Information
Um einen Einstieg in die Thematik zu bekommen, habe ich Messdaten über Stromverbrauch und Zusammensetzung der Stromerzeugung (Kraftwerke) gesucht. Agora bietet für jeden zugänglich die Stromdaten der letzten Jahre an. Neben dem deutschen Strommix auch die Handelsbilanz mit unseren Nachbarländern, Strompreis und CO2-Emissionen . Bei Agorameter findet man auch viele Diagramme zum Strommarkt D, sehr interessant, einfach mal reinschauen. Es sind ausschließlich Darstellungen auf der Zeitachse. Weitergehende Auswertungen habe ich dort nicht gefunden, was für mich die Motivation war, die Daten selbst zu sichten und darzustellen.
Die neuesten, für ein komplettes Jaht, vorhanden Daten waren von 2024. Es liegen Werte für jede Stunde vor. Die Maßeinheit ist GWh/h, eine Arbeit pro Stunde -> Leistung. Das bedeutet, der Wert ist die durchschnittliche Leistung in dem Zeitintervall, die tatsächlich aufgetretenen Min-Maxwerte weichen davon ab. Datenformat ist .csv.
Ergebnis
Die Ergebnisse in Kurzform:
- Der Anteil EE an der Gesamtstromerzeugung lag 2024 bei ca. 58%
- An der 100% Versorgung mit EE fehlten 222 TWh Strom
- Die Leistung aus Sonne, Wind_Onshore und Wind_Offshore schwankte von 0.1 bis 71.7 GW
- Der geringste Anteil EE am Verbrauch war 14% am 12.12. Die Differenz wurde durch konv. Strom und Importe ausgeglichen
- Der höchste Anteil EE am Verbrauch war mit 112% am 23.8. der Überschuss wurde exportiert
- Ca. 5000 Stunden war die Stromerzeugung geringer als der Verbrauch, es wurde Strom importiert
- auch bei über 100% EE laufen konv. Kraftwerke zur Netzstabilisierung, der Überschuss ist dadurch noch größer
- CO2-Emission 312 gCO2/kWh (Mittelwert)
Die Details sehen Sie in den folgenden Diagrammen -->>>
Min- Maxwerte 2024
Der Gesamtverbrauch war höher als die Stromerzeugung
Saldo der Stromimporte ca. 25 TWh
Anteil erneuerbare Energie (EE) an der Gesamtstromerzeugung war im Mittel bei ca. 58%
Wetterbedingt pendelte die Leistung aus Solar und Wind zwischen 0 und 72 GW was hohe Anforderungen an die regelbaren Kraftwerke stellte.
CO²-Emissionen Mittelwert: 312 gCO2/kWh
EE als Zeitreihe und klassiert
Die Messdaten sind immer chronologisch aufgezeichnet und zeigen die Schwankungen der Stromerzeugung. Somit sind Zeiten mit viel EE, mit Strommangel und auch die Dauer dieser Wetterphasen erkennbar.
Chronologische Darstellung vom 1.1. – 31.12.
Wind onshore + Wind offshore + Solar
Leistung in GWh/h über der Zeit
Diese Art der Darstellung zeigt die stündlichen Schwankungen
im zeitlichen Verlauf.
Minimale Leistung 0.1 GW
Maximale Leistung 71.7 GW
Median Leistung 22 GW
Energie 209 TWh
dieselben Werte, aber aufsteigend sortiert
Die Häufigkeit der EE-Leistung wird nun deutlich
Es gibt sehr wenige Stunden im Jahr ganz ohne Wind und Sonne
aber viele mit geringer Leistung -> Dunkelflaute
am rechten Rand sind die Zeiten mit viel Sonne und Wind zu erkennen -> Hellbrise
Dargestellt ist der Anteil EE am Gesamtverbrauch
Anteil EE in % über der Zeit
EE: Biomasse, Wasserkraft, andere erneuerbare Erzeugung, Wind Offshore, Wind Onshore, Solar
Die chronologische Darstellung von
Stunde 0 bis 8784 h zeigt die Schwankungen,
der Wert geht nie unter 14% (wegen Wasserkraft, Biogas)
Höchster Ertrag am 23.8. geringster Ertrag am 12.12.
Die glatte Kurve zeigt dieselben Werte aufsteigend geordnet. Die zeitliche Zuordnung geht verloren, dafür ist die Häufigkeit der Ereignisse zu sehen. Der Zeitpunkt der geringsten EE-Leistung (12.12.2024) ist nun am linken Diagrammrand, die Stunde des Leistungsmaximums (23.8.2024) ganz rechts.
Der Anteil der EE an der Stromerzeugung lag bei 58%. Von vielen Lesern und Zuschauern wird das vermutlich so verstanden, als wäre bereits der weiteste Weg bis zur 100% Versorgung gegangen. Leider sind in der Technik gerade die letzten 20% am aufwändigsten zu erreichen und kosten häufig 80% der Gesamtinvestitionen.
EE und regelbare Kraftwerke
Grün -> EE / Verbrauch
Braun -> konventionelle, regelbare Energie/Verbrauch
Grau -> Gesamterzeugung /Verbrauch
Blau -> Gesamtverbrauch
Die grünen Werte sind wieder aufsteigend sortiert, die konventionelle und Gesamterzeugung sind zeitlich korrekt zugeordnet.
Wind und Sonne liefern eine Strommenge, die an den Verbrauch ergänzt werden muss. Das erfolgt durch regelbare, konventionelle Kraftwerke, deren Leistung die Schwankungen der EE und des Verbrauchs ausgleichen können.
Am linken Diagrammrand ist die EE mit 14% gering, der konv. Anteil lag bei ca. 64% des Verbrauchs. Das Defizit wurde durch 22% Importstrom (blauer Pfeil) gedeckt.
Mit steigenedem Anteil EE sinkt die thermeische Leistung (braun), die Gesamtstromerzeugung steigt.
Die Stromproduktion lag ca. 5000 h unter dem Verbrauch, der fehlende Strom wurde importiert.
Am rechten Diagrammrand sind die Zeiten von extrem viel Wind und Sonne zu sehen. Die Produktion überstieg den Verbrauch. Um die Netzstabilität zu gewährleisten war auch hier konventioneller, regelbarer Kraftwerksstrom notwendig. Es kam deshalb zu hohem Strom Überschuss (32% über Verbrauch) aus grünem + konv. Strom. Der Überschuss wurde exportiert.
Im Schnittpunkt der EE-Kurve mit der horizontalen Verbrauchslinie ist der EE-Anteil am Verbrauch 100%. Dieser Zustand herrschte (streng genommen) nur 1 h . Durch Speicher und andere Massnahmen soll er auf möglichst viele Stunden im Jahr ausgedehnt werden.
Das Ziel der Energiewende ist 100% Strom aus EE. Die 2024 fehlende Energie ist als Fläche zwischen der grünen und der blauen 100% Linie zu sehen. Das Defizit betrug 2024 222 TWh
Der Überschuss berechnet sich entsprechend auf 0.1 TWh
100% Erneuerbare Energie
Wie weit ist D auf dem Weg zu 100% Erneuerbaren Energien im Strommix?
Der Wert von 56% wurde bereits genannt und wird auch in den Medien als Erfolg bei der Transformation gemeldet.
Gern wird er auch als Grafik dargestellt, bevorzugt als Torten oder Säulendiagramm.
Das ist nicht falsch, vermittelt aber den Eindruck, dass schon das meiste geschafft ist und mit einer knappen Verdoppelung von PV und Windrädern das Ziel erreicht wäre.
Das ist leider nicht so, da ein einfacher Zubau, wie hier suggeriert, nicht ausreicht.
Die Problematik haben wir bereits in dem großen Diagramm oben gesehen, ich möchte es mit einem vereinfachten Diagramm noch weiter verdeutlichen.
Das Diagramm zeigt den Anteil von Wasser und Biogas mit 14% am unteren Rand als zu jedem Zeitpunkt stabile Energiequelle.
Darüber 42% aus Sonne und Wind. Die Werte beginnen am linken Rand mit 0 , steigen rasch an und laufen fast auf einer Geraden stetig nach oben um zum Ende wieder steil zu steigen.
Bei ca. 8720 h ist der Schnittpunkt, wo die EE-Erzeugung über dem Verbrauch liegt. Das war an ca. 70h der Fall. Die Fläche ist der kleine Zwickel rechts oben in rot mit 0,02% Anteil am Verbrauch.
Die Differenz zwischen EE und Verbrauch ist durch regelbare Kraftwerke und Import ergänzt worden. Hier nur bis zur 100% Linie eingetragen.
Die 44% aus Kohle, Gas und (möglichst auch die Importe) sollen in den nächsten Jahren ersetzt werden durch EE. Wie man sieht ist die zu ersetzende Fläche wie auch die Wind+Sonne_Fläche näherungsweise ein Dreieck. Warum ist das wichtig?
Als es noch keine PV und Windmühlen gab, war der Anteil von Kohle, und Gas etwa doppelt so groß: grüne + orange Fläche, ein Rechteck.
Mit dem Ausbau der EE steigt die Stromernte bei viel Sonne und Wind an, bei Dunkelheit und Flaute aber tut sich wenig (linker Diagrammrand). Das ist auch zu erwarten, denn wenn die Sonne nicht scheint und kein Wind weht ist die Zahl der Anlagen egal, die Leistung ist immer Null. Die grüne Fläche klappt mit dem weiteren Zubau an PV- und Windanlagen wie ein Fächer auf und schwenkt rechts nach oben. Der Drehpunkt ist links unten. Dadurch verlagert sich der Schnittpunkt mit der 100% Linie nach links. Der Stromüberschuss steigt stark an, der Mangel bei Dunkelflaute lässt sich allein durch mehr PV und Windräder leider nicht beheben.
Es braucht Gaskraftwerke, große Energiespeicher, Abschaltungen von PV- und Windkraftanlagen, Lastabwurf, Importstrom, Flexibilisierung u.ä. um die verbleibende Versorgungslücke zu schließen. Ist auch in den Planungen der Netzagentur enthalten und muss nun umgesetzt werden.
Mit dem Thema habe ich mich bereits ein wenig beschäftigt und demnächst stelle ich meine Gedanken dazu auch in dieser Website vor.
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