Windenergie-Nutzung, Stand 2020

Analysen für die Jahre 2006 bis 2019, Einzel-Daten bis Juni 2020

Vorbemerkungen

Dieser Beitrag setzt die Analyse für die Zeit von 2006 bis 2018 fort: «Windenergie-Nutzung – Stand 2018».

Der Beitrag „2020“ beschränkt sich auf eine kurze Darlegung der Jahresergebnisse für 2019 und weitere charakteristische Daten bis Juni 2020.

Die qualitativen Beurteilungen im Beitrag „2018“ gelten unverändert auch für das Jahr 2020. Durch den Anlagen-Zubau haben sich die Versorgungsprobleme (Sicherheit der Stromversorgung) generell verschärft. Siehe: «Wird die Energiewende zur Energiefalle – Analysen 2012 und 2020?».

Auf eine Analyse der Nutzung der Photovoltaik für die Zeit von 2009 bis 2018 wird hingewiesen: «Photovoltaik – 2009 bis 2018». Eine Aktualisierung ist in Arbeit.

Da in Deutschland die Nutzungen von Wind und Sonne politisch als ultimativ für die zukünftige Stromversorgung beurteilt werden, stehen die Analysen im Zusammenhang.

Somit stehen aktuell vier Publikationen zur Beurteilung der zukünftigen Stromversorgung aus Wind und Sonne zur Verfügung.

Auch die jüngeren Entwicklungen zeigen nicht, dass die Versorgung mit elektrischem Strom, allein mit sog. Erneuerbaren Energien gesichert werden kann. Die Windenergie-schwachen Zeiten sowie die deutlich mangelnde Verfügbarkeit der Stromerzeugung in Photovoltaik-Anlagen im Winterhalbjahr und nachts, erzwingen große Stromspeicher. Diese sind absehbar nicht vorhanden.

Die Mitte 2020 von der Bundesregierung auf den Weg gebrachte Initiative „Wasserstoff“ überzeugt nicht. Über die notwendigen riesigen Investitionen schweigt man. Verständlich ist das Industrie-Interesse, es winken Aufträge. Die Bezahlbarkeit der Endprodukte Strom und Kraftstoffe für den Normalbürger ist aufgrund der geringen Gesamt-Wirkungsgrade (Produktionsketten) von etwa 15 bis 20 % sehr kritisch zu beurteilen. Es handelt sich eher um Energie-Vernichtungs-Systeme. Preiserhöhungen auf das 5fache sind zu erwarten.

1. Daten

Die analysierten Werte der Windenergie-Nutzung sind die
„Installierten Leistungen“ und die

Viertelstunden-Leistungswerte der monatlichen Höchstwerte (Maximale-Leistung) und der monatlichen Niedrigstwerte (Minimale-Leistung) aller Windanlagen. Erstmals konnten getrennte Analysen für Onshore- und Offshore-Anlagen vorgenommen werden.

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 von „Vernunftkraft – Landesverband Hessen, Verfasser Rolf Schuster“ genutzt.
Die Werte der Stromerzeugung und der Volllaststunden (Fachbegriff: Ausnutzungsdauer) sind aus den vorgenannten veröffentlichten Werten errechnet worden.

Dimensionen:

Leistung:

1 MW (Megawatt) = 1.000 kW (Kilowatt).

Strom-Erzeugung:

1 TWh (Terawattstunde) = 1.000 GWh
1 GWh (Gigawattstunde) = 1.000 MWh (Megawattstunden) =
1 Mio. kWh (Kilowattstunden).

Volllaststundenzahl h/a (Stunden pro Jahr).

2. Stromwirtschaftliche Jahresdaten

Zur Orientierung werden die bisher aufgetretenen Jahres-Verbrauchsdaten für Deutschland genannt:
Netzhöchstlast etwa 80.000 MW,
Netztiefstlast etwa 35.000 MW,
Jahresverbrauch etwa 550.000 GWh (= 550 TWh),
Tagesbedarf etwa 1.600 GWh.

3. Betriebsergebnisse 2019

Leistung, Erzeugung, Volllaststundenzahl

Ende 2019 betrug die Installierte Leistung aller Windkraft-Anlagen 60.201 MW. Die Stromerzeugung betrug 128.029 GWh (höchster Jahreswert seit 2006). Das ergibt für 2019 eine Volllaststundenzahl von 2.127 h/a. Das ist der bisher höchste aufgetretene Wert in den Jahren 2006 bis 2019, siehe dazu die Ausführungen in Abschnitt 4.

Maximale-Leistung

Die bisher höchste monatlich abgegebene Leistung (maximale Leistung) wurde im März 2019 mit 46.513 MW erreicht. Sie entspricht 77 % der installierten Leistung. Im Jahr 2018 waren das 78 %.

Minimale-Leistung

Die aufgetretenen Minimalen-Leistungen waren im Jahresverlauf sehr unterschiedlich. Der geringste Wert der monatlichen minimalen Leistungen trat im Juli auf – 398 MW. Der Höchstwert der kleinsten monatlichen Leistung wurde im Dezember 2019 mit 3.174 MW registriert. Das waren 0,7 % bzw. 5,3 % der jeweils installierten Monats-Leistungen.

Weitere Höchstwerte der Minimal-Leistungen wurden 2019 registriert: 2.292 MW im Oktober; 1.534 MW im Mai; 1.338 MW im März; 1.238 MW im Juni. Diese sehr hohen Werte der Minimalen-Monats-Leistungen werden konterkariert durch niedrigste Werte (alle unter 100 MW in Schwachwind-Wetterlagen): 69 MW April 2006; 75 MW Juni 2009; 88 MW Juli 2011; 24 MW Juli 2014; 93 MW November 2015.

Die Minimalen-Leistungen sind maßgebend für die Beurteilung der Zuverlässigkeit der Stromerzeugung aus Windanlagen für die gesamte Stromversorgung in Deutschland. Die Stromversorgungs-Unternehmen müssen anhand dieser Werte, den Einsatz und die Verfügbarkeit ihrer konventionellen Kraftwerke (Reserven) planen.

Das Diagramm 1 zeigt für Dezember 2019 den – typischen – Verlauf der Windenergie- und der PV-Einspeisung (addiert, blaue plus gelbe Flächen). Die braune Fläche stellt den Leistungsbedarf der allgemeinen Stromversorgung dar. Erkennbar sind die von den Verbrauchern angeforderten Höchstwerte mit etwa 75.000 MW. Die Tiefstwerte liegen bei etwa 35.000 MW (Weihnachtszeit).

Die obere rote Linie zeigt die gesamte installierte Leistung der Wind- und PV-Anlagen (addiert) zum Ende des Jahres mit 110.000 MW. Das meist mangelnde, naturgegebene Leistungs-Dargebot von Wind und Sonne ist deutlich ersichtlich.

Andererseits gibt es Situationen, in denen die gesamten aktiven Leistungen der Regenerativ-Anlagen (einschließlich der Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung) infolge deren Einspeise-Vorrangs, den Leistungsbedarf der Kunden überschreiten. Dies führt zu den sog. Negativen Strompreisen an der Strombörse.

Die Leistungs-Differenz zwischen der braunen Fläche einerseits und der blauen Fläche, einschließlich der gelben Spitzenflächen, andererseits, muss von konventionellen Kraftwerken geliefert werden.

Diagramm 1: Leistungsverläufe des Strom-Bedarfs, der Einspeisungen aus Wind- und PV-Anlagen im Dezember 2019; Quelle: R. Schuster

4. Gesamtergebnisse 2006 bis Juni 2020

Im Diagramm 2 sind die Monats-Daten der Jahre 2006 bis Juni 2020 dargestellt:

• Installierte Leistungen
• Maximale aufgetretene Leistungen (Viertel-Stunden-Mittelwerte)
• Minimale aufgetretene Leistungen (Viertel-Stunden-Mittelwerte)
• Strom-Erzeugungen
• Volllaststundenzahlen (Fachbegriff Ausnutzungsdauer), die sich als Quotient aus der Strom-Erzeugung und der Installierten Leistung zum Ende jeden Berichtsjahres ergeben.

Diagramm 2: Windstrom-Leistungswerte 2006 bis Juni 2020; Quelle E. Wagner, 2.7.2020

Installierte Leistungen

Im Jahr 2006 waren Windanlagen mit etwa 20.000 MW maximal möglicher Abgabe-Leistung in Betrieb. Bis 2013 ist ein gleichmäßiger Anstieg des Anlagen-Zubaus erkennbar. Ab 2014 ist ein erheblicher Anstieg aufgetreten, was mit veränderten Vergütungen der Strom-Einspeisungen in Zusammenhang steht. Allein im Jahr 2017 betrug der Anlagen-Zubau gegenüber Ende 2016 etwa 5.545 MW. Dieser Anstieg ist auf erneute Änderungen der Genehmigungs- und Vergütungs-Prozeduren zurückzuführen.

Der Anlagen-Zubau im Jahr 2019 hat sich gegenüber den Vorjahren stark vermindert (nur etwa 1.222 MW). Diese Gegebenheit hat Auswirkungen auf die Volllaststundenzahl – siehe Nachstehendes.

Maximale-Leistungen

Im Diagramm 2 sind die wetterabhängigen erzielbaren Leistungen dargestellt. 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 sehr groß. Daraus ergibt sich der zusätzliche Leistungsbedarf, der aus konventionellen Kraftwerken, mit planbaren Betriebsleistungen, bereitgestellt werden muss (siehe auch Diagramm 1).

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. Die Geothermie-Anlagen haben bisher keine Bedeutung erreicht.

Minimale-Leistung

Die monatlichen Werte verharren auf einem sehr niedrigen Niveau, im Diagramm 2 ersichtlich als braune untere Linie. Der Monats-Mittelwert in den Jahren 2006 bis 2019 beträgt nur 398 MW. Der bisher höchste Wert wurde im Dezember 2019 mit 3.174 MW erreicht.

Auf die Darlegungen in Abschnitt 3 wird verwiesen.

Volllaststunden

Der Volllaststunden-Mittelwert für die Jahre 2006 bis 2019 beträgt 1.627 h/a. 2019 war demnach – auf den ersten Blick – mit 2.127 h/a ein sehr starkes Windjahr. Dieser Wert ist auffällig (Zahlentafel im Diagramm 2). Ein weiterer Effekt ist zu beachten.

Die Volllaststundenzahl ergibt sich als Quotient aus der Jahres-Erzeugung (kWh, MWh, GWh) und dem Wert der Installierten Leistung (kW, MW) zum jeweiligen Jahresende.

Diese Rechen-Methode kann kritisiert werden. Eine Berechnung, z. B. bei Berücksichtigung des Zubaus während eines Jahres, bringt grundsätzlich keinen Erkenntnisgewinn, ist methodisch auch nicht einfach. Der „Fehler“ nimmt mit dem Zuwachs des Anlagenbaus im Laufe aller betrachteten Jahre ab.

Das Jahr 2019 zeigt das Problem der Berechnung. Da von Januar bis Dezember nur ein minimaler Zubau (s. o. 1.222 MW) erfolgte, ist der Leistungs-Endwert (Dezember) nur geringfügig höher als der Jahres-Anfangswert. Der Wert der Jahres-Erzeugung wird demnach auf einen relativ geringen Leistungswert bezogen, der Quotient muss deshalb im Vergleich zu allen Vorjahren „höher“ werden. Das ist eine Folge der Rechenmethode.

Erstmals konnten Daten getrennt für Onshore- und Offshore-Anlagen genutzt werden. Siehe gelbes Feld im Diagramm 2.

Die Volllaststundenwerte verdeutlichen die Windverhältnisse auf dem Festland gegenüber denen der Nord- und Ostsee.

Das Diagramm 3 zeigt allerdings, dass für beide Anlagen-Standorte (Land, See) häufig gleiche minimale bzw. maximale Leistungen auftreten. Anders gesagt: Es kann keineswegs davon ausgegangen werden, dass immer „Seewind“, den „Landwind“ ersetzen oder ausgleichen kann. Die Sinnhaftigkeit der Nord-Süd-Stromtrassen ist deshalb sehr in Frage zu stellen.

Diagramm 3: Leistungs-Dargebot von Onshore- und Offshore-Windanlagen im Dezember 2019; einige gleichzeitige Leistungs-Einbrüche beider Regionen sind ersichtlich – rote Pfeile; Quelle R. Schuster

5. Trends der Leistungs-Entwicklungen

Im Diagramm 2 sind die Trendlinien für die „Installierten Leistungen“ und die „Maximalen Leistungen“ eingezeichnet. Ab 2014 zeigt sich eine auffallende Spreizung der Trendlinien. Eigentlich wäre von einer Parallelität der Trendlinien auszugehen, wie in den Jahren 2006 bis 2013.
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 (Ausnahmen bisher die Jahre 2017 bis 2019).
• Die Haupt-Windrichtungen (Natur) haben sich in ihrer Häufigkeit zeitweise bedeutsam verändert.
• Die gegenseitige – negative – Beeinflussungen der Windanlagen haben sich durch Zubauten vergrößert; die Anlagen stehen zu nahe beieinander.
• 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. Deshalb sind Absteuerungen/Abregelungen durch Vorgaben der Netzbetreiber notwendig; der Vorwurf „fehlender Netze und mangelnde Netzkapazität“ ist wenig relevant. 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 durch die Anlagen-Betreiber anhand der Windsituationen theoretisch berechnet und den Normal-Stromkunden über die Netzentgelte in Rechnung gestellt!

Resümee

Diese Analyse belegt, dass es illusorisch ist, mit der Nutzung von Wind- und Sonnen-Energie allein, eine bedarfsgerechte, sichere und preiswerte Stromversorgung realisieren zu wollen. Die Vorgaben des §1 EnWG – Energiewirtschaftsgesetz – bleiben unbeachtet.
Auf die Ausführungen im Bericht „2018“ wird ausdrücklich hingewiesen. Die dortigen Darlegungen zur Nutzung von Wind- und Sonnenanlagen sind unverändert kritisch.

Materialien als pdf

• «Diagramm 1» (pdf, 150 kB): Leistungsverläufe des Strom-Bedarfs, der Einspeisungen aus Wind- und PV-Anlagen im Dezember 2019;
  Quelle: R.Schuster
• «Diagramm 2» (pdf, 1,1 MB): Windstrom-Leistungswerte 2006 bis Juni 2020;
  Quelle E. Wagner, 2.7.2020
• «Diagramm 3» (pdf, rd. 120 kB): Leistungs-Dargebot von Onshore- und Offshore-Windanlagen im Dezember 2019; die gleichzeitigen Leistungs-Einbrüche beider Regionen sind ersichtlich;
  Quelle R. Schuster, Schuster Dezember 19, Seite 20

Dank

Der Autor Wagner dankt Rolf Schuster für die zur Verfügung gestellten Daten und Diagramme.