Der Umbau der Stromversorgung hin zu 100% EE ist eine gigantische Aufgabe. Den ersten, leichten Teil haben wir in den letzten 20 Jahren geschafft, die Vollendung in den nächsten 20 Jahren wird aufwändig. Bisher habe ich Messdaten ausgewertet, Diagramme gezeichnet und Zahlenwerte berechnet. Das Verständnis für die Problematik der Energiewende ist mir dabei klar geworden, da ich gern mit Zahlen arbeite und mir darunter etwas vorstellen kann. 

In dem Bild unten ist die Transformation mal anders  dargestellt. Hier wird schon rein optisch der gewaltige Umfang der Investitionen und die zumehmende Komplexität des Strommarktes sichtbar. (Vereinfachte Darstellung, Zahlen gerundet)

Links ist schematisch der Strommarkt vor der Wende zu sehen. Es gab ca. 100 GW gesicherte Kraftwerksleistung aus Kernkraft, Kohle, Erdgas, Öl und Wasserkraft. Über die Stromnetze wurden die Verbraucher mit ca. 500 TWh Strom zuverlässig versorgt. Deutschland exportierte große Mengen Strom an die Nachbarländer. Die Stromversorgung war stabil aber leider nicht nachhaltig.

Die Wende wurde durch Subventionen in die Entwicklung von PV-Anlagen in Deutschland und dem Bau von Windmühlen an der Küste gefördert.

2024  hatten wir noch 72 GW fossile und 180 GW EE- Kraftwerksleistung. Kernkraft war bereits Geschichte.

Bis 2045 soll der Umbau lt. Planung der Bundesnetzagentur abgeschlossen sein und dann sieht die Kraftwerkslandschaft sehr viel komplexer aus.  Die Kohle und Öl-Kraftwerke werden verschrottet, Diese und auch die alten Gaskraftwerke sollen durch moderne H2 fähige Gaskraftwerke ersetzt werden. Die Leistung bleibt ungefähr erhalten, es erfolgt nur ein Austausch alt gegen neu.

PV- und Windkraftanlagen werden weiter ausgebaut und haben zusammen 630 GW Leistung

Um mehrere Millionen PV-Anlagen und Hunderttausend Windmühlen zu integrieren, sind enorme Mengen Leitungen, Transformetoren und Umspannwerke nötig. Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen (HGÜ-Leitungen)   und auch die Anbindung der Offshore-Windanlagen verursachen hohe Kosten.

Batteriespeicher sind unbedingt erforderlich um die Schwankungen in der Stromerzeugung kurzfristig auszugleichen. Die geplante Leistung von 140 GW ist sehr gering und reicht evtl. aus um einen Tag zu glätten.

Für die intersaisonale Energiespeicherung sind Batterien ungeeignet und es ist der Aufbau von Elektrolyseuren geplant. Diese sollen überschüssigen Strom (primär im Sommer) zur Gewinnung von Wasserstoff verwenden. Die 60 GW  Leistung ist sehr gering und deckt nur einen kleinen Teil des deutschen H2 Bedarfs. Zusätzliche Anlagen machen bei dem insgesamt zu geringen Stromangebot aber auch keinen Sinn. Es muss viel importiert werden. Die Seeterminals und Pipelines zu den Kraftwerken und Kavernen sind nicht vorhanden und müssen noch gebaut werden. Dazu gibt es eine Wasserstoffstrategie der Regierung. Der Ausbau hinkt der Planung weit hinterher, der Bundesrechnungshof hat das in seinem Bericht bereits moniert.

Die Bundesnetzagentur geht von einem sich verdoppelnden Stromverbrauch 2045 aus. Die alten Leitungen und Umspannwerke sind dafür nicht ausgelegt und müssen zum Teil verstärkt werden. Auch im bestehenden Netz ist viel zu tun.

Fast schon tragisch ist aber die Tatsache, dass trotz all dieser enormen Aufwendungen eine immer verfügbare, bedarfsgerechte Stromversorgung nicht möglich sein wird.

In der Planung der Bundesnetzagentur und im Bericht zur Versorgungssicherheit wird ausführlich das Thema Lastmanagement beschrieben. Dazu gehört die geforderte Flexibilisierung von Industrie und Gewerbe (DSM,  Demand side Management)  12.9 GW 

EE-Leistung und Residuallast

Durch den Ausbau von vielen PV- und Windanlagen soll die Stromversorgung möglichst 24/365 durch EE erfolgen und die Backup-Kraftwerke nur noch wenige Stunden bei Dunkelflaute laufen (Residualleistung). In dem Diagramm ist die Residualleistung im November für verschiedene Jahre dargestellt. Von 2006 bis 2024 ist, als Folge des EE-Ausbaus auf 180 GW,  eine Abnahme zu erkennen. Für die Jahre 2037/2045 ist trotz enormem Zubau von EE-Anlagen die gewünschte Reduzierung auf 0 nicht zu erwarten.

Wie auch im Wimmelbild gezeigt soll bis 2045 nochmal ein Vielfaches dazu kommen (dann 638 GW Peak). Wie bereits in den Kapiteln "2037/2045" und "Dunkelflaute 2045" beschrieben bleibt im Winter eine große Versorgungslücke, die durch Gaskraftwerke geschlossen werden muss.  Der mittlere Stromverbrauch könnte im November 2045 bei 130 GW und damit mehr als doppelt so hoch sein wie 2024. Die geplante  gesicherte Leistung ist wesentlich niedriger, so dass die bekannten Massnahmen notwendig werden.

Fazit: Die EE-Anlagen  reichen nicht aus, um im November 2045 ausreichend Energie zu liefern. 

Gesicherte Leistung vs. Spitzenlast

Für ein stabiles Stromnetz ist auch die Spitzenlast von Bedeutung. Zu jedem Zeitpunkt müssen Verbrauch und Erzeugung im Gleichgewicht sein. Wird zu viel Strom eingespeist steigt die Netzfrequenz. Ist die  Last größer wie die Stromerzeugung sinkt die Netzfrequenz. Wenn  die  Abweichung zu groß wird,  werden Lastabwurfstufen aktiv (siehe Tabelle unten)

Um das Abschalten von Verbrauchern zu vermeiden, ist also ausreichend gesicherte  Kraftwerkleistung erforderlich. Das war in den letzten Jahrzehnten immer der Fall, so dass die Verbrauchsspitzen locker bedient werden konnten und trotzdem in Enpasszeiten noch Kapazität für Exporte bestand.  Wenn die Energiewende wie geplant läuft, sind diese Zeiten des Überflusses bald vorbei und die gesicherte Leistung sinkt von 120% auf 50% der Spitzenlast.

Fazit: Die Eingriffe in den Strommarkt werden zunehmen und sowohl Erzeuger als auch Verbraucher treffen.