Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. (SFV)

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Kann Solarstrom konventionelle Kraftwerksleistung ersetzen?

vom 20.01.2001 (überholt)


Die Kapazitätseffekte der Photovoltaik

Dass man mit Photovoltaik Strom erzeugen kann, daran zweifelt heute niemand mehr. Aber können PV-Anlagen auch ganze Kraftwerke komplett ersetzen?

Seit jeher versucht die Energiewirtschaft, die regenerativen Energien schlechtzureden, indem sie behauptet, mit ihnen könne aufgrund der natürlichen Angebotsschwankungen kein einziges konventionelles Kraftwerk eingespart werden; vermieden werden könnten lediglich Brennstoffkosten.
Das leuchtet zunächst ein, wenn man als Beispiel etwa die Solarstromerzeugung mittels Photovoltaik (PV) heranzieht. Schließlich kommt in regelmäßigen Abständen die Nacht, und in unregelmäßigen Abständen liegt Deutschland unter einer undurchdringlichen Wolkendecke, bei der von Solarstromproduktion kaum noch die Rede sein kann, von den sonnenschwachen Wintermonaten ganz zu schweigen. Zu diesen Zeiten müssten selbst bei massivem Ausbau der Photovoltaik doch wieder die alten Dreckschleudern in Betrieb gehen. Oder?

Zunächst einmal stellt man fest, dass dieses Argument ohnehin nicht für alle regenerativen Energieformen anwendbar ist, im Falle der Wasserkraft und der energetischen Nutzung von Biomasse offensichtlich völlig falsch ist: Wasserkraftwerke waren die Basis für den Aufbau der Elektrizitätsversorgung und werden nach wie vor von den Energieversorgungsunternehmen eingesetzt. Laufwasserkraftwerke werden aufgrund ihres gleichmäßigen Angebots als Grundlasteinheiten genutzt, Speicherkraftwerke als Spitzenlasteinheiten. Biomasse wird ganz genauso wie Kohle, Erdöl und Erdgas in festem (Holz, Stroh), flüssigem (Pflanzenöl) und gasförmigem Zustand (Biogas) angeboten und kann zu jeder Zeit in entsprechenden Kraftwerken eingesetzt werden.

Wie sieht es nun aber mit dem nicht stetig verfügbaren Strom aus Sonnenstrahlung oder Windkraft aus? Stimmt die Behauptung, dass durch den Bau einer PV-Anlage kein noch so kleiner Teil eines Kohle- oder Atomkraftwerks überflüssig wird? Ist es gerechtfertigt, nur die vermiedenen Brennstoffkosten gutzuschreiben? Lassen wir für einen Moment außer acht, dass wir ja gar nicht vorhaben, mit Photovoltaik alleine die Energiewende zu schaffen, sondern in einem ausgewogenen Mix mit den anderen Erneuerbaren, und untersuchen einmal isoliert nur die Kapazitätseffekte einer einzelnen regenerativen Energieform, z.B. der Photovoltaik:

Auch ein herkömmliches Kraftwerk allein kann keine sichere Stromversorgung rund um die Uhr gewährleisten. Es bedarf vielmehr eines abgestimmten Systems aus verschiedensten Kraftwerken, die Grund-, Mittel- und Spitzenlast einschließlich von Reservekapazität bereitstellen. Innerhalb solch eines Kraftwerkparks können auch Solarkraftwerke herkömmliche Erzeugungsleistung ersetzen..

Um dies genauer zu verstehen, betrachten wir ein Verbundnetz wie derzeit in Deutschland, das etwa 80 Mio. Menschen versorgt und im wesentlichen Kohle und Uran verfeuert, mit nur geringen regenerativen Anteilen. In diesem Netz kommt es hin und wieder zu Stromausfällen - wenn auch selten, so doch mit einer gewissen, empirisch zu bestimmenden Wahrscheinlichkeit.
Wenn wir nun eine PV-Anlage anschließen, dann sinkt die Wahrscheinlichkeit eines Stromausfalls noch weiter, da das Netz nun zu gewissen Zeiten eine höhere Kapazität und somit mehr Reserven hat als vorher. Ausdrücken lässt sich dies durch den Begriff gesicherte Leistung einer PV-Anlage. Damit ist derjenige Teil der Anlagenleistung gemeint, der mit einer Wahrscheinlichkeit von 97% in einem bestimmten Zeitraum zur Verfügung steht. Durch die gesicherte Leistung der PV-Anlage steigt auch die gesicherte Leistung des Verbundnetzes, wodurch letztlich die Wahrscheinlichkeit eines Stromausfalls sinkt. Da die Ausfallwahrscheinlichkeit aber ohnedies schon sehr gering ist, könnten an anderer Stelle Kapazität abgebaut werden, ohne dass es insgesamt zu Einbußen bei der Versorgungssicherheit käme.

Somit hätten wir also in der Tat konventionelle Kraftwerksleistung eingespart. Es versteht sich jedoch von selbst, dass eine PV- oder auch Windkraft-Anlage einer bestimmten Leistung keine konventionelle Kraftwerksleistung in derselben Höhe ersetzen kann, sondern nur einen kleinen Teil davon. Dieser Teil der Anlagenleistung wird als Leistungskredit bezeichnet und ist genau die Größe, um die es bei der Diskussion der "Kapazitätseffekte" der PV oder Windenergie geht.

Zum Beispiel zeigen Berechnungen des Instituts für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung der Universität Stuttgart, dass eine moderne Windkraftanlage mit 600 Kilowatt Leistung etwa 200 Kilowatt herkömmliche Kraftwerkskapazität überflüssig macht.

Bei der Berechnung des Leistungskredits müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, z.B. die zeitliche Verteilung der Solarstromproduktion (Stromerzeugungsganglinie), die Ausfallwahrscheinlichkeit des konventionellen Systems und der Verlauf der Stromnachfrage (Lastganglinie).

Insbesondere ist der Zeitpunkt der höchsten Nachfrage von Bedeutung. In unserem angenommenen Verbundnetz, das etwa so aussieht wie das deutsche, wird der meiste Strom zur Mittagszeit verbraucht. Hier kann die Photovoltaik ihre Stärken voll ausspielen. Werden immer mehr PV-Anlagen gebaut, dann sinkt die Nachfrage nach konventionellem Strom, die Restnachfrage gerade zu den Mittagsstunden am stärksten, während sie nachts konstant bleibt. Dadurch kommt irgendwann der Moment, an dem die höchste Restnachfrage nicht mehr mittags auftritt, sondern nachts. Diese Restnachfrage kann mit PV-Anlagen dann nicht weiter vermindert werden. Das bedeutet: Je größer die Durchdringung mit PV-Strom ist, desto geringer ist der Leistungskredit einer dann neu gebauten PV-Anlage. Bei hohen Durchdringungen geht der Leistungskredit schließlich gegen Null, die Aussage der Energiewirtschaft hätte dann (und erst dann!), mit Verspätung, doch noch eine gewisse Berechtigung.

Tatsächlich aber setzen wir ja nicht auf Photovoltaik alleine, sondern auf einen Mix aus Sonne, Wind, Wasser und Biomasse: Die bisher dargestellte Diskussion drehte sich nur aus Vereinfachungsgründen um eine reine Energieversorgung durch PV-Anlagen. Sämtliche anderen regenerativen Energieträger wurden "vergessen". Das ist alles andere als realistisch und von niemandem gewollt. Berücksichtigt man nur die Windkraft als zusätzliche Energiequelle, dann erhält man schon eine gewisse Verstetigung der regenerativen Energieerzeugung und einen höheren Leistungskredit pro Anlage; schließlich weht ja der Wind bevorzugt dann, wenn die Sonne nicht oder nur schwach scheint. Nimmt man dann noch die Biomasse als Reserveenergie, dann kann man erst recht auf konventionelle Kraftwerke verzichten.

Wenn man dann noch bedenkt, dass es uns schließlich nicht vorrangig darum geht, hässliche Kohlekraftwerke abzureissen, sondern dass wir schon zufrieden sind, wenn sie nur möglichst keine Kohle verbrennen, dann brauchen wir uns auf eine komplizierte Diskussion der Kapazitätseffekte der PV gar nicht einzulassen; die eingangs gestellte Frage erledigt sich von selbst.


Und wer trägt die Kosten für die überflüssig werdenden Kraftwerke?


Für die Energiewirtschaft bedeuten die bei einem weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien mittel- und langfristig entstehenden Leerkapazitäten selbstverständlich eine wirtschaftliche Belastung. Diese darf jedoch nicht als Argument dafür herhalten, die Einführung der Erneuerbaren hinauszuzögern: Die zügige Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energieträger ist - angesichts der Klimazerstörung durch CO2-Emissionen und der Begrenztheit der fossilen Ressourcen - nicht nur schlicht ohne Alternative, sie kommt unsere Volkswirtschaft und Gesellschaft auf mittlere und lange Sicht auch wesentlich billiger als ein Verharren im gegenwärtigen fossil-atomaren Energiesystem, dessen wahre Kosten sich nicht einmal ansatzweise im Strompreis widerspiegeln.

Energieversorgung mit erneuerbaren Energien ist bereits mit der heute verfügbaren Technik möglich




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