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Durch den Vergleich verschiedener modellierter Wetterjahre hat Energy Brainpool in der von Greenpeace Energy eG beauftragten Studie die Problematik einer lang anhaltenden kalten Dunkelflaute untersucht.

Durch den Vergleich verschiedener modellierter Wetterjahre hat Energy Brainpool in der von Greenpeace Energy eG beauftragten Studie die Problematik einer lang anhaltenden kalten Dunkelflaute untersucht. Zu diesem Zweck wurde der Wettereinfluss der Jahre 2006 bis 2016 auf das heutige Stromsystem betrachtet. Darüber hinaus wurde ein Stromsystem mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien entworfen, analysiert und wirtschaftlich bewertet, das eine kalte Dunkelflaute mit hoher Residuallast versorgungssicher überdauert.

Aufgrund von Schwachwind, Flauten und wetter- oder jahreszeitbedingter Dunkelheit kann die Stromerzeugung aus Wind- und Solarkraft auch über einen längeren Zeitraum gering sein. Wenn dieser Zustand über mehrere Tage andauert, stellt das für ein Stromsystem mit hohem Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien eine besondere Herausforderung dar. Kurz- und mittelfristige Flexibilitätsoptionen wie Speicher und Lastmanagement stoßen dann an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit. Tritt eine solche Situation im Winter auf, treffen ein längerfristig geringes Angebot erneuerbarer Energien und eine witterungsbedingte besonders hohe Nachfrage aufeinander. Diese Situation wird als „kalte Dunkelflaute“ bezeichnet und beschreibt einen Stresstest für das Energiesystem der Zukunft.

Bei der Analyse der Wetterjahre 2006 bis 2016 stellten sich zwei Wochen von Ende Januar bis Anfang Februar des Wetterjahres 2006 als Extremfall einer kalten Dunkelflaute heraus. Es zeigte sich außerdem in jedem zweiten Jahr mindestens eine zweiwöchige Phase mit einer ähnlich angespannten Situation.

Neben der zeitlichen spielt auch die räumliche Dimension eine entscheidende Rolle: Eine Betrachtung des gesamten Zeitraums der kalten Dunkelflaute zeigte, dass sich die Flaute über ganz Kontinentaleuropa erstreckte. Selbst bei ausreichenden Grenzkuppelkapazitäten existiert ein europäischer Ausgleichseffekt nur sehr bedingt. Darauf weist  ein exemplarischer Vergleich der mittleren Windgeschwindigkeiten in Europa in zwei mehrtägigen Zeiträumen hin. In der ersten Abbildung zeigt sich eine typische Wettersituation, die zweite Abbildung zeigt hingegen einige Tage der kalten Dunkelflaute. Während in der ersten Abbildung ein europäischer Ausgleich möglich ist, ist dies in der zweiten Abbildung an mehreren hintereinander folgenden Tagen nur vereinzelt der Fall.

Abbildung 1: Stündliche Windgeschwindigkeiten in Europa vom 17.2. bis 24.2.2006 als typische Situation. Grüne Bereiche zeigen Windgeschwindigkeiten nahe 0 m/s, rote Bereiche zeigen Windgeschwindigkeiten von mind. 10 m/s, Quelle: Energy Brainpool

Abbildung 2: Stündliche Windgeschwindigkeiten in Europa vom 1.2. bis 7.2.2006 während einer kalten Dunkelflaute. Grüne Bereiche zeigen Windgeschwindigkeiten nahe 0 m/s, rote Bereiche zeigen Windgeschwindigkeiten von mind. 10 m/s, Quelle: Energy Brainpool

Bei einem zusätzlichen Ausstieg aus der Braunkohleverstromung reichen die berücksichtigten Zubauten an Grenzkuppelkapazitäten nicht aus, um die Versorgungssicherheit während der kalten Dunkelflaute zu gewährleisten.

Um sowohl Versorgungssicherheit als auch eine Dekarbonisierung im Elektrizitätssektor zu erreichen, wurde in der Studie ein gleichzeitig robustes wie auch nachhaltiges Stromsystem entworfen. Es geht davon aus, dass über Elektrolysegas aus erneuerbaren Energien und Biogas die verfügbaren Gasspeicher gefüllt werden. Darüber hinaus benötigt das System, um effizient einen Ausgleich zwischen Stromangebot und -nachfrage zu erzielen, auch mittelfristige Flexibilitätsoptionen wie Pumpspeicher und kurzfristige Flexibilitätsoptionen wie Batteriespeicher und steuerbare Stromnachfrage. Diesen Zusammenhang zeigt folgende Abbildung.

Abbildung 3: Schematische Darstellung der Flexibilitätsoptionen, die im hier modellierten Stromsystem auch in Zeiten der kalten Dunkelflaute eine sichere Stromversorgung ermöglichen, Quelle: Energy Brainpool

Damit kann in Zeiten der kalten Dunkelflaute Versorgungssicherheit mit klimaneutralen Gaskraftwerken gewährleistet werden. Die mittleren Stromerzeugungskosten für ein solches System betragen aus heutiger Sicht bei weiterhin hoher Kostendegression der Technologien 5,7 ct/kWh (ohne Transport/Verteilung und Besteuerung) bzw. bei einer langsameren Kostendegression 9,5 ct/kWh.

Die dazu veröffentlichte Pressemitteilung finden Sie hier: 2017-06-29_Energy Brainpool_PM_Dunkelflautenstudie

Die komplette Studie von Energy Brainpool finden Sie zum Download.