Wind und Sonne: Die Kannibalen der Energiewende

Die Subventionierung der Wind- und Solarenergie diene nur dem Markthochlauf und sei daher vorübergehend, wird seitens der Betreiber oft propagiert. Nach erfolgreicher Durchführung der Energiewende stünde dem Verbraucher Strom zu immer geringeren Kosten zur Verfügung. Leider aber wird das verheißene Schlaraffenland der billigen und sauberen Energie für immer eine Illusion bleiben. Ganz im Gegenteil: Die charakteristischen Eigenschaften der volatilen Stromquellen bedingen die genau gegenteilige Entwicklung.

lichtblicke

Vor einigen Tagen feierten Politik und Betreiber die Eröffnung des neuen Offshore-Windparks “Amrumbank West” in der Nordsee. Einige Kilometer nördlich von Helgoland wurden 80 Rotoren mit zusammen 302 Megawatt Nennleistung errichtet. Stolz erklärt man der staunenden Öffentlichkeit, dies diene der Stromversorgung von 300.000 Haushalten.

Solche irreführenden Angaben sind trotz aller Aufklärung weiterhin üblich, wann immer neue Windräder ans Netz gehen. Sie werden durch die Medien meist ungeprüft und unkommentiert verbreitet. In Wirklichkeit kann Amrumbank West keinen einzigen Haushalt sicher versorgen und kein einziges konventionelles Kraftwerk ersetzen.

Permanente Irreführung

Denn auch auf der Nordsee schwankt die Windstärke. Es gibt Flauten und Stürme, Schwachwind- und Starkwindphasen. Die Windräder dort können ihre maximale Leistung häufig nicht abrufen. Manchmal stehen sie sogar völlig nutzlos da und liefern gar keine Energie. Im Verlauf eines Jahres, so der Erfahrungswert aus dem Betrieb vieler Offshore-Anlagen rund um die Welt, wird Amrumbank West nur knapp 50% der Strommenge produzieren, die möglich wäre, liefe der Park ständig unter Volllast. Dieser auch als Kapazitätsfaktor bezeichnete Wert beträgt für Onshore-Windräder in Deutschland ungefähr 20%. Die Photovoltaik liegt bei 15%.

Also sollten einfach mehr Windräder und Solarzellen aufgestellt werden, würde der naive Betrachter sagen. Irgendwann liefern diese dann auch die Strommengen, die konventionelle Kraftwerke mit ihren Verfügbarkeiten von 70 bis 90% garantieren. Wenn Amrumbank West real nur genügend elektrische Energie für 150.000 Haushalte herstellt, könnten dann nicht zwei dieser Offshore-Parks das angestrebte Niveau erreichen? Statt ein typisches Großkraftwerk mit 1.000 MW durch 400 Onshore-Rotoren mit jeweils 2,5 MW Nennleistung zu ersetzen, wären nach dieser Logik 2.000 erforderlich. Manchmal kann man sich des Eindrucks nicht erwehren, so sähe tatsächlich der Grundgedanke der gegenwärtigen Energiepolitik aus. Ist der Erfolg der Energiewende am Ende nur eine Frage der Skalierung?

Immer verlässlichere Wettervorhersagen verbessern die kurzfristige Planbarkeit der Einspeisung volatiler Quellen. Strom aus Windenergie wird dadurch an der Strombörse handelbar. Dort kaufen die Versorger abhängig vom prognostizierten Bedarf sukzessive Kapazitäten zu, beginnend mit den günstigsten Anbietern. Zunächst kommen die Produzenten zum Zuge, deren Grenzkosten aufgrund fehlender Brennstoffkosten bei null liegen. Betreibern von Wasser-, Wind- und Solarkraftwerken ist es möglich, elektrische Energie an der Börse kostenlos zu offerieren. Es folgen in aufsteigender Reihung die Kernenergie, Braun- und Steinkohle, Gas und Mineralöl. Das jeweils teuerste zur Bedarfsdeckung noch heranzuziehende Kraftwerk bestimmt den Strompreis, den alle Anbieter erhalten.

Stromboerse1

Die Graphik vermittelt das Prinzip. In der Realität vermischen sich die Erzeugungsarten stärker, manch ein Braunkohlekraftwerk arbeitet ähnlich günstig wie ein Kernkraftwerk und manch ein Gaskraftwerk ist mit der Steinkohle wettbewerbsfähig.

Was geschieht nun beim Zubau weiterer Windenergieanlagen? Wie das zweite Bild zeigt, verdrängen diese die teuersten Anbieter, also beispielsweise Gas und Öl, aus dem Markt. Der Strompreis sinkt. Man bezeichnet dies als “Merit-Order”-Effekt. Auf den ersten Blick profitiert der Konsument. Aber es sinken auch die Gewinne für alle noch herangezogenen Erzeuger.

Stromboerse2

Da ein Stromnetz nur dann stabilisiert werden kann, wenn sich Erzeugung und Entnahme von Energie jederzeit ausgleichen, ergibt es keinen Sinn, Kapazitäten über den Bedarf hinaus aufzubauen. Im Gegensatz zu vielen anderen Märkten stimuliert eine mit sinkenden Preisen verknüpfte Ausweitung des Angebotes keinen Anstieg der Nachfrage. Der Strommarkt ist nicht elastisch. Der Ausbau der Windenergie gefährdet daher durch die Merit-Order an der Strombörse die Wirtschaftlichkeit der Kraftwerke, die zur Stabilisierung des Stromnetzes durch die Bereitstellung von Trägheitsreserve und Regelenergie unverzichtbar sind. Damit die Betreiber diese weiterhin verfügbar halten, sind ihnen die als Folge der Energiewende verloren gehenden Erträge zu ersetzen. Über einen noch nicht endgültig festgelegten Mechanismus wird der Stromkunde dafür aufkommen müssen.

Schon dieser Umstand verringert den generischen Vorteil verschwindender Grenzkosten. Aber es tritt noch ein zweiter oft übersehener Effekt hinzu. Windräder produzieren nicht nur volatil, sondern auch korreliert. Deutschlands flächenmäßige Ausdehnung entspricht ungefähr der eines typischen Hoch- oder Tiefdruckgebietes. Die Wetterlage ist häufig einheitlich, wenn nicht gleich im ganzen Land dann mindestens in der norddeutschen Tiefebene mit dem Löwenanteil an Kapazitäten. Oft drehen sich also entweder alle Rotoren, oder eben keiner. Die Windenergie weist einen Mangel an zeitlicher Flexibilität auf.

Genau in den Zeiträumen, in denen ein Windparkbetreiber seine Anlagen unter voller Last betreiben und eigentlich hohe Profite erwirtschaften könnte, können das alle anderen ebenfalls. Wenn aber immer mehr hungrige Menschen zur gleichen Zeit von einem Kuchen essen wollen, dessen Größe sich nicht ändert, verringert sich die Portionsgröße für den einzelnen. Bis niemand mehr satt wird. Je mehr Windräder sich drehen, desto weniger wird mit ihnen verdient. Sobald ausreichend Kapazität vorhanden ist, um bei entsprechendem Windaufkommen die Nachfrage vollständig abzudecken, verdrängt die Windenergie nicht nur alle anderen Kraftwerksarten vom Markt, sie reduziert zusätzlich ihre eigenen Erträge massiv. Wenn der Anteil der Windkraftanlagen an der Stromproduktion ihren Kapazitätsfaktor übersteigt, treten solche Situationen zunehmend häufiger auf.

Die Energiewende wird nicht nur vorübergehend teurer, sondern anhaltend

Für die Photovoltaik gilt dies in gleicher Weise. Auch die Sonne scheint in Deutschland nicht selten überall und sehr regelmäßig überall nicht (bei Nacht). Solarzellen liefern elektrische Energie meist alle zur selben Zeit und nehmen sich ebenfalls gegenseitig ihre Profite weg. Außerdem speisen Sonne und Wind nicht vollständig antizyklisch ein. Ganz im Gegenteil weisen ihre leistungsstarken Phasen des Öfteren eine große Überdeckung auf. In der Summe wird die ökonomische Ausbaugrenze der volatilen Stromproduktion in Deutschland zwischen den jeweiligen Kapazitätsfaktoren, also zwischen 15 und 20% liegen. In einem rein marktwirtschaftlich organisierten Umfeld käme spätestens an diesem Punkt der Ausbau von Wind- und Sonnenergie zum Erliegen, da die Risiken für die Refinanzierung von Investitionen in zusätzliche Anlagen das tragbare Maß übersteigen würden.

2015 hatten die Zufallsgeneratoren bereits einen mittleren Anteil an der Stromproduktion von 19%. Die bislang höchste Einspeiseleistung erbrachten Sonne und Wind am frühen Nachmittag des 15. April 2015 mit zusammen über 43 Gigawatt, was 60% des Bedarfes entsprach. Dies drückte den Strompreis an der Börse auf 0,4 Cent pro Kilowattstunde. Wenn des Nachts der Wind weht und der Bedarf niedrig ist, sind vermehrt negative Strompreise möglich. Das bedeutet, die Erzeuger zahlen für die Abnahme elektrischer Energie, damit das Netz nicht überlastet wird. Am 13. April 2015 um 02:00 Uhr wurden interessierte Verbraucher (beispielsweise Pumpspeicherkraftwerke im Ausland) mit drei Cent pro Kilowattstunde honoriert. Die Windenergie lieferte zu diesem Zeitpunkt 53% des deutschen Leistungsbedarfes von 49 Gigawatt.

Bis 2050 möchte die Bundesregierung nach ihrem Energiekonzept den Anteil der volatilen Quellen an der Stromproduktion auf 57% im Jahresmittel steigern. Fälle wie die oben beschriebenen werden dann von der Ausnahme zur Regel. Ohne dauerhaft hohe Subventionierung könnten in diesem Marktumfeld neben den systemrelevanten konventionellen Kraftwerken auch Windräder und Solarzellen nicht überleben. Staatlich festgelegte Mindestpreise beträfen außerdem nicht nur den tatsächlich genutzten Strom, sondern zusätzlich eine wachsende Überproduktion, die zur Stabilitätssicherung gar nicht erst ins Netz eingespeist werden dürfte. Im Jahr 2014 überschritten diesbezügliche Ausgleichszahlungen erstmals die Grenze von 100 Millionen Euro und sie werden weiter steigen.

Das Versprechen, dem Endkunden quasi kostenlos Energie in beliebiger Menge zu liefern, können Windkraft und Solarenergie niemals erfüllen. Das Wort von der Rechnung, die Sonne und Wind nicht schicken, entlarvt sich bei Berücksichtigung ihrer Erzeugercharakteristik und der technischen Prinzipien eines Stromnetzes als irreführende Propaganda. Die Energiewende ist nicht nur vorübergehend teuer. Sie wird auf Dauer immer teurer werden. Die entscheidende Frage ist daher nicht, wie vielen Haushalten Amrumbank West oder vergleichbare Projekte zu welchen Zeitpunkten tatsächlich Strom liefern könnten. Die Frage ist, welche Kosten die Kunden dafür zu tragen bereit sind.

Unterstützung
Wenn Ihnen unser Artikel gefallen hat: Unterstützen Sie diese Form des Journalismus.
oder

Kommentare {20}

  1. “Zufallsgeneratoren”….. echt witzig.
    Tja, teuer. Aber würde man die Folgekosten der fossilen Energieträger mit in den Strompreis einrechnen – es wäre wohl noch teurer. Am Ende wird CO2 ein echter Killer sein.
    Wir brauchen Speicher für die volatilen. Ich verstehe bis heute nicht, warum man nicht den Wasserstoff/Brennstoffzellen-Weg geht. Im Ruhrgebiet gibt es seit Jahrzehnten eine H2-Pipeline; ohne Probleme. Lakehurst ist doch schon 80a her. Spukt das immer noch in den Köpfen herum?
    Man muß auch einfach mal machen, sonst kommt man ja überhaupt nicht vorwärts.
    “Wer kämpft, kann verlieren. Wer nicht kämpft, hat auf jeden Fall verloren.”

  2. Es geht in erster Linie bei der Energiewende um die Nachhaltigkeit und nicht um wirtschaftliche Strukturen. Natüerlich verdrängen neue Märkte und Technologien stets alte, aber der Weg ist das Ziel und dieser Weg sollte dementsprechend subventioniert werden.

    Es gibt weitaus weitreichendere GAUS als ein “teuerer” Strommarkt. Letztendlich sollte jeder, ob Bürger, Kommune oder Unternehmen, bereit sein, für zukunftsfähige Methoden auch mehr zu bezahlen. Wenn die obersten Gebote, der Schonung der endlichen Ressourcen und im Verbund mit Kohle und Atomkraft auch das Klima und Menschenrechte bzw. Lebensqualität gesichert werden, wird sich im Laufe der Zeit auch dieser Markt oder Marktpreis eben akklimatisieren.

    Es gibt ja abgesehen von Photovoltaik und WIndkraft diverse andere alternative Energien, die zum großen Teil noch von den Lobbies der konventionellen Energien mundtot gemacht werden.

    Also ich finde wirtschaftliche Aspekte, so sehr man sie auch nicht außer Acht lassen sollten, in keinster Weise so nennenswert, das Prinzip der Windkraft und Solarenergie so in Frage zu stellen.

    Dennoch guter Artikel.

  3. Die Konzentration auf erneuerbare Energien ohne die Fortschritte im Bereich der Kernenergie zu beachten (Stichwort: Dual-Fluid-Reaktor) ist absolut kontraproduktiv und zeigt die Irrationalität der deutschen Politik auch, aber nicht nur auf dem Energiesektor. Mit Investitionen, die vielleicht halb so groß wären wie die Kosten der konstruierten Flüchtlingskrise für ein Jahr könnte man in relativ kurzer Zeit Energiesicherheit erlangen, und das zu einem Preis im Bereich von einem Cent pro Kilowattstunde und mit der gleichzeitigen Aufarbeitung von extrem lange strahlenden radioaktiven Abfällen. Die Öffentlichkeit wird darüber aber absichtlich nicht informiert.

    1. Und wer soll das machen? Die Kompetenz in der Kernkrafttechnologie ist ja mittlerweile in Deutschland total vermerkelt. Und den Willen zur Rückerlangung dieser Kompetenz sehe ich in einem Parlament voll mit Juristen, Politologen und Lehrern auch nicht.

  4. Ein schöner Artikel, der leider wie immer nur über Probleme bei der Umsetzung handelt, aber keine Lösungen bietet. Es war schon immer bekannt, das der Umbau des Energiesystems Speicher und erweiterte Netze benötig. Der aufmerksame Leser hat vielleicht schon davon gelesen, dass sich derzeit Windparks und Batteriespeicherprojekte für Systemdienstleistungen qualifizieren, Stichwort: Präqualifikation.
    Das das ganze Geld kostet, war auch klar. Aber was sind die Alternativen? Ist es nicht äußerst wahrscheinlich, das alles andere uns viel, viel mehr Geld kosten wird?

  5. Was ist mit „Wind- und Solargas“ als Zwischenspeicher der volatilen Solar- und Windenergie?
    Der Prozess der “Power to Gas – Methanisierung” wird doch bereits in kleineren Anlagen erprobt?
    Direkt hinterm Deich ein Methangaswerk oder wahlweise Wasserstoff als Speichermedium, und schon kommt Freude auf in Büttenwarder.

    1. power-to-gas-to-power ist technologisch nicht unbedingt das problem. das problem ist aber die physik!
      ohne das ich dies hier vorrechnen will, ergebn sich für p2g2p physikalisch bedingte maximale prozesswirkungsgrade um die 33% (selbst bei 40 % wird die geschichte nicht wirklich besser).
      dies bedeutet, das sie, bezogen auf den elektroenergiebedarf, mind. das dreifache an elektroenergie (vor methanisierung und rückverstromung) erzeugen müssen.
      unberücksichtigt bleibt dabei, dass die ‘methanisierungsanlagen’ prinzipbedingt nicht für eine volatile, also zufällige, betriebsweisen augelegt werden sondern nur für einen, oder einige wenige, definierte betriebspunkte (kostenfrage in verbindung mit wirkungsgradverlusten).

      bei einer derzeitigen mittleren eeg-vergütung von ca. 6 cent / kWh (bezogen auf den endkundenpreis) verdreifacht sich als der preis des eeg-stromes auf ca. 18 cent /kWh VOR steuern und abgaben.

      ps: kapitalkosten und co. der methanisierungsanlagen sind dabei völlig unberücksichtigt

      pps: sollten die methaniserungsanlagen so angedacht sein, das diese alle, oder zumindest den großteil der volatilen erzeugungsspitzen abfangen, dann müssen methanisierungsanlagen mit einer mindestleistungsaufnahme in der größe der 3-fachen installierten leistung der zufallsstromerzeuger gebaut werden!
      ***
      nimmt man das energiekonzept der bundesregierung als grundlage, dann sollen 2050 durch ‘effizienzsteigerungen’ nur noch ca. 50% des elektroenergiebedarfs benötigt werden, wovon 80 % mittels zufallsstromerzeuger generiert werden sollen.
      stand heute sind wir bei ca. 600 TWh/jahr -> 600 TWh/jahr x 0,5 X 0,8 = 240 TWh/jahr

      bei ca. 33% prozesswirkungsgrad von p2g2p und einer sehr sehr optimistischen benötigten speicherkapazität von nur 1 woche (die historischen wetterdaten belegen, das 1 woche viel zu wenig ist!) ergibt sich 240 TWh/jahr x 1/0,33 x 1jahr / 52 wochen = 13,8 TWh/woche.

      als unterste kotzgrenze für die benötigten speicherkapazitäten benötigt man als ca. 14 TWh, mit denen man ca. 1 woche den bedarf decken kann.

      sollten im winter allerdings einer nicht unübliche wetterlage auftreten, > 1 woche hochnebel in verbindung mit einer flaute, dann wars das…
      speicher leer und null chance diesen zu füllen…

      das funzt hinten und vorne nicht….

      im minimum muss man 4 wochen per speicher absichern können, was historische wetterdaten belegen. dies hat zur folge, das die installierte leistung der zufallsstromerzeuger und der methanisierungsanlagen massiv ausgebaut werden müssen (wenn der speicher leer ist, dann muss dieser in kürzester zeit wieder gefüllt werden!)

Kommentare sind geschlossen.