Keine Angst vor der Dunkelflaute

5. April 2022

Sonya Harrison

AktuellesTagged Dunkelflaute, Solarstrom, Wasserstoff, Windenergie

Ein Beitrag von Ralf Bischof

Henrik Paulitz behauptet in einem Kurzbeitrag, dass die breite Nutzung von Wind- und Solarstrom zu Deindustrialisierung und Verarmung führt.[1] Das ist falsch. Der als Dunkelflaute umschriebene Umstand ist entgegen seiner Darstellung weder verkannt noch verdrängt worden. Leprich beschreibt die zahlreichen gesetzlichen Mechanismen zur Gewährleistung der Stromversorgungssicherheit ausführlich.[2] Es stimmt auch nicht, dass aktuell keine konventionellen Ersatzkapazitäten gebaut würden: Die Bundesnetzagentur listet 3.633 MW im Zeitraum 2021-2024 auf.[3]. Aber natürlich ist das Ziel eine vollständig auf Erneuerbare Energien (EE) basierende Versorgung. Grundlegend falsch ist dabei das Bild von Paulitz „,dass die Wind- und Solaranlagen zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit einen vollständigen Backup-Kraftwerkspark benötigen“. Richtig formuliert wäre: Die Nachfrage muss jederzeit mit dargebotsunabhängiger Kapazität gedeckt werden können.

Aktuell beträgt die maximale Last in Deutschland rund 83 Gigawatt (GW).[4] Diese stündliche Spitze lässt sich bereits durch Lastmanagement und Kurzfristspeicher wie Pumpspeicherkraftwerke (9,8 GW), stationäre Batterien (> 0,6 GW) und in Zukunft den Batterien in Elektrofahrzeugen deutlich abschleifen. Das Potenzial für Lastmanagement beträgt deutlich mehr als die von Paulitz genannten 5 GW.[5]

Für den geglätteten Bedarf stehen nicht nur Sonne und Wind, sondern auch Wasserkraft (3,2 GW) und Biomasse (10,4 GW) zur Verfügung. Aktuell werden jährlich rund 50 Terawattstunden (TWh) Strom aus verschieden Biomasseformen bereitgestellt. Langfristig wird man bei gleichem Aufkommen durch Reduzierung der Volllaststunden daraus mehr als 20 GW Kapazität bereitstellen können.

Weiterhin unterschlägt Paulitz, dass Deutschland ein zentraler Bestandteil des europäischen Strommarkts ist. Lastspitzen, Dunkelflauten und Kraftwerksausfälle treten nicht in allen Ländern zeitgleich auf. Es bestehen deutliche Ausgleichseffekte, die 10% und mehr der Jahreshöchstlasten entsprechen.[6]

Ferner ist der gezielte Austausch von Strom aus Speicherwasserkraft zur Optimierung der inländischen Erzeugung seit über 90 Jahren Praxis.[7] Die Entwicklung der Hochspannungsgleichstromübertragung macht neben den alpinen auch die skandinavischen Wasserkräfte zugänglich. Die Stauseen im nordischen Strommarkt können über 120 TWh Energie speichern.[8] Das entspricht etwa zweieinhalb Monaten des deutschen Stromverbrauchs! Allein Norwegen könnte 11 bis 19 GW zusätzliche Leistung bereitstellen.[9] Eine erste Direktleitung nach Norddeutschland mit 1,4 GW Kapazität wurde 2021 in Betrieb genommen.[10]

Die Ausgleichseffekte- und Synergieeffekte sind der Grund, warum der Netzausbau entgegen der Darstellung von Paulitz sehr wohl bei „Dunkelflauten in Deutschland“ hilft. Letztlich reduziert sich die noch zu deckende Leistung auf etwa die Hälfte der Jahreshöchstlast. Erst jetzt kommen neue Langfristspeicher („grüne Moleküle“) ins Spiel.

Auch hier verwundert das Verdikt von Paulitz, „dass es die jahrzehntelang versprochenen Langzeitspeicher (Wasserstoff) schlichtweg nicht gibt“. Richtig ist vielmehr, dass die chemische Industrie das Handling von Wasserstoff seit Jahrzehnten beherrscht. Die existierende Erdgasinfrastruktur ist für die Umstellung auf Wasserstoff gut geeignet. Auch an Pilotprojekten fehlt es nicht.[11] Und fast jede Woche werden neue Projekte angekündigt.

Hätte man schon vor Jahrzehnten mit der großtechnischen Nutzung von grünem Wasserstoff beginnen müssen, wie Paulitz insinuiert? Sicher nicht, denn bisher gibt es kaum Stromüberschüsse die man dafür sinnvoll verwenden könnte. Ein guter Indikator sind negative Preise am Spotmarkt. 2021 gab es sie nur in 139 Stunden bei einem mittleren Angebotsüberhang von 1.629 MW. [12] Das entspricht weniger als einem halben Promille des Stromverbrauchs. Es ist also vollkommen richtig, aktuell noch den Schwerpunkt auf den Zubau von Solar- und Windkraft zu legen.

Unbestritten ist, dass wir mittelfristig Langfristspeicher benötigen. Der Umfang ist aber überschaubar. Eine aktuelle Studie ermittelte den Speicherbedarf für eine zu 100% auf EE basierende Stromversorgung zu 56 TWh, davon 54,8 TWh in Form von Wasserstoff.[13] Zur Einordnung: Ende 2020 betrug das Arbeitsgasvolumen in den deutschen Untergrundspeichern für Erdgas rund 275 TWh.[14] In Form von reinem Wasserstoff wären dort mindestens 35 TWh lagerbar.[15] Weitere Kavernenspeicher können in reichlich vorhandenen Salzstöcken geschaffen werden.

Es ist auch richtig, dass für die Dekarbonisierung des Wärme-, Mobilitäts- und Industriebereich Anstrengungen in ähnlicher Höhe wie für den Elektrizitätssektor notwendig sind. Abgesehen davon, dass dies sehr wohl auch durch Importe von „grünen Elektronen“ und „grünen Molekülen“ erfolgen kann, sagt Paulitz nicht, was die Alternative zu diesen volkswirtschaftlichen Anstrengungen wäre. Sein Vorschlag einer Kombination „Erneuerbare und Atomkraftwerke“ erspart uns jedenfalls nicht den Aufwand für Netzausbau und Speicher. Die weit über 100 notwendigen Atomkraftwerke würden in der Grundlast betrieben und zu Schwachlastzeiten Überschüsse produziere – die gespeichert oder exportiert werden müsste. Zu Starklastzeiten müssten die Verbrauchsspitzen aus Speichern oder durch Importe gedeckt werden. Und da die starre Fahrweise überhaupt nicht zum fluktuierenden Angebot von Sonne und Wind passt, würde man ihren Ausbau in diesem Szenario wohl eher minimieren.

[1] Paulitz, Henrik (2022): Energiewende führt zu StromMangelWirtschaft, De-Industrialisierungs-Effekten und Teil-Verarmung, in ZNER 2/22

[2] Leprich, Uwe (2021): Stromlücke die Zweite?, in ZNER 5/21

[3] Bundesnetzagentur; Bundeskartellamt (2021): Monitoringbericht 2021, Stand: 15. März 2022. Soweit nicht anders angegeben beziehen sich die Kapazitätsangaben im Folgenden auch auf diese Quelle.

[4] Amprion, 50Hertz, TenneT, TransnetBW (2021): Abschlussbericht Systemanalysen 2021

[5] Amprion, 50Hertz, TenneT, TransnetBW (2022): Szenariorahmen zum Netzentwicklungsplan Strom 2037 mit Ausblick 2045, Version 2023

[6] r2b energy consulting, Consentec, Fraunhofer ISI, TEP Energy (2021): Monitoring der Angemessenheit der Ressourcen an den europäischen Strommärkten

[7] Bereits 1929 vollendete RWE die rund 600 km lange Nord-Süd-Leitung vom Rheinischen Revier bis Vorarlberg, siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Nord-Süd-Leitung

[8] https://hydro-reservoir.nordpoolgroup.com/rescontent/area/rescontent.cgi, abgerufen am 23. März 2022

[9] https://www.cedren.no/english/Projects/HydroBalance/HydroBalance-pilotstudy

[10] https://www.statnett.no/en/our-projects/interconnectors/nordlink/

[11] Bundesnetzagentur; Bundeskartellamt (2021): Monitoringbericht 2021, Stand: 15. März

[12] Öko-Institut; Energy Brainpool (2022): Monitoring der Direktvermarktung – Jahresbericht 2021 & Ausblick 2022

[13] Ruhnau, Oliver; Qvist, Staffan (2021) : Storage requirements in a 100% renewable electricity system: Extreme events and inter-annual variability, ZBW – Leibniz Information Centre for Economics, Kiel, Hamburg

[14] Bundesnetzagentur; Bundeskartellamt (2021): Monitoringbericht 2021, Stand: 15. März 2022

[15] Annahmen: Nur Kavernenspeicher geeignet, relative Energiedichte Wasserstoff beträgt 20% von Erdgas.

Ralf Bischof

Ralf Bischof studierte Elektrotechnik mit Schwerpunkt Energieversorgung an der Universität Hannover. Seine berufliche Karriere begann er als Mitarbeiter von Eurosolar und Hermann Scheer. Später war er u.a. Mitgründer und Vorstand der Naturstrom AG sowie Geschäftsführer des Bundesverband WindEnergie. Von 2009 bis Ende 2021 arbeitete er in der Sparte für Erneuerbare Energien eines deutschen Energiekonzerns. Seit Anfang 2022 ist er als selbstständiger Berater unter anderem auch für WestfalenWIND aktiv.

Neue Studie: Grüner Wasserstoff aus Deutschland beflügelt Klimaschutz und Volkswirtschaft

3. November 2020

Sonya Harrison

AktuellesTagged Arbeitsplätze, Energiepolitik, Klimaschutz, Studie, Wasserstoff, wertschöpfung LEE

Deutschlands Klimaschutzstrategie baut auf den Einsatz von grünem Wasserstoff aus erneuerbaren Energien. Doch wo soll der Wasserstoff herkommen, aus heimischer Produktion oder importiert aus dem Ausland? Eine neue Studie des Wuppertal Instituts und DIW Econ schafft einen Überblick über die aktuelle Datenlage und ermittelt Wertschöpfungs- und Beschäftigungseffekte beider Strategien. Das Resümee: Es trifft nicht zu, dass importierter Wasserstoff allgemein günstiger ist, entscheidend sind je nach Herkunftsland die tatsächlich realisierbaren Strom- und Transportkosten. Wird der grüne Wasserstoff stattdessen im eigenen Land produziert, wird dies zudem eine positive Beschäftigungswirkung und Wertschöpfung entfalten. Mit der Erreichung der Klimaziele 2050 betrüge die zusätzliche Wertschöpfung bei einer stark auf die heimische Erzeugung ausgerichtete Strategie bis zu 30 Mrd. Euro im Jahr 2050 und es könnten bis zu 800.000 Arbeitsplätze geschaffen werden.

Die Studie zur „Bewertung der Vor- und Nachteile von Wasserstoffimporten im Vergleich zur heimischen Produktion“ wurde vom Bundesverband Erneuerbare Energie (BEE) und vom Landesverband Erneuerbare Energien NRW (LEE NRW) in Auftrag gegeben.

Christian Mildenberger, Geschäftsführer des LEE NRW: „Im Energieland NRW sind die Unternehmen auf die Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff angewiesen, um ihre Produktion klimaneutral zu machen. Die Studie zeigt durch ihre Gesamtbetrachtung eindrücklich auf, dass dieser besser im eigenen Land erzeugt werden sollte. Es wird zudem klar, dass H2-Importe nicht automatisch günstiger sind und die Wertschöpfungseffekte bei heimischer Produktion ein neues Wirtschaftswunder in Deutschland auslösen könnten mit Blick auf die potenziellen Arbeitsplätze. Und die Erneuerbare-Energien-Potenziale dafür sind da.“

Dr. Simone Peter, Präsidentin des Bundesverbands Erneuerbare Energie (BEE): „Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie haben wir in Deutschland bisher nur beschlossen, grünen Wasserstoff in großem Stil zu konsumieren. Jetzt muss auf die Agenda, ausschließlich grünen Wasserstoff zu fördern und ihn dann auch hier zu produzieren! Die Bundesregierung muss die Blockaden lösen und entsprechende Anreize setzen, um die entsprechende Zahl von Elektrolyseuren für grünen Wasserstoff, die Infrastruktur und vor allem ausreichend Strom aus Erneuerbaren Energien im eigenen Land zu erzeugen. So werden Versorgungssicherheit, Bezahlbarkeit und Klimaschutz in der modernen Energieversorgung vereint.“

Ausgangspunkt der Untersuchung ist die neue Wasserstoffstrategie der Bundesregierung, die vor allem auf den Import des viel diskutierten Energieträgers setzt. Mit dem Import sind allerdings nicht nur hohe Unsicherheiten verbunden, auch könnte dies in den produzierenden Ländern zu unerwünschten Effekten führen, wie einer verschleppten Energiewende, wenn nicht von Anfang an die Transformation des Energiesystems vor Ort mitgedacht wird. Die Folge: Deutschland importiert grünen Wasserstoff, aber im Produktionsland fachen fossile Energieträger weiterhin den Klimawandel an. Auch besteht die Gefahr, dass wasserstoffnutzende Produktionszweige wie die Stahl- und Chemieindustrie zunehmend dahin abwandern, wo der Wasserstoff produziert wird.

„Aktuell wird zu sehr über die Kosten und zu wenig über die Notwendigkeiten und positiven Effekte der heimischen Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Energien gesprochen. Wir brauchen sie als flexibles Speicherelement für die Integration von erneuerbarem Strom sowie als Grundlage für die Dekarbonisierung der heimischen Schwerindustrie. Dadurch bieten sich für Deutschland große Chancen, sich als Vorreiter und Spezialist auf dem künftigen Weltmarkt für grünen Wasserstoff zu positionieren“, sagt Frank Merten, Co-Leiter des Forschungsbereichs Systeme und Infrastrukturen in der Abteilung Zukünftige Energie- und Industriesysteme am Wuppertal Institut und Projektkoordinator der Studie.

Dr. Yann Girard, Co-Autor der Studie und Manager beim DIW Econ, betont: „Aus Klimaschutzgründen muss der zukünftig genutzte Wasserstoff ausschließlich aus Strom aus erneuerbarer Energie gewonnen werden und damit grün sein. Die heimische Produktion von grünem Wasserstoff hat zudem ein enormes volkswirtschaftliches Potenzial mit Blick auf Wertschöpfung und Beschäftigung und sollte bei der Entscheidung, wie viel Wasserstoff aus dem Ausland importiert wird, nicht außer Acht gelassen werden.“

Kernergebnisse der Studie

Im optimistischen Szenario eines heimischen Wasserstoff-Produktionsanteils von 90% sind Wertschöpfungseffekte von bis zu maximal 30 Mrd. Euro im Jahr 2050 und bis zu mehr als 800.000 zusätzlichen Arbeitsplätzen möglich, die im direkten und indirekten Zusammenhang mit der grünen Wasserstoffproduktion stehen.
Große Synergien ergeben sich vor allem dort, wo mit zunehmendem Einsatz fluktuierender Energieträger Überschussmengen in Wasserstoff umgewandelt werden. Strom aus Onshore-Windenergieanlagen ermöglichen im Vergleich zum H2-Import zudem eine konkurrenzfähige H2-Erzeugung.
Wasserstoffimporte via Schiffstransport sind aus ökonomischen Gründen nicht sinnvoll, da diese eine energieintensive Verflüssigung voraussetzen. Die Kosten für den Transport per Schiff sind drei Mal so hoch wie beim Transport per Pipeline und rechnen sich erst ab 4.000 km Entfernung zum Produktionsland.

• Viele potenzielle Exportländer sind selbst stark abhängig von fossilen Energieträgern. In Marokko etwa machen fossile Energieträger derzeit rund 90% des Primärenergiemix aus und werden auch in 2030 noch tragende Rollen einnehmen. In solchen Regionen birgt eine stark exportorientierte Wasserstoffwirtschaft das Risiko, die Energiewende vor Ort zu verschleppen mit negativen Effekten für den Klimaschutz.

Landesverband Erneuerbare Energien