Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

Nachfrage wird die heutige Stromversorgung durch
eine Kombination von im Zeitverhalten trägen
Grundlastkraftwerken (z. B. Kohle, Laufwasser) im
Verbund mit zusätzlichen, schneller regelbaren Anlagen
wie Gas- und Pumpspeicherkraftwerken
gewährleistet. Insgesamt müssen genügend Kraftwerke
zur Deckung der Spitzenlast bereit stehen. Da
sie aber nicht die ganze Zeit Strom erzeugen, ist die
Leistungsbereitstellung ein Kostenfaktor. Deshalb
wurde in den letzten Jahrzehnten durch Steuerung
der Energienachfrage (Lastmanagement bei großen
Verbrauchern in der Industrie, billiger Nachtstrom
usw.) zunehmend das Verhältnis von Spitzenlast zu
Grundlast verkleinert.
3.4.3.2
Das fluktuierende Energieangebot aus
erneuerbaren Energiequellen
Das Angebot erneuerbarer Energiequellen wie Wind
und Sonne ist starken Schwankungen unterworfen.
Welche Zeitbereiche dabei relevant sind, hängt von
der erzeugten Endenergieform (Strom oder Wärme)
und ihrer Speicherbarkeit ab. Aufgrund der eingeschränkten
Transportierbarkeit von Wärme ist ein
Ausgleich des Tagesganges durch großräumige Vernetzung
für die Wärmeversorgung nicht möglich.
Hier wird deshalb auf die im Vergleich zu Strom viel
einfacheren lokalen Speichermöglichkeiten zurückgegriffen.
Bei der Elektrizität können die Fluktuationen
im Sekunden-/Minutenbereich, im Stundenbereich
und im jahreszeitlichen Gang getrennt betrachtet
werden.
Fluktuation im Sekunden-/Minutenbereich
In diesem Zeitbereich treten bei Windkraft und
Solarenergie zufällige Schwankungen durch Wolkenzug
und Böen auf. Diese statistischen Schwankungen
sind aber bei räumlich verteilten Anlagen nicht miteinander
korreliert: vernetzt man viele Anlagen, gleichen
sich diese kurzfristigen Fluktuationen aus
(Abb. 3.4-1). Daher sind in gut ausgebauten bidirektionalen
Netzen in diesem Zeitbereich keine Probleme
zu erwarten. Auch extreme Schwankungen,
z. B. durch Notabschaltungen bei Sturm, sind technisch
beherrschbar. Die in den Netzen verbleibenden
Variationen der Stromproduktion aus Wind und
solaren Quellen müssen durch gut regelbare Kraftwerke
(Gasturbinen, Pumpspeicheranlagen usw.)
ausgeglichen werden.
Fluktuation im Stundenbereich
Die Leistungsabgabe von solaren Energieanlagen
hängt über den Sonnenstand von der Tageszeit ab, so
dass gut vorhersagbare Schwankungen in Stunden-
Energieverteilung, -transport und -speicherung 3.4
bereich entstehen. Der Anteil der Zeit, in der Strom
aus Solarenergie zur Verfügung steht, kann durch
eine Vernetzung in Ost-West-Richtung vergrößert
werden (Abb. 3.4-2).
Durch den Einsatz solarthermischer Kraftwerke
zur Stromerzeugung kann diese Zeitspanne noch
weiter ausgedehnt werden. Diese Kraftwerke können
nach Sonnenuntergang mit thermischen
Zwischenspeichern einen Nachlauf von gut 5 Stunden
ermöglichen (Nitsch und Staiß, 1997). Der Einsatz
solcher Kraftwerke ist insbesondere in den westlichen
Teilen eines vernetzten Gebietes sinnvoll, für
Europa also etwa in Spanien.
Die Windgeschwindigkeit zeigt keinen ausgesprochenen
Tagesgang. Im Mittel ist sie bei starker
Bewölkung höher als bei schwacher, so dass Sonnenund
Windenergieangebot negativ korrelieren. Damit
ergeben sich im Stundenbereich durch eine Kombination
von Wind- und Solarenergiekonvertern Ausgleichseffekte.
JahReszeitliche Schwankung
Die aus Sonnenenergie zu gewinnende Leistung
ändert sich mit der Jahreszeit und dem Breitengrad.
In Äquatornähe und in hohen Breiten beeinflussen
Regenzeiten bzw. starke Bewölkung den Jahresgang
zusätzlich. Bei der Stromversorgung können diese
Effekte prinzipiell durch großräumige Nord-Süd-
Vernetzung kompensiert werden (Abb. 3.4-3).
Die Jahreszeitenschwankung des Windkraftangebots
ist stärker lokal geprägt und schlechter prognostizierbar
als die Sonneneinstrahlung. Das Wasserkraftangebot
zeigt in den meisten Regionen einen
deutlichen Jahresgang (z. B. durch Regenzeiten), der
teilweise durch Speicherung in Stauseen ausgeglichen
werden kann. Für die Energiegewinnung aus
Biomasse ist wegen der guten Lagerbarkeit eine
Abhängigkeit von der Jahreszeit kaum gegeben.
3.4.3.3
Strategien zur Abstimmung von Energieangebot
und -nachfrage
Eine wesentliche Herausforderung an eine Energieversorgung
auf der Basis erneuerbarer Energiequellen
ist die Deckung der fluktuierenden Nachfrage
durch ebenfalls fluktuierende Quellen. Im Folgenden
werden entsprechende Instrumente beschrieben,
die jeweils an die regionalen Besonderheiten
angepasst werden müssen.
Stromtransport und -verteilung
Die angebotsseitigen Schwankungen (Kap. 3.4.3.2)
legen es nahe, Strombereitstellungstechnologien und
Regionen großräumig zu vernetzen, um zu jeder
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