- von Dipl.-Ing. Klaus-Eberhard Wagner -

Die Analyse macht deutlich, dass mit „Wind und Sonne“ eine ausrei­chende und sichere Strom­ver­sor­gung in Deutsch­land nicht möglich ist. Auch eine Verviel­fa­chung der Anlagen­an­zahl bzw. der Anlagen­leis­tung kann keine Abhilfe schaf­fen: Nullwind und Nullsonne (nachts, Winter-Halbjahr) bringen bei noch so vielen Anlagen eben Null-Strom. Großpei­cher für Strom in der erfor­der­li­chen Menge fehlt.

Daten­grund­lage

• Wind – für die Jahre 2006 bis 2020, Einzel-Daten bis Juli 2021
• Sonne – für die Jahre 2009 bis 2020, Einzel­da­ten bis Juli 2021

Vorbe­mer­kung

Dieser Beitrag setzt die Auswer­tun­gen fort, für „Wind“, Zeit von 2006 bis 2020 «Windener­gie-Nutzung, Stand 2020» und „Sonne/Photovoltaik“ für die Zeit von 2009 bis 2020 «Photo­vol­taik-Nutzung 2020». Beide Berei­che sind im Folgen­den zusam­men­ge­fasst dargestellt.

Warum diese Art der Analyse?

Die Strom­ver­sor­gung ist ein „momen­ta­nes Geschäft“. In jeder Sekunde muss die Leistung (Kilowatt – kW) von Bedarf (Kunden) und Erzeu­gung (Kraft­werke) im Gleich­ge­wicht stehen. Bereits geringste Diffe­ren­zen werden durch Abwei­chun­gen der Frequenz (Hertz – Hz) von der Soll-Frequenz 50,00 Hz erkannt und müssen schnell ausge­gli­chen werden. Diese Bedin­gung, und weitere (u. a. Spannung, Blind­strom) sind die Voraus­set­zun­gen für die sichere Versor­gung mit Elektri­zi­tät – Wechsel­strom bzw. Drehstrom.

In den Analy­sen werden die Viertel­stun­den-Mittel­werte der Elektri­schen Leistung (kW, MW) verwen­det. Diese sind die einzig verläss­li­chen Daten zur Beurtei­lung der Nützlich­keit von Wind- und Sonnen-Anlagen. Sie sind auch übliche Grund­lage für die „Strom­wirt­schaft“. Daten­quelle ist die Strom­börse Leipzig (jüngere Daten). Eine grund­sätz­li­che Aufbe­rei­tung der Daten erfolgt dankens­wer­ter­weise durch Vernunft­kraft e. V. Hessen, dort Rolf Schuster.

Hinweis: Da die eigent­lich erfor­der­li­che Erfas­sung und Verwer­tung der Momen­tan-Werte (Sekun­den­werte) aufgrund prakti­scher Handha­bung und Verfüg­bar­kei­ten der Daten­men­gen nicht sinnvoll ist, bieten sich die Viertel­stun­den-Mittel­werte als nächste und beste Näherung zu Auswertungen/Beurteilungen an. Die Strom­börse basiert auf diesen Werten.

Resümee

Alle Darstel­lun­gen machen deutlich, dass mit „Wind und Sonne“ eine ausrei­chende und sichere Strom­ver­sor­gung in Deutsch­land nicht möglich ist. Auch eine Verviel­fa­chung der Anlagen­an­zahl bzw. der Anlagen­leis­tung kann keine Abhilfe schaf­fen: Nullwind und Nullsonne (nachts, Winter-Halbjahr) bringen bei noch so vielen Anlagen eben Null-Strom.

Die generel­len Versor­gungs-Probleme werden hier aktuell beschrie­ben: «Wie sicher ist die Strom­ver­sor­gung?» .

Beson­ders zu erwäh­nen ist: Es gibt keine Speicher­mög­lich­kei­ten in der erfor­der­li­chen Größe; es wird diese voraus­seh­bar nie geben. Bei Versor­gungs-Engpäs­sen kann nicht von einer Hilfe durch Auslands-Anlagen ausge­gan­gen werden. Im Fall der Fälle ist Jeder sich selbst der Nächste.

Die Analy­sen umfas­sen:
A. Wind-Nutzung
B. Onshore- und Offshore-Anlagen – Zeitver­läufe der Leistun­gen
C. Sonnen/PV-Nutzung
D. Gesamte Strom-Versor­gung, Monate Dezem­ber 2020 und Juli 2021
E. Zu erwar­ten­des Versorgungs-Chaos

A. Wind-Nutzung

Das Diagramm 1 zeigt die Daten von 2006 bis Juli 2021.

Diagramm 1: Nutzung der Windener­gie von 2006 bis Juli 2021

Erläu­te­run­gen:

• Die obere blaue Kurve zeigt die monat­li­chen Werte der Instal­lier­ten Leistun­gen in MW (1 Megawatt = 1.000 Kilowatt). Die Trend­li­nie (schwarz) verdeut­licht den Zuwachs der Anlagen-Leistung von etwa 12.000 MW (2006) bis derzeit etwa 63.000 MW (Juli 2021).
   
• Die rote Kurve zeigt die Viertel­stun­den-Mittel­werte (MW) der jeweils monat­lich höchs­ten erreich­ten Leistun­gen aller Windan­la­gen, sowohl Landan­la­gen (Onshore) als auch Seean­la­gen (Offshore).
   
  Auffäl­lig ist, dass beide Trend­li­nien „ausein­an­der­lau­fen“ (schwarze und rote Linie). Zu erwar­ten wäre ein etwa paral­le­ler Verlauf. Die Ursachen für diese Auffäl­lig­keit können vielfach sein: Generell abneh­mende Windhöf­fig­keit, Anlagen­bau in windschwa­chen Regio­nen, Anlagen-Alterung, Anlagen stehen zu nah beiein­an­der, „Anlagen nehmen sich gegen­sei­tig den Wind weg“, Zwangs­ab­schal­tun­gen bei zu viel Leistung. Diese Ursachen werden in den voran­ge­gan­ge­nen Analy­sen näher beschrie­ben.
   
• Die braune Linie, im Diagramm unten, an der „Nullli­nie“, zeigt die Viertel­stun­den-Mittel­werte (MW) der aufge­tre­te­nen Tiefst­werte (Minimale Leistungs­werte). Heraus­ra­gend sind die Werte in den Winter-Monaten 2018/19, 2019/20 und im Februar 2021. Der Mittel­wert der Minimal­werte von 2006 bis 2020 beträgt 433 MW.
   
  Dieser Wert ist ein Maß für die sog. Gesicherte Leistung. Nur dieser Leistungs­wert ist bei elektri­zi­täts-wirtschaft­li­chen Beurtei­lun­gen anzuset­zen, wenn es um den „Ersatz“ von konven­tio­nel­ler Kraft­werks-Leistung geht.
   
  Die Daten für Februar 2021 sind:  
  Monats-Minimal-Leistung = 3.745 MW, bisher höchs­ter gemes­se­ner Wert; Instal­lierte Leistung = 62.619 MW. Die Windan­la­gen konnten wetter­be­dingt nur zu 6 % genutzt werden.
   
• Im Diagramm 1 sind in einer Tabelle die Jahres­werte der Strom­erzeu­gung und die jewei­li­gen Volllast­stun­den – VLH – (exakter Begriff: Ausnut­zungs­dauer) gelis­tet.
   
  Die Volllast­stun­den ergeben sich als Quoti­ent aus der Jahres-Strom­erzeu­gung und der Instal­lier­ten Leistung zum Jahres­ende. Der Mittel­wert der Volllast­stun­den für die Zeit von 2006 bis 2020 beträgt 1.661 h/a (Stunden pro Jahr).
   
  Die Werte der Volllast­stun­den für 2020 und 2021 ragen heraus. Dafür gibt es wesent­lich zwei Gründe. Beide Jahre waren „bessere“ Windjahre. Zum anderen fand 2020 und 2021 ein unter­durch­schnitt­li­cher Anlagen-Zubau statt. Aufgrund der Rechen-Metho­dik (Berück­sich­ti­gung des Leistungs­wert am Ende jeden Jahres) ergeben sich deshalb höhere Quoti­en­ten für die VLH. Näheres ist im Link (oben) beschrie­ben.
   
• Erstmals konnten für 2020 Daten getrennt für Onshore- und Offshore-Anlagen festge­stellt werden. Das gelb unter­legte Feld zeigt die Werte der Erzeu­gung, der Instal­lier­ten Leistung und der Volllast­stun­den. Die VLH für Offshore-Anlagen (3.474 h/a) liegen deutlich höher als die der Onshore-Anlagen (1.965 h/a). Diese Werte entspre­chen etwa den allge­mei­nen Erwar­tun­gen der Wind-Branche. Ebenso liegen diese Werte (etwa) der Ermitt­lung der EEG-Umlage für 2021 zugrunde.

B. Onshore- und Offshore-Anlagen – Zeitver­läufe der Leistungen

Das Diagramm 2 zeigt die aufge­kom­me­nen Leistun­gen der Onshore- und Offshore-Windan­la­gen für Januar 2021.

Diagramm 2: Darstel­lung der Gleich­zei­tig­keit des Strom­auf­kom­mens von Onshore- und Offshore-Windan­la­gen
Quelle: Schus­ter, Ergän­zun­gen Wagner

Die nach unten weisen­den Pfeile verdeut­li­chen die Zeiten, in denen beide Anlagen­be­rei­che zugleich sehr geringe Leistungs­auf­kom­men haben. Das ist eine natür­li­che Folge der Verbrei­tung von Tiefdruck­ge­bie­ten. Diese erstre­cken sich typisch über mehr als 1.000 km. Das Diagramm zeigt auch einen gewis­sen Gleich­lauf großer Leistun­gen für die Onshore- und Offshore-Anlagen.
 
Der gezeigte Monat Januar 2021 ist kein Einzel­fall. Derar­tige Leistungs­ver­läufe, mit deutli­chen Minimal­wer­ten, kann man für alle voran­ge­gan­ge­nen Monate feststellen.

Nord-Süd-Trassen – Sinnhaftigkeit?

Es ist deshalb sehr fraglich, inwie­weit Nord-Windleis­tung den Leistungs­be­darf in Süd-Deutsch­land decken kann. Der „Nordwind“ wird im Süden, natür­lich je nach Tages­zeit, auf südli­chen „Sonnen­strom“ und den südlich aufkom­men­den „Windstrom“ treffen. Die propa­gier­ten Nord-Süd-Strom­tras­sen, die regio­nale Versor­gungs­lü­cken ausglei­chen sollen, erschei­nen bei diesen Gegeben­hei­ten, außer­or­dent­lich fragwür­dig. Die Energie­po­li­tik ignoriert weitge­hend diese Tatsachen.

C. Sonnen/PV-Nutzung

Die Nutzung der Sonnen­en­er­gie durch PV-Anlagen für die Jahre 2010 bis Juli 2021 zeigt Diagramm 3. Wie im Diagramm 1 (Windnut­zung) werden Monats­da­ten darge­stellt, die wiederum aus Viertel­stun­den-Mittel­wer­ten ermit­telt werden. Die Daten­quel­len entspre­chen denen der Windnut­zung. Auf grund­sätz­li­che Probleme der Erfas­sung von PV-Anlagen wird in der Analyse für 2020 hinge­wie­sen (Link siehe oben).

Diagramm 3: Nutzung der PV-Anlagen von 2010 bis Juli 2021

Erläu­te­run­gen:

• Die blaue Kurve zeigt den monat­li­chen Zuwachs der instal­lier­ten PV-Leistung. Anfang 2009 betrug der Wert etwa 5.000 MW. Derzeit, Juli 2021, sind es etwa 57.000 MW.
   
• Die realen Höchst­werte der Nutzung zeigt die grüne Kurve. Erst ab Mitte 2010 stehen Daten zur Verfü­gung. In den Sommer­mo­na­ten zur Mittags­zeit (2021) werden etwa 35.000 MW erreicht. In den Winter­mo­na­ten zeigen sich natur­ge­ge­bene Tiefst­werte. Trotz des starken Zubaus verhar­ren die Tiefst­werte bei 10.000 MW.
   
• Entspre­chend den Leistungs­wer­ten ergeben sich die Werte der Strom­erzeu­gung (rote Kurve). In den Winter­mo­na­ten sind diese sehr niedrig. In den Sommer­mo­na­ten der vergan­ge­nen Jahre wurden monat­li­che Höchst­werte im Bereich von 5.000 GWh bis 7.000 GWh erreicht (1 GWh = 1.000 MWh).
   
• Erkenn­bar ist, dass die Jahres-Erzeu­gun­gen nicht dem Trend des Zubaus entspre­chen. Ursachen könnten sein: Verwen­dung von Techni­ken mit niedri­ge­ren Wirkungs­gra­den (billige Anlagen), nicht optimale Ausrich­tung der Anlagen gegen­über der Sonne (Deutsch­land optimal etwa 35 Grad Neigung und genaue Südaus­rich­tung).
   
• Die Tabelle im Diagramm zeigt die (gerun­de­ten) Jahres-Erzeu­gun­gen und die Volllast­stun­den. Der Mittel­wert von 2011 bis 2020 beträgt 843 h/a (Stunden pro Jahr). Die Berech­nung der EEG-Umlage für 2021 geht von einem Wert von 912 h/a aus.

D. Gesamte Strom-Versor­gung, Monate Dezem­ber 2020 und Juni 2021

Das Diagramm 4 zeigt die Leistungs-Verläufe des Bedarfs und der Deckungs­an­teile durch Strom aus „Wind und Sonne“.

Diagramm 4: Leistungs-Bedarf, Leistung aus Wind- und Sonnen­en­er­gie, Dezem­ber 2020

Das Diagramm veran­schau­licht die Versor­gungs-Möglich­kei­ten aus Wind- und Sonnen-Anlagen. Die rotbraune Fläche zeigt den typischen Verlauf des Leistungs­be­darfs. An Wochen­en­den tritt regel­mä­ßig ein Bedarfs­rück­gang ein, ebenso zum Jahres­ende und zur Weihnachtszeit.

Die blauen Flächen stellen die Wind-Einspei­sun­gen dar; darüber sind die gelben, zacki­gen Flächen, die PV-Einspei­sun­gen, addiert eingezeichnet.

Allein an den Tagen 27./28.12.2020 ist eine erheb­li­che Deckung des Bedarfs durch Wind- und PV-Leistung ersicht­lich. Die Diffe­renz der Flächen bzw. der Verlauf der Leistun­gen veran­schau­li­chen die Notwen­dig­keit, mit anderen, also konven­tio­nel­len Kraft­wer­ken die offen­kun­di­gen „Lücken“ zu füllen. Beson­ders die Tiefst­werte zeigen, dass auch mit einem Verzig­fa­chen der Regene­ra­tiv-Anlagen das Versor­gungs­pro­blem nicht gelöst werden kann. Hinzu kommen weitere techni­sche Probleme. Die Regene­ra­tiv-Kraft­werke benöti­gen ein stabi­les elektri­sches Netz, um überhaupt „einspei­sen“ zu können. Dieses Erfor­der­nis können nur große konven­tio­nelle Kraft­werke befrie­di­gen. Diese Thema­tik wird an anderer Stelle in meinem Blog behan­delt, z. B.: «Energie­po­li­tik 2019 – Fakten, Irrtü­mer, Fragen» und «Wird die Energie­wende zur Energie­falle?».

Das Diagramm 5 zeigt die Verläufe der Leistun­gen für den Juli 2021. Ersicht­lich ist, dass die PV-Anlagen – im Gegen­satz zu den Windan­la­gen – mit erheb­li­chen Spitzen­wer­ten der Versor­gung dienen. Es verblei­ben, wie für den Monat Dezem­ber 2020 gezeigt, große Flächen zwischen der braunen Linie und der Summe aus den blauen (Wind) und gelben Linien (PV). Hieraus wird die Notwen­dig­keit erkenn­bar, über andere, flexi­bel arbei­tende Kraft­werke verfü­gen zu müssen.

Diagramm 5: Leistungs-Bedarf, Leistung aus Wind- und Sonnen­en­er­gie, Juli 2021

Die obere rote Linie im Diagramm zeigt die Summe der bereits instal­lier­ten Leistun­gen aus Wind- und PV-Anlagen: Der Wert = 120.327 MW. Zur Orien­tie­rung sind zu nennen: Der geringste Bedarf (Sommer, Wochen­ende) beträgt etwa 35.000 MW; der maximale Bedarf am Tag der sog. Höchst­last (typisch Dezem­ber oder Januar oder Februar) beträgt etwa 83.000 MW.

E. Zu erwar­ten­des Versorgungs-Chaos

Gerade wenn sich ein zusätz­li­cher Bedarf durch E‑Mobilität und Digita­li­sie­rung einstellt, wird sich aus der politisch gewoll­ten, einsei­ti­gen Vorrang­stel­lung bzw. Allein­stel­lung von Regene­ra­tiv-Kraft­wer­ken, eine gewal­tige „Schief­lage“ im Strom-Versor­gungs-Systems entwickeln.

Einer­seits fällt zu viel Leistung aus Wind und Sonne an, die gemäß EEG abgenom­men und vergü­tet werden muss. Dabei ist unerheb­lich, ob der Strom gerade gebraucht wird oder nicht.

Die anderen Regene­ra­ti­ven-Energie-Nutzun­gen, wie Wasser­kraft, Biomasse-Nutzung, Geother­mie, können nur mit gerin­gen Versor­gungs­an­tei­len beitragen.

Bei Überschüs­sen entste­hen ggf. die bekann­ten „Negati­ven Strom­preise“. Strom muss aus Gründen der Netz-Stabi­li­tät in das Ausland verschenkt werden – mit Abnahme-Prämien!

Anderer­seits wird häufig zu wenig Strom aus Wind und Sonne bereit­ge­stellt. Dies macht weiter­hin konven­tio­nelle Kraft­werke nötig. Da diese Situa­tio­nen nicht sicher voraus­ge­sagt werden können, entste­hen in Erman­ge­lung großer Speicher­sys­teme zuneh­mend gefähr­li­che Versor­gungs­lü­cken. Ggf. muss Strom aus auslän­di­schen Kraft­wer­ken, insbe­son­dere Pumpspei­cher­kraft­wer­ken, teuer zurück­ge­kauft werden. Das kann funktio­nie­ren, wenn das Ausland zu derar­ti­gen Zeiten nicht ebenfalls eine Versor­gungs­not hat.

Erkenn­bar wird das eigent­li­che Chaos der Energiepolitik.

Auszu­schlie­ßen ist, dass allein Regene­ra­tiv-Kraft­werke durch deren natur­ge­ge­be­nes Leistungs­dar­ge­bot die Bedarfs-Notwen­dig­kei­ten sicher befrie­di­gen können.

Der §1 EnWG verpflich­tet die Versor­gungs-Unter­neh­men sicher, preis­wert, umwelt- und sozial­ver­träg­lich die Energie­ver­sor­gung zu bewerk­stel­li­gen. Die Reali­tät lässt zuneh­mend Zweifel aufkommen.

Aus der Energie­po­li­tik hört man Argumente, um die geschil­der­ten Ungleich­hei­ten in den Griff zu bekom­men, dass Zwangs-Abschal­tun­gen und Verbrau­cher-Steue­run­gen (z. B. über sog. Smart-Meter, auch Spionage-Zähler genannt) einge­führt werden müssten.

Ein Konter­ka­rie­ren der Vorga­ben des EnWG (Energie-Wirtschafts-Gesetz) ist festzustellen.

Frage: Wozu benöti­gen wir dann überhaupt §1 EnWG?