Nachhaltiger Umgang mit überschüssigen Windstromanteilen – Vorstudie

Die potentielle Stromerzeugung aus den bis zum 30.06.2010 in Deutschland installierten Windenergieanlagen (26,4 GW) beträgt laut Deutschem Windenergie Institut (dewi) etwa 47,9 Mrd. kWh, Tendenz steigend.

(WK-intern) – Für die Zukunft ist von einem verstärkten Ausbau der Windenergie auszugehen, um die politischen Klimaschutzziele zu erreichen. Legt man die aktuelle „Leitstudie 2010“ (Szenario A) des Bundesumweltministeriums zugrunde, so wird die Windenergie im Jahr 2030 (2050) mit rund 182 TWh (261 TWh) zur Stromerzeugung beitragen und ihren Ertrag im Vergleich zu heute um einen Faktor 3,8 (5,4) steigern.

Der größte Zuwachs der Windenergie wird dabei zum einen über das Repowering und zum anderen über die Erschließung der offshore Windpotenziale erwartet. Damit vergrößern sich perspektivisch die Entfernungen zwischen den Schwerpunkten der Stromerzeugung aus Windenergie (vornehmlich im Norden bzw. der Küste vorgelagert) und den Verbrauchszentren (vornehmlich in NRW und Süddeutschland). Vor diesem Hintergrund stellt sich die zentrale Frage, mit welchen technischen und strukturellen Maßnahmen ein Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage am besten herbeigeführt werden kann.

Das Ziel dieser Untersuchung ist, folgende Leitfragen zu beantworten:

• In welchem Umfang (Höhe und Häufigkeit sowie zeitliche und räumliche Verteilung) ist bis zum Jahr 2030 (plus Ausblick bis 2050) mit temporären Überschüssen an Windstrom in Deutschland bzw. im deutschen Stromnetz zu rechnen?
• Welche Auswirkungen kann diese Entwicklung auf das gesamte elektrische Energiesystem (insbesondere Stromnetz) haben?
• Welche Lösungsoptionen stehen wann und in welchem Umfang für den künftigen Umgang mit hohen Windstromanteilen bzw. auftretenden Windstromüberschüssen zur Verfügung?
• Welche spezifischen Vor- und Nachteile ergeben sich bei einer stark stromorientierten Vorgehensweise, wie sie bisher verfolgt wird, im Vergleich zu einer stärkeren Einbeziehung von Speicher-, Ausgleichs- und Regeloptionen, die z. B. auf Wasserstoff basieren?
• Wie schneiden die verschiedenen Optionen in den drei Nachhaltigkeitsdimensionen Ökologie, Ökonomie und Gesellschaft ab?
• Welche Strategien lassen sich darauf aufbauend für einen nachhaltigen Umgang mit Windstromüberschüssen ableiten?
• Welche offenen Fragen bezogen auf einen nachhaltigen Umgang mit Windstromüberschüssen bleiben bestehen oder tauchen auf?

Windstromüberschüsse

Bevor auf die Herausforderungen durch „Windstromüberschüsse“ eingegangen wird, wird dieser Begriff zunächst erläutert, da es hierzu (noch) keine einheitlichen Definitionen gibt. Dabei werden in dieser Studie zwei Arten unterschieden,

• regionale Windstromüberschüsse, wenn vor Ort das Windstromangebot die Last übersteigt und es Netzengpässe gibt und
• windbedingte negative Residuallasten50 wenn die Gesamte Windstromeinspeisung größer ist als die Gesamtlast.

Die regionalen Windstromüberschüsse treten bereits seit einigen Jahren vor allem im Norden Deutschlands auf, wo große installierte Windenergieleistungen auf relativ geringe Last relativ schwache Netze treffen. Zu den „Gegenmaßnahmen“ gehört dann u. a. die Reduzierung der Einspeiseleistung aus Windenergieanlagen (Abregelung) im Rahmen des EEG-Einspeisemanagements, die seit 2007 jedes Jahr stetig und zuletzt (von 2010 auf 2011 um 200 %) sehr stark zugenommen hat. Die abgeregelten Energiemengen haben zwar bisher nur einen geringen Anteil an dem insgesamt eingespeisten Windstrom. Dies kann sich jedoch schon bald ändern, wenn der Ausbau der Windenergie schneller stattfindet als der Ausbau der Stromnetze oder die Umsetzung anderer Lösungen.

Die zweite Art, die windbedingten negativen Residuallasten, spielt in Deutschland noch keine Rolle. Dies wird sich nach eigenen Berechnungen auf der Basis der Leitstudie 2010 voraussichtlich erst ab dem Jahr 2030, danach aber stark zunehmend, ändern. Bei schneller voranschreitendem Windenergieausbau, wie sie insbesondere das NEP-Szenario C vorsieht, könnten windbedingte negative Residuallasten allerdings auch schon vor dem Jahr 2030 auftreten.

In Ergänzung zur Definition und Erfassung von Windstromüberschüssen werden die bereits bestehenden sowie die absehbaren systemtechnischen Auswirkungen auf den Stromsektor dargestellt Da die Windstromüberschüsse selber nur ein Symptom des Windenergiezubaus in Relation zum Gesamtsystem darstellen, werden hohe Leistungs- bzw. Stromanteile von Windenergie als Ursache für die Auswirkungen betrachtet. Insgesamt werden die folgenden fünf zentralen Problemfelder identifiziert: Überschüsse, Gradienten, Unterversorgung, Systemstabilität im Fehlerfall und Regelleistung für Systemstabilität.

Im Hinblick auf die zuvor abgeleiteten fünf zentralen Problemfelder werden geeignete oder als geeignet angesehene Flexibilisierungsoptionen ermittelt und erläutert. Hierzu gehören zum einen sowohl Technologien als auch Betriebsstrategien und zum anderen sowohl erprobte, in Erprobung befindliche als auch (noch) unerprobte technische Lösungen. Lösungen mit Schwerpunkt Energiemarkt (z.B. Marktregeln und –design) sind dagegen nicht Gegenstand dieser Untersuchung. Die Identifikation und Erläuterung der Flexibilisierungsoptionen erfolgte hauptsächlich anhand einschlägiger Literatur sowie eigenem Expertenwissen.

Endbericht

Auftraggeber/Förderer:
Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

Studie: Wuppertal Institut