Was machen wir, wenn nachts kein Wind weht? Woher soll dann unser Strom kommen? Letztes Jahr habe ich schon einmal über solche Dunkelflauten geschrieben. Damals ging es um kurze Zeiträume von wenigen Stunden. Diese lassen sich durch Batteriespeicher leicht überbrücken. Den Strombedarf für eine laue Sommernacht könnten wir bald schon mit Stromspeichern decken. Bereits mit 500 GWh Speichern könnten wir an den meisten Tagen komplett auf fossile Energien verzichten.
Doch was tun wir, wenn die Dunkelflaute länger dauert? Kein seriöser Ingenieur wird versuchen, ganz Deutschland über mehrere Tage mit Batteriestrom zu betreiben. Längere Dunkelflauten sind zwar selten, doch sie kommen vor und auch dann muss unsere Stromversorgung zuverlässig funktionieren. Wir alle kennen trübe, windstille Wintertage. Gerade dann wollen wir Strom aus der Steckdose. Wie fatal wäre es, müssten wir ausgerechnet bei trüber Herbststimmung auf Netflix verzichten uns uns stattdessen mit der Familie unterhalten.
Christian hat vorübergehend sein Netflix abgeschaltet und statt dessen die Häufigkeit von Dunkelflauten ausgerechnet: Dreitägige Flauten gibt es etwa zweimal pro Jahr. Fünftägige Flauten nur noch alle dreieinhalb Jahre und die längste beobachtete Dunkelflaute dauerte knapp eine Woche. Für solche Wetterlagen brauchen wir eine Lösung.
Residuallast
Ein Beispiel einer sehr lange Dunkelflaute ist die KW3/2025. Zwischen dem 15.01.2025 und 22.01.2025 war der Ertrag von Windkraft und Solar außerordentlich gering.
(Quelle Energy Charts)
Die schwarze Linie zeigt den Strombedarf Deutschlands. Die farbigen Flächen sind die Beiträge der Erneuerbaren Energien zur gleichen Zeit. Die weiße Fläche dazwischen konnten die Erneuerbaren nicht decken. Diese Lücke zwischen verfügbaren Erneuerbaren Energien und Strombedarf heißt Residuallast. Wie schließen wir diese Lücke möglichst klimafreundlich? Wie überbrücken wir die Dunkelflaute?
Stromimporte
Zunächst helfen Stromimporte. Trübes Wetter ist in Europa regional, anders als die Hitzewellen. Deutschland ist integriert in das Europäische Verbundnetz und kann große Strommengen importieren. Das kostet kurzzeitig Geld, doch beim nächsten Sonnenschein revanchieren wir uns und verkaufen unsere Überschüsse wieder an die Nachbarn, wenn dort die Wolkendecke drückt.
Biomasse
Der zweite Hebel ist die Biomasse. Strom aus Biomasse läuft in Deutschland weitgehend konstant durch. Selbst wenn Wind & PV schon Stromüberschüsse liefern, laufen viele Biogasanlagen weiter. So verbrennen wir wertvolle Rohstoffe, während gleichzeitig kostenloser Strom aus Wind & PV abgeregelt wird. Sinnvoller ist es, Biomasse zu flexibilisieren und konzentriert in Dunkelflauten zu verstromen. Ein Weg dafür ist die bereits beschriebene Methanisierung. Dabei bleibt die verwendete Gesamtmenge an Biomasse konstant oder wird reduziert. Wir verteilen die Verwendung nur anders über das Jahr.
Lastmanagement
Ein weiterer Schritt ist die Anpassung der Lastkurve durch Demand Side Management. Ist wenig Strom verfügbar, dann wird er teuer. Lange Dunkelflauten kündigen sich im Wetterbericht ausreichend an und Industriebetriebe können rechtzeitig reagieren. Große Abnehmer können so viel Geld sparen wenn sie ihren Verbrauch flexibel halten. Möglichkeiten dafür gibt es einige. Die nächste Schmelze von Recyclingstahl kann auch mal eine Woche warten, wenn die Stromkosten sich dafür halbieren. Andere Metallschmelzen sind je nach Ausgestaltung ebenfalls flexibel. In der Chemie bieten sich Prozesse wie die Chloralkali-Elektrolyse an, sowie zukünftig auch die Elektrolyse von grünem Wasserstoff. Auch das Training des nächsten KI-Modells und andere Rechenprozesse lassen sich zeitlich strecken, wenn dafür die Energiekosten sinken. Das mag man lästig finden, doch besser als die Ernteeinbußen und unkalkulierbaren Produktionsausfälle durch Dürren und ausgetrocknete Flüsse ist es allemal.
Backup Kraftwerke
Stromimporte, flexibilisierte Biomasse und Demand Side Management fangen große Teile ab, reichen jedoch nicht aus. Für hartnäckige Wetterlagen brauchen wir weiterhin Gaskraftwerke als Backup-Lösung. Das ist zwar schade, jedoch verkraftbar, wenn diese ausschließlich für die längeren und damit seltenen Dunkelflauten eingesetzt werden. So bleiben die Emissionen im Jahresschnitt gering und auch die Kosten sind kleiner als gedacht.
Einfache Gasmotorenkraftwerke sind vergleichsweise einfach und preiswert zu bauen. Sie werden erst teuer, wenn sie Erdgas verbrennen. Das Vorhalten von 10 GW Gaskraft als reines Backup kostet rund 650 Mio €/Jahr (Eigene Berechnung, Fraunhofer, foes.de). Für fossile Brennstoffe zahlen wir jedes Jahr hundert mal mehr.
Batteriespeicher
Was tun unsere Batteriespeicher so lange? Die helfen auch während langer Dunkelflauten, denn sie reduzieren den Bedarf an Gaskraftwerken. Dafür werden die Akkus nachts durch die Gaskraftwerke geladen, wenn der Strombedarf niedrig ist. Tagsüber decken sie dann die Lastspitzen ab und glätten so die Stromproduktion. Dadurch laufen die Backup-Kraftwerke mit konstanter Leistung im optimalen Wirkungsgrad (nur während langer Flauten). So reduzieren wir den Spitzenbedarf an Kraftwerken damit die Systemkosten.
Fazit
Stand heute haben wir bereits 44 GW Gaskraftwerke am Netz. Beim aktuellen Strombedarf reicht die Menge aus, um jede Dunkelflaute zu überbrücken, auch ohne Kohlekraftwerke – Speicherausbau, Netzsteuerung und Flexibilisierung der Biomasse vorausgesetzt. Erst bei wachsendem Strombedarf braucht es dann zusätzliche Backup-Kraftwerke in begrenztem Umfang. Eine ausführliche Berechnung für ein stromintensives Szenario im Zieljahr 2045 habe ich mit Hans-Jürgen Münnig durchgeführt im Rahmen von unserem Fachvortrag Residuallast. Über die einzelnen Zahlen kann man im Detail diskutieren und je nach Szenario anpassen. Die grundsätzliche Strategie für Dunkelflauten bleibt jedoch unverändert:
- Kurze Schwankungen bis zur Größe einer lauen Sommernacht decken wir mit Stromüberschüssen und Batteriespeichern, gerne auch mit günstigen Stromimporten.
- Für längere Dunkelflauten ergänzen wir flexible Biomasse, mehr Stromimporte und nutzen Lastmanagement.
- Für den seltenen Extremfall halten wir einfache Gaskraftwerke vor als Backup.
Für die Wetterlage von KW3/2025 sähe das in Zukunft so aus:
(Quelle klimadialoge.de)
Komplizierter wird es nicht. Jetzt bräuchten wir nur noch eine Energieministerin, die sich für Lösungen und eine gesunde Zukunft interessiert. Doch dafür muss man wohl mehr machen als eine Tasse Kaffee…
Quellen
- Dunkelflaute: Wetzels bizarrer Vergleich (Cleanthinking.de)
- Energiewende: Wie schaffen wir Stabilität trotz Dunkelflauten? (LBBW.de)
- Kostenoptimale Transformation des deutschen Energiesystems bis 2045 (ise.fraunhofer.de) Die Studie nutzt ein Modell mit weniger Batteriespeichern, dafür mehr Backup-Kraftwerke und Wasserstoff.
- Dashboard Dunkelflaute