Dunkelflaute 2045

Im Jahr 2045 soll die Nettoemmission CO2 bei Null sein. Die Stromversorgung soll durch EE erfolgen ergänzt durch regelbare Gaskraftwerke in der Dunkelflaute. Dass die EE auch 2045 an vielen Stunden nicht für die Versorgung ausreichen wurde bereits im Kapitel 2037/45 berechnet, aber hier geht es nun um die Verteilung und die Massnahmen  das Problem zu managen.

 Für die DF wird auf Basis von Wetterdaten der letzten Jahre  häufig eine Zeitspanne von 10-14 Tagen angegeben. Dann liefern die EE wieder ausreichend Strom um D zu versorgen. Zusätzlich sind kürzere Phasen mit zuwenig EE  zu erwarten, die oftmals nur durch wenige Stunden mit EE-Überschuss voneinander getrennt sind. Ist also nach der langen DF alles gut? Es ergeben sich für 2045 einige Fragen:

• Wie lang ist die längste DF?
• Wieviele DF gibt es im Jahr?
• Macht es einen Unterschied, wie dicht die DF auftreten?
• Welche regelbare Kraftwerksleistung ist erforderlich?
• Wieviel Gas (Erdgas, H2, LNG) wird benötigt?
• Können Batterien DF überbrücken?
• Ist die H2 Elektrolyse in D so leistungsfähig um DF zu meistern?

Dazu habe ich eine interessante Studie von Oliver Ruhland und Staffan Qvist gefunden: Storage requirements in a 100% renewable electricity system: extreme events and inter-annual variability - IOPscience aus dem Jahr 2022

Darin haben sie die Wetterdaten aus 35 Jahren ausgewertet und betrachten neben der mit 2 Wochen längsten DF auch die Auswirkungen von  In Serie auftretenden kurzen DF auf den Speicherbedarf. Logisch ist auch die saisonale Berechnung  und nicht nach Kalenderjahr.

Ich hab deshalb meine Berechnung auch für Wetterdaten ab 1.Juli 2024 bis 30.Juni 2025 gemacht und somit einen kompletten Winter betrachtet.

Das Diagramm zeigt die 4 Wintermonate vom 1.11. bis 28.2.  mit den Kraftwerks- und Verbrauchsdaten des Szenarios B 2045. Hier geht es um die Residuallast der regelbaren Kraftwerke und Importstrom  in der DF, blau und rot gefärbt. Importstrom in Zeiten von Strommangel ist unsolidarisch mit den Nachbarländern und sollte vermieden werden. In Gaskraftwerken muss also die Differenz aus Bedarf - EE erzeuigt werden ( blau+rot).

Der 1.11. beginnt gleich mit einer DF die gute 14 Tage dauert.  Der Batterieladezustand bleibt unverändert bei 10%, es wird weder geladen noch entladen und die Batterien helfen leider nicht. Beendet wird diese Phase 1-2 Tage mit viel EE, die Batteriespeicher werden bis auf 30% geladen, dann beginnt die nächste DFfür ca. 4-5 Tage.  So geht es im Prinzip den ganzen Winter weiter: Flauten werden durch kurze Phasen mit viel EE unterbrochen. Insgesamt ist die DF der Normalzustand,  die Speicher werden an wenigen tagen auf 100% geladen sind aber nach wenigen Stunden bereits wieder leer. Die einzige zuverlässige Energiequelle sind die Gaskraftwerke ohne die die Lichter ausgehen würden.

Nun zur Beantwortung der Fragen:

Die längste DF ist 14 bis 16 Tage lang

Die Vorstellung, dass es in seltenen Fällen im Winter zu einer DF kommen kann ist falsch. Andersherum ist warscheinlicher: Die DF wird durch kurze Phasen mit viel EE unterbrochen und die Gaskraftwerke haben kleine Pausen. Die Anzahl DF zu zählen macht wenig Sinn. Auch im Herbst und Frühlin, ja selbst im Sommer treten sie auf.

Wie dicht die DF hintereinander auftreten ist aus meiner Sicht nicht relevant. Man muss mit einem breiten Kraftwerkspark auch lange Zeiten mit schwankender Leistung abdecken können.

Die maximale Residuallast ist 141 GW am 14.2. um 18 Uhr  Die thermischen Kraftwerke stehen mit 83,5 GW in der Planung der Bundesnetzagentur, es fehlen also zusätzlich ca. 58GW regelbare Leistung . Durch Flexibilisierung kann da evtl. noch etwas verschoben werden, aber passt das so nicht zusammen und kann nicht funktionieren. %8GW kann durch ca. 100 neue uD -Kraftwrke erzeugt werden, Die Investitionskosten liegen bei ca. 80- 100 MRD €  Da die Stromgestehungskosten hoch sind und edr Strompreis nach der teuersten Stromerzeugung ermittelt wird (Merit-Order) ist auf Dauer mit hohen Strompreisen zu rechnen.

Alle Energiespeicher (Pumpkraftwerke, Batterien) helfen in den Winterdunkelflauten nicht. Die EE ist viel zu gering um den laufenden Bedarf zu decken, zum speichern bleibt da wenig übrig.

Die Elektrolyse ist in der Simulation berücksichtigt. Bei Stromüberschuss läuft die H2 produktion unddas Gas wird gespeichert. Wenn Gaskraftwerke laufen wird der Wasserstoff verbrannt und reduziert den Bedarf an H2 und Erdgas importen. iM Winter stehen die Elektrolyseanlagen still, da zu wenig EE erzeugt wird, nur im Sommer 

Der höchste Bedarf ist meistens am frühen Abend oder Morgens. 

Die thermischen Kraftwerke laufen besonders in den Wintertagen viele Stunden und brauchen Wasserstoff oder Erdgas. Die in D erzeugte Menge H2 beträgt ca. 1,2 Mio to  und wird in den Sommermonaten erzeugt und  entweder kurze Zeit später wieder zur Stromerzeugung benötigt oder in Gasspeichern gelagert. Insgesamt benötigt werden ca. 15 Mio to H2, d.h. es müssen ca 13.8 Mio to H2 importiert und gespeichert werden. In den deutschen gasspeichern wird 2026 Erdgas gelagert für Heizung und Gaskraftwerke. Zukünftig soll nicht mehr mit Gas geheizt werden aber der Bedarf von Gas für die Stromerzeugung bleibt bestehen und die Gasspeicher sind vorhanden und reichen vermutlich aus.