Windenergie-Analyse 2006-2017

Vorbemerkungen

Der Beitrag zeigt die Ergebnisse einer Untersuchung von markanten Daten der Nutzung der Windenergie. Dies für den Zeitraum von 2006 bis 2017. Die analysierten Werte sind die „Installierten Leistungen“, die Viertelstunden-Leistungswerte der monatlichen Höchstwerte (maximale Werte) und der monatlichen Niedrigstwerte (minimale Werte). Die Daten werden von der „EEX-Strombörse Leipzig“ und vom „Verband der europäischen Übertragungs-Netzbetreiber – Entsoe, Brüssel“ veröffentlicht. Insoweit sind die Daten verlässlich.

Aus den genannten Quellen werden Daten-Zusammenfassungen in jüngerer Zeit von „Vernunftkraft – Landesverband Hessen, Verfasser Rolf Schuster“ zur Verfügung gestellt. Insbesondere wird die Veröffentlichung über den Monat Dezember 2017 genutzt. Davor hat der Verfasser Wagner direkt die Daten bei EEX und die installierten Leistungen auch bei Fraunhofer-IWES, Kassel, abfragen können (Internet).

Die Analyse umfasst die Onshore-Anlagen (Anlagen auf dem Festland) und Offshore-Anlagen (Anlagen in Nord- und Ostsee), letztere werden seit 2009 errichtet und betrieben.

Dimensionen:

Leistung:
1 MW (Megawatt) = 1.000 kW (Kilowatt).
Strom-Erzeugung:
1 GWh (Gigawattstunde) = 1.000 MWh (Megawattstunde) = 1 Mio. kWh (Kilowattstunden).
Volllaststundenzahl h/a (Stunden pro Jahr).

1. Betriebsergebnisse 2017

Leistung, Erzeugung, Volllaststundenzahl

Ende 2017 betrug die installierte Leistung aller Windkraft-Anlagen etwa 55.039 MW. Die Stromerzeugung betrug etwa 104.671 GWh. Das ergibt eine Volllaststundenzahl von 1.902 h/a. Dieser Jahres-Wert ist der bisher höchste aufgetretene Wert in den Jahren 2006 bis 2017.

Maximal-Leistung
Die höchste monatlich abgegebene Leistung (maximale Leistung) wurde im Oktober mit 39.740 MW erreicht. Das ist auch der höchste Wert seit 2006. Er entspricht 74 % der installierten Leistung im Oktober (53.591 MW). Im bisher jemals aufgetretenen windenergie-stärksten Monat – Dezember 2017 – lag der Höchstwert der abgegebenen Leistung mit 38.529 MW etwas niedriger.

Minimal-Leistung
Der geringste Wert der monatlich minimalen Leistungen trat im Juli auf – 158 MW, der Höchstwert im Dezember mit 1.293 MW. Das waren 0,3 % bzw. 2,3 % der jeweils installierten Monats-Leistungen. Diese Leistungen sind maßgebend für die Beurteilung der Zuverlässigkeit der Stromerzeugung aus Windanlagen für die gesamte Stromversorgung in Deutschland.

2. Gesamtergebnisse 2006 bis 2017

Diagramm 1

Im Diagramm 1 sind die Monats-Daten der Jahre 2006 bis 2017 dargestellt:
Installierte Leistungen,
Maximale abgegebene Leistungen,
Minimal aufgetretene Leistungen als
Viertel-Stunden-Mittelwerte und als Jahreswerte die
Strom-Erzeugungen und die sich aus der Strom-Erzeugung und der Installierten Leistung zum Ende des Berichtsjahres als Quotient ermittelbare
Volllaststundenzahlen (Fachbegriff Ausnutzungsdauer).

Installierte Leistungen
Im Jahr 2006 waren Windanlagen mit etwa 20.000 MW maximal möglicher Abgabe-Leistung in Betrieb. Bis 2014 ist ein gleichmäßiger Anstieg des Anlagen-Zubaus erkennbar. Ende 2014 ist ein erheblicher Anstieg aufgetreten, was mit veränderten Vergütungen der Strom-Einspeisungen in Zusammenhang steht. Seit dieser Zeit ist der Trend des Zubaus höher als vordem – ist an den Steigungen der Trends erkennbar. Allein im Jahr 2017 betrug der Anlagenzubau gegenüber Ende 2016 etwa 5545 MW. Dieser Anstieg ist auf erneute Änderungen der Genehmigungs- und Vergütungs-Prozeduren zurückzuführen.

Maximale Leistungen
Im Diagramm 1 sind die wetterabhängigen erzielbaren Leistungen erkennbar. Tiefste maximale Leistungen treten in den Sommer-Monaten auf. Höchstwerte werden typisch in den Herbst- und Winter-Monaten erreicht. Die Schwankungen der abgegebenen Leistungen sind ersichtlich sehr groß. Daraus ergibt sich der zusätzliche Leistungsbedarf, der aus anderen, konventionellen Kraftwerken, mit planbaren Betriebsleistungen, bereitgestellt werden muss.

Andere Kraftwerksarten, mit erneuerbaren Energien betrieben, können diese Schwankungen nicht ausgleichen. Die Photovoltaik-Anlagen verschärfen die Versorgungsprobleme zusätzlich. Allein die „große Wasserkraft“ (meist nicht EEG-Anlagen) vermag generell planbare Leistungen bereitzustellen. Ebenso ist dies für Anlagen der Müll-Verbrennung und der Biomasse-Anlagen festzustellen.

Minimal-Leistung
Ein extremer Wert der monatlichen minimalen Leistungen ergab sich im Juli 2017 mit 158 MW. Die „größte“ minimale Leistung trat im Dezember 2017 mit 1.293 MW auf. Die Werte im November 2016 mit 1.331 MW und im Dezember 2015 mit 1.308 MW lagen gering höher. Das ist auffällig, da der Dezember 2017 historisch der stärkste Energie-Windmonat war.

Die monatlichen Minimalwerte verharren auf einem sehr niedrigen Niveau, im Diagramm 1 ersichtlich als braune untere Linie. Der Mittelwert aller Monate in den Jahren 2006 bis 2017 beträgt nur 292 MW.

Historisch niedrigste Werte wurden registriert:
November 2015 mit 93 MW,
Juli 2014 mit 24 MW, wobei im Jahr 2014 weitere Monats-Tiefstwerte auftraten – 35, 61, 62, 78 MW,
Oktober 2011 mit 90 MW,
Juni 2009 mit 75 MW,
April 2006 mit 69 MW.

Die minimalen Leistungen sind gleichbedeutend mit der Gesicherten Leistung. Diese Kenngröße ist Maß für den möglichen Ersatz von konventioneller Kraftwerks-Leistung. Als Prozentwert (Durchschnitts-Wert 292 MW bezogen auf die installierte Windanlagen-Leistung 55.039 MW) ergibt sich 0,5 %.

Volllaststunden
Der Volllaststunden-Mittelwert für die Jahre 2006 bis 2017 beträgt 1.573 h/a. 2017 war demnach mit 1.902 h/a ein sehr starkes Windjahr. Zu beachten ist, dass die Ermittlung der Volllaststundenzahlen, üblich immer auf den Höchstwert der installierten Leistung zu einem Jahresende erfolgt. Diese Rechen-Methode kann kritisiert werden. Eine Berechnung, z. B. bei Berücksichtigung des Zubaus während eines Jahres, bringt keinen erheblichen Erkenntnisgewinn. Der „Fehler“ nimmt mit dem Zuwachs des Anlagenbaues im Laufe der Jahre ab.

3. Trends der Leistungs-Entwicklungen

Im Diagramm 1 sind die Trendlinien für die „Installierten Leistungen“ (schwarze Linie) und die „Maximalen monatlichen Viertelstunden-Leistungen“ (rote Linie) eingezeichnet. Es zeigt sich eine auffallende Spreizung der Trendlinien. Eigentlich müsste man von einer Parallelität der Linien ausgehen können.

Ursachen für das Auseinanderlaufen der Trendlinien können sein:

• Der Anlagen-Zubau erstreckt sich immer mehr in Schwach-Wind- Gebiete.
• Die Wind-Ergiebigkeiten (Natur) sind grundsätzlich fallend. Wobei das Berichtsjahr 2017 sich positiv abhebt. – Die Haupt-Windrichtungen (Natur) haben sich in ihrer Häufigkeit zeitweise bedeutsam geändert.
• Die gegenseitige – negative – Beeinflussungen der Windanlagen in Parks haben sich durch Zubauten vergrößert; die Anlagen stehen zu nahe beieinander (Park-Wirkungsgrad).
• Die technische Anlagen-Verfügbarkeit ist abnehmend, wegen Alterung der Anlagen.
• Die Anlagen müssen wegen insgesamt nicht benötigter Leistung der Verbraucher, zunehmend mit geringerer Leistung betrieben werden. In der Folge sind Absteuerungen/Abregelungen durch Vorgaben der Netzbetreiber notwendig. Es entsteht auch der Effekt der „Negativen Strompreise“ an der Börse. Das EEG sieht für diese Situationen eine Weiterzahlung für den „Nicht-Produzierten Strom“ bzw. den „Nicht-benötigten Strom“ vor!

Diese „Strommengen“ werden theoretisch durch die Anlagen-Betreiber berechnet und den Normal-Stromkunden in Rechnung gestellt!

4. Offshore- und Onshore-Windanlagen

Die Offshore-Anlagen (seit August 2009 mit steigender Anlagenzahl in Betrieb) zeigen noch keinen wirksamen Einfluss auf eine durchschnittliche „Erhöhung“ der Minimalwerte. Die installierte Leistung in Nord- und Ostsee betrug Ende 2017 etwa 4.500 MW. Das Diagramm 2 zeigt die Werte für den Monat Dezember 2017. Der Verlauf der Viertelstunden-Leistungs-Mittelwerte zeigt auffällige minimale Werte für den 2. Dezember, den 17./18. Dezember und den 20. Dezember. Daraus ergibt sich, dass die Offshore-Anlagen ebenfalls „Windflauten“ erleben, wie es aus dem Onshore-Bereich bekannt ist.

Diagramm 2

Das Diagramm 3 zeigt die addierten Leistungswerte für die Onshore- und Offshore-Anlagen, die die vorgenannten Naturgegebenheiten belegen. Eindeutig sind die fast identischen Leistungsverläufe von maximalen und minimalen Leistungen ersichtlich. Daraus ist abzuleiten, dass die Windgeschwindigkeiten, sowohl „offshore“ als auch „onshore“ nicht grundsätzlich und dauerhaft voneinander abweichen. Die Wind-Verteilung erfolgt großflächig über ganz Deutschland (und Europa, wie sich zeigen lässt). Offshore-Wind kann demnach nicht generell windschwache Situationen auf dem Festland kompensieren. Der Berichtsmonat Dezember 2017 ist diesbezüglich keine Besonderheit.

Diagramm 3

5. Beitrag der Wind- und PV-Anlagen zur Bedarfsdeckung

Im Diagramm 4 sind für den Monat Dezember 2017 die abgegebenen Leistungen aus den Wind- und PV-Anlagen (blaue bzw. gelbe Flächen) einerseits, dem Verlauf des Leistungsbedarfs (braune Fläche) andererseits für Deutschland gegenübergestellt. Es zeigen sich erhebliche Differenzen zwischen den natürlich auftretenden Wind- und PV-Leistungen und den gesamten Leistungs-Anforderungen. Augenfällig sind die Minimalwerte von Wind– und PV-Leistungen. Auch eine Verzichfachung der Wind- und PV-Anlagen kann dem gezeigten Defizit nicht abhelfen. Es kommen noch andere, technische Erschwernisse hinzu, z. B. die elektrische Netzstabilität, eine Voraussetzung für den Betrieb der EEG-Anlagen überhaupt, kann nach Lage der Dinge nur durch konventionelle Kraftwerke sichergestellt werden.

Diagramm 4

6. Strombörse, Negative Strompreise

Die volkswirtschaftliche Absurdität der Bildung von sog. „Negativen Strompreisen“ an der Strombörse wird im Diagramm 5 ersichtlich. Strom, der nicht in Deutschland gebraucht wird, muss exportiert werden, um die elektrische Netzstabilität sicher zu stellen. Diese Strommengen werden nicht nur kostenlos abgegeben, sondern zusätzlich mit einer Prämie versehen, um überhaupt Abnehmer zu finden. Üblicherweise sind die Abnehmer, Betreiber von Pumpspeicher-Kraftwerken in den Nachbar-Staaten. Der Strom wird als „Pumpstrom“ eingesetzt, zur Füllung der Oberbecken mit Wasser. In Spitzenbedarfszeiten in Deutschland wird der (sog. veredelte) Strom zurückgekauft (echt gekauft!).

Das Diagramm 5 verdeutlicht, dass nur bei großen Wind- und PV-Strom-Aufkommen negative Strompreise entstehen, blaue Flächen in den roten Flächen.

Diagramm 5

Resümee

Diese Analyse belegt, dass es illusorisch ist, mit der Nutzung von Wind- und Sonnen-Energie allein, eine bedarfsgerechte, sichere und preiswerte Stromversorgung zu realisieren. Auf die katastrophalen Folgen der Errichtung besonders von Windanlagen und Sonnenanlagen (diese auf Acker- und Weideflächen) für alle Kreaturen ist hinzuweisen.