Start | Kontakt | Impressum
 
 
 

Die Energiefrage

 
 
 
 
 
 

Dr. Björn Peters, Ressortleiter Energiepolitik beim DAV

Die Energiefrage - #18
Unerledigte Aufgaben der Energiepolitk – Speicher-Dimensionierung

In Umkehrung zu den Mythen, die es allenthalben in der Energiepolitik gibt, hat letztere mehr oder weniger große bis gigantische weiße Flecken auf der Landkarte.  Offensichtlich wurden viele Fragen dauerhaft nicht gestellt, die für eine Überwindung fossiler Energierohstoffe eigentlich beantwortet werden müssten. Neue Wege in der Energiepolitik können aber nur beschritten werden, wenn die richtigen Fragen gestellt, untersucht und beantwortet werden. Mehrere Beispiele solcher noch nicht, viel zu spät oder in nicht ausreichender Tiefe gestellter energiepolitischer Fragen wollen wir demnächst vorstellen.  Heute beginnen wir mit der Frage, wie viel an Flexibilitätsmechanismen man für eine Energieversorgung aus Sonne und Wind benötigt.

Auf unserem derzeitigen Pfad des Ausbaus der sog. ‚erneuerbaren' Energien machen wir uns ja in der Stromerzeugung mehr und mehr vom Wetter abhängig.  Da der Wind nicht immer weht und die Sonne auch tagsüber oft von Wolken verdeckt wird, muss es Ausgleichsmechanismen geben, damit immer genügend Strom im Netz ist.  Dies soll vor allem über Stromspeicher bewerkstelligt werden, allgemeiner spricht man in der Energiewirtschaft von "Flexibilitätsmechanismen", um alle Maßnahmen einzuschließen, mit denen das Angebot an die Nachfrage und die Nachfrage ans Angebot angepasst werden kann.  Letzteres ist unter Nachfragemanagement (demand management) bekannt, wird aber auch bei intensivem Umbau industrieller Fertigungsprozesse nicht in den Bereich der Terawattstunden / TWh hereinreichen.  (Eine Terawattstunde / TWh sind eine Milliarde Kilowattstunden / kWh.  Alle deutschen Speicherkraftwerke haben zusammen eine Kapazität von unter 0,05 TWh.)  Wie wir sehen werden, ist das viel zu wenig, um einen nennenswerten Beitrag zum notwendigen Umfang an Flexibilitätsmechanismen beizutragen.  Daher beschränken wir uns hier auf eine Dimensionierung des Speicherbedarfs.

Nun sind fast alle politischen Parteien – mit wenigen löblichen Ausnahmen wie FDP und AfD – für einen weiteren Ausbau von Solar- und Windenergie.  Man sollte meinen, dass dabei genau bekannt ist, was zu tun ist.  Insbesondere wäre es wichtig, wie viel Speicher nötig sind und wie sich ein Stromerzeugungssystem generell ändert, wenn man sich in der Stromerzeugung vom Wetter abhängig macht.  Wohl gibt es dazu einige Studien angesehener Forschungsinstitutionen, die über mehrere Wochen bis hin zu einem ganzen Jahr das Wetter für ihre Simulationen des Strommarkts berücksichtigt hat.  Diese Forscher kommen zu einem Bedarf an Speichern von, je nach Studie, 20 bis 40 TWh, also etwa 3-6 Prozent des Jahresstromverbrauchs, für das Ausbauziel 100% ‚Erneuerbare' Energien.

Allerdings weiß man seit biblischen Zeiten, dass es manchmal sieben Jahre lang mehr von einer Wetterlage gibt als von einer anderen.  Auch Windkraftinvestoren wundern sich darüber, dass es manchmal etliche windschwache Jahre nacheinander gibt, in denen die Erträge so weit absinken, dass ihre Windinvestments weit hinter den Erwartungen zurückbleiben oder insolvent werden.  Fakt ist, dass es Niemanden auf der Welt gibt, der die Häufigkeitsverteilung von Wetterlagen je systematisch untersucht hätte.  Es gibt zwar ein Forschungsfeld, das sich Energiemeteorologie nennt, dort wird aber nur die Prognosequalität von Wind- und Solarstromproduktion für die jeweils nächsten 48 Stunden verbessert.  Was selbst in der Wissenschaft fehlt, ist eine systematische Auswertung von kontinentalen Wetterlagen über möglichst viele Jahrzehnte.

Der Autor dieser Kolumne hat mit einfachen Bordmitteln solche Wetteranalysen für Deutschland und fünf Jahre durchgeführt, und die Etablierung eines Wetterdatensatzes für ganz Europa und zwei Jahrzehnte an der Universität Mainz angestoßen – immer noch zu wenig, aber das wäre ein Anfang.  Die ersten Auswertungen, wieder für ein Szenario einer Vollversorgung aus ‚erneuerbaren' Energien, zeigen einen sehr viel größeren Speicherbedarf als von den genannten Forschern vorhergesagt. 

  • Legt man eine mehrjährige Wetterdatenreihe zugrunde, berechnet sich der Bedarf an Speichern bereits auf 80 TWh.  Dies ist nicht so verwunderlich, wenn man bedenkt, dass die typische Wettersituation, in der man wenig elektrische Energie aus Sonne und Wind erhält, die Inversionswetterlagen im Winter sind: Stabile Hochdruckgebiete ohne Luftbewegung, also mit sehr geringer Windstromproduktion, wo eine geschlossene Wolkendecke über ganz Europa liegt und das Fehlen von Sonnenstrahlen nicht nur aufs Gemüt schlägt, sondern auch zu sehr geringer Solarstromproduktion führt.  Weil diese Wetterlagen von November bis Februar häufig sind und in manchen Jahren (wie zuletzt 2014/15) mehrere solcher Wetterlagen mit kurzen Unterbrechungen aufeinanderfolgen, unterschätzt man den Speicherbedarf für Strom, wenn man nur Wetterdaten eines Kalenderjahres auswertet, also gerade mit Ende Dezember die Betrachtung abschließt.

  • Da aber bislang niemand weiß, wie lange Inversionswetterlagen maximal anhalten können, sollte auf den gefundenen fünfjährigen Maximalwert (hier 80 TWh) ein Aufschlag von mindestens 50 Prozent erhoben werden, um bei jeder Wetterlage genügend Strom innerhalb eines Jahrhunderts zu haben.  Damit steigt der Speicherbedarf bereits auf 120 TWh und damit auf etwa 20 % der Jahresstromproduktion.  Das ist deswegen unerlässlich, weil nicht oft genug wiederholt werden kann, dass eine sichere Stromversorgung das Blut in den Adern jeder modernen Volkswirtschaft ist.  Fehlt dieses Blut für mehrere Wochen, brechen sämtliche Produktionsprozesse und die gesamte öffentliche Versorgung zusammen, Chaos wäre die Folge und nur vielleicht ein Prozent der Bevölkerung könnte unter den dann steinzeitlichen Bedingungen überleben.

  • Was bislang nie thematisiert wurde:  Wir haben zu Recht eine 90-Tages-Reserve für jeweils Öl und Gas, auch strategische Reserve genannt.  Würden wir uns komplett von Solar- und Windenergie abhängig machen und die ungeliebten, weil fossil betriebenen Kraftwerke abschalten, stiege der Speicherbedarf um ein Viertel des Jahresstromverbrauchs, ca. 150 TWh, auf dann insgesamt etwa 270 TWh oder 45 % des Jahresstromverbrauchs von ca. 600 TWh.  Dies ist um eine Größenordnung höher als die meisten Studien schreiben, aber wohl viel näher am ‚wahren' Bedarf.

In diesem Zusammenhang mutet es geradezu niedlich an, wenn in einzelnen Stadtwerken Speicherprojekte im Bereich von ein paar Megawattstunden durchgeführt werden – das ist ein Faktor 100.000 zu wenig, um das Problem langfristig zu lösen, aber immerhin ein Anfang.  Wenn die hier errechnete Größenordnung der notwendigen Flexibilitätsmechanismen allerdings richtig ist, sollte klar sein, dass die derzeitigen Speicherprojekte gerade mal Spielzeugcharakter haben, und dass keine einzige Technologie bisher existiert, die das langfristige Potential hat, die notwendigen Speichermengen bereitzustellen.  Würden die notwendigen Speicher alleine in Deutschland beispielsweise mit Lithium-basierten Speichertechnologien umgesetzt, benötigte man hierfür mehrere Größenordnungen mehr an Lithium als in allen Lagerstätten der Welt bekannt ist.  Zu heutigen Kosten von Lithium-Speichern müsste man in Deutschland alleine die unvorstellbare Summe von 100 Billionen Euro ausgeben, das 30fache des deutschen Bruttosozialprodukts.

Übrigens haben wir versucht, systematische Untersuchungen der Wetterstatistik an der Universität Mainz anzustoßen.  Obwohl das eine der vielleicht brennendsten Fragen der Energiepolitik ist, konnte bislang noch nicht einmal eine Viertelmillion Euro für die Finanzierung einer Doktorandenstelle aufgetrieben werden.  Die inneruniversitären Finanzierungsmechanismen geben es nicht her, eine "kleine" Idee weiterzuverfolgen.  Darüber ließe sich lamentieren, aber vielleicht findet sich ein Leser mit einer tragfähigen Finanzierungsidee.

01. Mai 2017

Dr. Björn Peters

Peters beschäftigt sich seit vielen Jahren mit dem Energiesektor in Zeiten der Energiewende unter wissenschaftlichen, volks- und betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten. Er ist Inhaber der Unternehmens- und Politikberatung Peters Coll.