Was ist die Dunkelflaute?

Definition

Die Dunkelflaute ist ein sogenanntes Kofferwort, sie bezeichnet das gleichzeitige Auftreten von Dunkelheit und Windflaute. Die volatilen Energieträger Wind und Sonne können zu diesem Zeitpunkt kaum bis keine Energie erzeugen. Die Dunkelflaute tritt in Deutschland meist in den Wintermonaten bei hohem Strombedarf auf und kann durchaus mehrere Tage andauern. Dieser Zustand wird auch als kalte Dunkelflaute bezeichnet. 

Folgt man der Argumentation der konventionellen Energieversorger, kann die durch den Ausfall von Wind- und Solarenergie entstehende Lücke in der Energieversorgung nur durch Kohle- und Gaskraftwerke geschlossen werden. Vertreter der Energiewende kontern, dass schon heute Konzepte existieren, die eine Überbrückung von Dunkelflauten auch ohne den Einsatz von konventionellen Kraftwerken in Zukunft gewährleisten können. Die grundsätzliche Frage dabei ist, wie viele Kilowattstunden die Erneuerbaren Energien ohne Strom aus Wind und Sonne bereitstellen müssen, um das Stromnetz und die Energieversorgung aus eigener Kraft am Laufen zu halten.

Die Dunkelflaute im Januar 2017

Zwischen dem 16. und dem 25. Januar 2017 war das Wetter in Deutschland von Nebel und Windstille geprägt. Windenergie- und Solaranlagen mit einer gemeinsamen Leistung von 91 GW speisten lediglich etwa 4,6 GW ins Stromnetz ein – der Stromverbrauch betrug jedoch ca. 63,1 GW. Die konventionellen Kraftwerke mussten daher einen Großteil des deutschen Strombedarfs decken; am 24. Januar betrug der Anteil der konventionellen Kraftwerke an der Stromeinspeisung sogar über 90 Prozent.

Das deutsche Stromnetz war aber auch in dieser langanhaltenden Dunkelflauten-Phase nicht durch einen Blackout gefährdet: Selbst am 24. Januar exportierte Deutschland Strom ins Ausland und auch die wetterunabhängigen Gaskraftwerke waren mit einer eingesetzten Leistung von 10 GW noch weit von ihrem Einspeisemaximum von bis zu 28 GW entfernt. Die Gaskraftwerke allein hätten den gesamten deutschen Strombedarf laut einer Studie von Energy Brainpool ohnehin nicht decken können; hierzu wäre eine installierte Leistung von insgesamt 67 GW nötig. 

Die Dunkelflaute – ein unüberwindbares Hindernis für die Erneuerbaren Energien?

Es ist mittlerweile Tradition: In den dunklen und nebelreichen Wintermonaten wird das mediale Schreckgespenst der Dunkelflaute auf die Titelseiten gehoben. Tatsächlich tritt etwa alle zwei Jahre eine extreme Dunkelflaute auf; während derer bis zu zwei Wochen kaum Strom aus Wind- und Solaranlagen kommt. Zwar ist dies durchaus problematisch, doch sind konventionelle Kraftwerke, vor allem Kohle- und Ölkraftwerke, wirklich noch zur Überbrückung der Dunkelflaute nötig?

Geht es nach Betreibern von konventionellen Kraftwerken, sind Lücken in der Energieversorgung oder ein Blackout nur durch den Weiterbetrieb der alten Großanlagen zu verhindern. Sie fordern regulatorische Rahmenbedingungen, welche Flexibilität aus konventionellen Kraftwerken wieder rentabel machen sollen: Die Marktpreise liegen aktuell bei 20 Euro pro MWh – zu wenig, um beispielsweise mit einem Braunkohlekraftwerk Gewinne zu erzielen.

Als mögliche Abhilfe bieten die konventionell Betreiber daher die sogenannte Sicherheitsbereitschaft an: Nach dieser sollen eigentlich stillgelegte Braunkohlekraftwerke gegen Bezahlung in Bereitschaft gehalten werden, um im Bedarfsfall innerhalb von zehn Tagen hochfahren zu können – nichts für kurzfristige Engpässe.

Konzepte der Erneuerbaren Energien zur Überbrückung der Dunkelflaute

Unbestritten: Die Versorgungslücke durch Dunkelflauten ist eine Herausforderung für das Stromnetz und die Erneuerbaren Energien, welche diese nach derzeitigem Stand noch nicht allein bewältigen können. Es gibt aber Konzepte, die eine wirksame Absicherung gegen wetterbedingte Lücken in der Energieversorgung auch ohne die Hilfe der konventionellen Stromerzeuger möglich machen: 

Überstaatlicher Netzausbau

Um Versorgungsengpässe bei einer Dunkelflaute überbrücken zu können, wäre eine großräumige Vernetzung der erneuerbaren Stromerzeuger über Wetter- und Ländergrenzen optimal. Eine Stromübertragung auch über große Strecken ohne signifikanten Energieverlust ist bereits möglich – der Erfolg des überstaatlichen Netzausbaus hängt aber von der Zusammenarbeit der Staaten ab. Besonders geeignet für die Stromübertragung über lange Strecken ist Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), welche im Vergleich zu konventionellen Wechselstromleitungen deutlich ärmer an Übertragungsverlusten ist. In Europa sind HGÜ-Leitungen bisher vor allem für Unterseeverbindungen sowie bei der Anbindung von Off-Shore-Windparks im Einsatz. Zur wirksamen Dunkelflauten-Bekämpfung wäre beispielsweise eine Integration der großen, wetterunabhängigen Wasserkraftwerke in Österreich und Norwegen über HGÜ-Leitungen ins deutsche Stromnetz denkbar und sinnvoll. 

Bioenergie

Nicht zu vernachlässigendes Potential steckt auch in Bioenergieanlagen, die wetterunabhängig einen Beitrag zur Überbrückung der Dunkelflaute leisten können. Jedoch sind Biogas- und Biomasseanlagen nicht allein in der Lage, eine Dunkelflaute zu überbrücken: Gemeinsam produzieren sie momentan bundesweit 6,7 GW Strom, während der Durchschnittsverbrauch mit Werten zwischen 70 und 80 GW deutlich darüber liegt. 

Netzersatzanlagen

Netzersatzanlagen, auch Notstromaggregate genannt, sind derzeit in Deutschland mit einer Gesamtleistung von 10.000 bis 20.000 MW installiert. Heute schon werden bereits 500 bis 1.000 MW aus Netzersatzanlagen in Virtuellen Kraftwerken zum Ausgleich von Netzfrequenzschwankungen genutzt. Die ständig in Bereitschaft gehaltenen Generatoren können binnen kürzester Zeit ihre volle Leistung ins Stromnetz einspeisen und so einfach und reaktionsschnell die Versorgungslücken überbrücken. Zusätzlich ist die Erschließung der Potentiale aus Netzersatzanlagen mit niedrigen Investitionskosten verbunden – die Betriebskosten sind allerdings, auch im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken, hoch.

Variable Stromtarife und Demand Side Management

Die Flexibilisierung der Verbraucherseite stellt eine zusätzliche Möglichkeit dar, um Stromversorgungslücken in Dunkelflauten zu minimieren: Mit variablen Stromtarifen werden Anreize geschaffen, die Stromnachfrage von teuren Stunden, in denen Stromknappheit herrscht, in günstige Stunden zu verlegen, in denen reichlich Strom vorhanden ist. Dies ist nicht nur ökonomisch für die Verbraucher sinnvoll, sondern es wirkt sich auch positiv auf die Stabilität des gesamten Stromnetzes aus. Strom wird dann verbraucht, wenn er reichlich vorhanden und günstig ist – in stromarmen und daher teuren Zeiten, wie beispielweise während einer Dunkelflaute, reduzieren Stromverbraucher freiwillig und ökonomisch motiviert ihre Nachfrage. 

Power-to-Gas- und Power-to-Heat-Anlagen

Große Potentiale bieten Power-to-Gas (P2G) und Power-to-Heat (PTH)-Anlagen, die flexibel günstige überschüssige Wind- oder Solarenergie in Form von Wasserstoff oder thermischer Energie speichern können. Nach der Studie von Energy Brainpool im Auftrag von Greenpeace Energy sind, neben Gaskraftwerken, Elektrolyseure mit einer Gesamtleistung von 42,7 GW notwendig, um die Versorgungssicherheit auch während längerer Dunkelflauten zu erhalten. Power-to-Gas-Anlagen haben so zwar Potential zur Versorgungssicherheit beizutragen, jedoch scheitert es heute noch an den regulatorischen Rahmenbedingungen. Zusätzlich legt die Bundesregierung bis 2030 keinen Technologiefokus auf P2G-Lösungen zur Überbrückung von Dunkelflauten, vielmehr ist eine Nutzung in Projekten zur Sektorkopplung im Verkehrssektor angedacht.

Batteriespeicher

Batteriespeicher können ebenfalls zu einer Überbrückung der Dunkelflaute beitragen, in einigen Pilotprojekten werden Großspeicher mit mehreren Megawatt Kapazität realisiert. Batteriespeicher dieser Größenordnung sind jedoch mit hohen Investitionskosten verbunden. Nach konservativen Hochrechnungen von r2b energy consulting GmbH im Auftrag von Next Kraftwerke wird bis 2020 mit einem Ausbau von stationären Batteriespeichern auf ca. 300 MW gerechnet, zusätzliche Kapazitäten könnte die im Aufbau befindliche Elektromobilität bieten.

Fazit: Die Dunkelflaute kann „unkonventionell“ überwunden werden

Durch eine Kombination der verschiedenen, vorgestellten Strategien kann der Einsatz von konventionellen Kraftwerken im Fall einer Dunkelflaute zukünftig überflüssig werden. Jedoch müssen dazu konsequent Flexibilisierungsoptionen ausgebaut werden. Nach heutigem Stand ist dies noch nicht vollständig realisierbar. Entscheidend ist daher die politische Unterstützung der vorgestellten Konzepte zur Versorgungssicherheit, insbesondere durch internationalen Netzausbau und das Vorantreiben tragfähiger Konzepten im Power-to-Gas-Bereich. Wenn es genügend Möglichkeiten gibt, den von Sonne und Wind in guten Zeiten erzeugten Überschussstrom zwischenzuspeichern, können konventionelle Energieträger auch in den mageren Zeiten einer Dunkelflaute überflüssig werden.