschland immer mehr kohlendioxidfrei Strom erzeuge, besonders in Zeiten einer längeren "kalten Dunkelflaute". Wenn es zu dunkel ist und kein Wind weht, kann es künftig mit der Stromversorgung eng werden, sagt der Ökostromanbieter. Er bietet dafür einen Lösungsansatz an. Studie von von Energy Brainpool im Auftrag von Greenpeace Energy, 5/2017

NACHHALTIGE

NACHHALTIGE STROMVERSORGUNG IN DER DUNKELFLAUTE Als mögliche Flexibilitätsoptionen werden in den nachfolgenden Untersuchungen Pumpspeicherkraftwerke, Elektroautos, flexibilisierte Biomasseanlagen sowie Elektrolyseure in Kombination mit hocheffizienten Gaskraftwerken betrachtet. Diese stehen exemplarisch für kurz-, mittelund langfristige Flexibilitätsoptionen eines modernen Stromsystems mit Sektorenkopplung. Ebenso wurden die durch Grenzkuppelkapazitäten im Ausland verfügbaren Flexibilitätsoptionen mitmodelliert, beispielsweise Speicherwasser- und Pumpspeicherkraftwerke im alpinen und skandinavischen Raum oder europäische Elektromobilität. Im Modell haben somit die Elektrolyseure ausschließlich eine Funktion als Langfristflexibilitätsoption zur Herstellung von Versorgungssicherheit. In dieser Studie unberücksichtigt bleibt, ob und in welchem Maße Elektrolyseure im Rahmen der Sektorenkopplung zusätzlich zur Erreichung der Klimaziele hilfreich oder notwendig sein könnten. In diesem Kapitel wird ein Stromsystem entworfen und untersucht, das – beispielsweise im Jahr 2040 – eine zu 100 Prozent erneuerbare Energieversorgung 11 auch während der kalten Dunkelflaute sicherstellt. Kernherausforderung ist hierbei, dass Gaskraftwerke als für die Versorgungssicherheit notwendige flexible Erzeugungskapazität ausschließlich aus erneuerbaren Energien gewonnenes Gas verbrennen. Das Angebot fluktuierender erneuerbarer Energie muss hierzu kurz- als auch langfristig für Zeiten mit wenig Wind- und Solarstrom nutzbar gemacht werden. Zudem soll der Frage nachgegangen werden, wie teuer ein solches Stromsystem wäre. Das entworfene Stromsystem ist in den europäischen Strommarkt integriert, Jahresstromexporte und -importe stehen jedoch im Gleichgewicht. So nutzt das Stromsystem die Grenzkuppelkapazitäten als günstige Flexibilitätsoption, ist jedoch in der Bilanz unabhängig von Stromimporten. Die Einbindung in den europäischen Strommarkt reduziert den Bedarf an Flexibilität. Die Wärmenachfrage aus Gas-Kraftwärmekopplung wurde mit steigender Flexibilität und einem sinkenden Anteil von KWK-Wärmeerzeugung modelliert (Gas-KWK kann dank großer Wärmespeicher den Bedarf am Wärmemarkt auch zumindest zeitweise ohne Stromproduktion decken). 12 11 Innerhalb Deutschlands wird ausschließlich erneuerbarer Strom produziert. Durch ein ausgeglichenes Stromexportsaldo wird sichergestellt, dass in der Jahresbilanz der fossile Anteil am Stromimport durch erneuerbare Exporte kompensiert wird. 12 Im modellierten System wird bis 2040 die elektrische Gesamtleistung der wärmegeführt vermarkteten KWK konstant gehalten, daraus resultiert bei einem Zubau von Gaskraftwerken ein niedrigerer prozentualer Anteil der Gas-KWK. Kalte Dunkelflaute 20

Tabelle 1 fasst die Rahmenparameter des entworfenen Stromsystems zusammen und stellt exemplarisch basierend auf einer Metaanalyse 13 anderer Studien die Kosten eines solchen Stromsystems dar. Für die Kosten wurde eine starke Kostendegression unterstellt, da die Degression bei dem hier untersuchten starken Zubau der Technologien schneller eintritt als bei einem langsameren Ausbaupfad. Sowohl ein System mit geringer installierter Elektrolyseurleistung und hohen erneuerbaren Kapazitäten ist denkbar (größerer Anteil ungenutzter Erzeugungskapazität durch größeres Überangebot bei geringer Nachfrage) als auch ein System mit einer hohen Elektrolyseurleistung bei geringerem Ausbau von erneuerbaren Energien (kleinerer Anteil ungenutzter Erzeugungskapazität). Zwischen diesen beiden Extremen gibt es einen optimalen Anteil der Technologien, eine Optimierung sollte nach den Gesamtkosten erfolgen. Die installierten Leistungen dieser Studie stellen einen wirtschaftlichen Kompromiss dar zwischen der installierten Leistung erneuerbarer Energien einerseits und einer adäquaten Elektrolyseurleistung andererseits. Im so optimierten System bleiben 40,4 TWh potentiellen erneuerbaren Stroms ungenutzt, was 5,4 Prozent der Stromnachfrage entspricht. Zusätzliche, sehr flexible elektrische Anwendungen können diesen Anteil weiter verringern. 13 Hier wurde unter Annahme einer starken Kostendegression das 10-Prozent Quantil der gefundenen Werte einer Metaanalyse verwendet, insgesamt 18 Studien. Davon Daten Solar: 12 Studien, Wind an Land/auf See: 14 Studien, Wasserkraft: 8 Studien, Biomasse 7 Studien, Pumpspeicher 7 Studien, Elektrolyse: 4 Studien, GuD: 6 Studien Kalte Dunkelflaute 21

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