Wind- und Sonnenstrom, Realitäten 2006 bis 2022/2023

Themen:
A Nicht-verstandene Stromversorgung
B Juni 2023 – Strom-Erzeugung und -Bedarf
C Windstrom, Daten 2006 bis Juni 2023
D Sonnen-/PV-Strom, Daten 2009 bis Juni 2023
E Windstrom aus Nord- und Ostsee (Offshore-Anlagen)
F Resümee
G Anhänge Warum eine „Energiewende“? Gibt es ein „CO₂-Problem“?

A Nicht-verstandene Stromversorgung

Wo liegen die Schwierigkeiten, dass die politisch gewollte „Energiewende“ so nicht gelingen kann?
Es wird nicht erkannt:

Gleichheit von Erzeugung und Bedarf

Eine sichere Stromversorgung verlangt die unmittelbare Gleichheit der elektrischen Leistung (Kilowatt – kW) zwischen Erzeugung und Bedarf. 1.000 kW sind 1 MW (Megawatt).

Das Maß für die Gleichheit ist die Frequenz. Gemessen in Hertz (Hz). Der Sollwert unseres Wechsel- und Drehstroms ist 50 Hz. Normale Abweichungen liegen zwischen 49,8 bis 50,2 Hz. Steigt der Strombedarf fällt die Frequenz. Kann die Kraftwerksleistung nicht unmittelbar gesteigert werden, müssen Verbraucher zwanghaft abgeschaltet werden (Strom-Rationierung). Bei abfallendem Strombedarf müssen Kraftwerke abgeschaltet werden.

Aufgrund dieser physikalischen Gegebenheiten bilden Kraftwerke, Netze und Stromverbrauchs-Geräte eine Einheit. Die politisch bewirkte – gedankliche – Trennung dieser Teile, wie es die Liberalisierung des Strommarktes (EU-Recht seit 1998) vorgeschrieben hat, ist unsinnig. Die permanente „Vermehrung“ der einschlägigen Gesetze und Verordnungen ist Kennzeichen dieser Missentwicklung. Bei der Entwicklung der Stromversorgung (seit etwa 1880) hatte man frühzeitig erkannt, dass die Stromversorgung ein „Natürliches Monopol“ ist.

Die sog. „Elektrische Arbeit“ (allgemein: Strombedarf, Stromverbrauch, Strombezug , gemessen in Kilowattstunden – kWh) ergibt sich aus der Leistung multipliziert mit der Nutzungs-Zeit. 1.000 kWh sind 1 MWh (Megawattstunde).

Stromspeicher

• Das Netz (Draht mit Spulen, Kondensatoren und Transformatoren) der allgemeinen Stromversorgung hat keine Speicher-Eigenschaft. Die sichere Versorgung wird von weiteren physikalischen Besonderheiten beeinflusst – z. B. Blindstrom, gleiche Belastung der drei Leitungen beim Drehstrom, unterschiedliche Eigenschaften von Freileitungen und Kabelleitungen.
• Sowohl der Wind-Strom als auch der PV-Strom sind extrem vom Wetter abhängig. Bei der derzeitigen „installierten Leistung“ werden zeitweise bereits Betriebs-Leistungen erreicht, die dem Bedarf entsprechen bzw. diesen übersteigen. Andererseits ist nachts und in den Wintermonaten der Sonnenstrom Null bzw. sehr gering. Eine sichere Deckung des Bedarfs wesentlich durch schwankenden Wind-Strom ist ebenso nicht möglich.
• Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, über große Stromspeicher zu verfügen. Diese gibt es nicht. Es ist nicht zu erwarten, dass dieses Problem absehbar gelöst wird.
• Derzeit, bedingt wirtschaftliche – indirekte – Stromspeicher, sind allein Pumpspeicherkraftwerke (Nutzung von Wasser zwischen hochliegenden und tiefer liegenden „Wasserbecken“). Deren Kapazität beträgt etwa 40.000 MWh (Megawattstunden) mit einer Leistung von etwa 8.000 MW. Der Tagesbedarf Deutschlands beträgt durchschnittlich etwa 1.500.000 MWh. Der maximale Leistungsbedarf (Höchstlasttag, üblich im Winter) beträgt etwa 83.000 MW.
• Batterie-Speicher – direkte Stromspeicher – erfüllen allenfalls eine Alibifunktion, beim Vergleich mit dem genannten Tagesbedarf in Deutschland.

Netzstabilität/Reserven

• Die Abweichungen der Netzfrequenz vom Sollwert 50 Hz werden unmittelbar von der „drehenden Reserve“ ausgeglichen. Das sind die Schwungmassen der Rotoren der Turbinen und Generatoren der großen Kraftwerke. Wenn diese Kraftwerke von der Politik nicht mehr akzeptiert werden (das ist die Tatsache) entsteht ein ernsthaftes Problem. Über die Konsequenzen wird erstaunlicherweise nicht geredet. Dazu siehe: Verbandsorgan der Oestereichs Energie, Stromlinie, Heft III/2018, S. 55: … Zu klären ist, … wie Netze ohne rotierende Masse funktionieren können … . Dabei ist Österreich dank zahlreicher großer Wasserkraftwerke mit reichlich „rotierenden Massen“ gesegnet.
• Kurios ist im Falle der Bereitstellung von Reserveleistung, dass Wasserkraftwerke abgeschaltet werden, wenn zu viel Wind- und PV-Strom anfallen. Dies wird als „negative Minutenreserve“ gehändelt und auch vergütet. Die Frage drängt sich auf, ob die Betreiber höhere Einnahmen haben, durch Bereitstellung dieser „Reserveleistung“ oder durch „Stromerzeugung“.
• Ohne ein elektrisch stabiles Netz, ist der Betrieb von PV-Anlagen (Wechselrichter) und Windanlagen (Gleichstrom-Zwischenkreis, Wechselrichter) nicht möglich, bei letzteren und älteren Anlagen ist das fraglich. In die PV-Wechselrichter ist ein Abschaltsystem eingebaut, das die Anlagen „vom Netz abschaltet“, wenn die Netzspannung fehlt. Dieses Konzept ist aus Personen-Sicherheitsgründen erforderlich (z. B. Netz-Reparaturen). Auch haben diese Anlagen keine „rotierenden Massen“ – im Sinne wie vor beschrieben.

Stromimport/Stromexport

• Die Politik meint, das aufgezeigte Dilemma mit Stromimporten lösen zu können. Sicher wird das umliegende Ausland hochpreisig liefern, wenn der eigene Bedarf gesichert ist. Es gilt das Motto: „Jeder verlässt sich auf den anderen.“
• Bereits derzeit exportiert D zeitweise überschüssigen Strom, um das Übertragungsnetz stabil halten zu können. Dieser Strom wird bei sog. „Negativen Börsen-Strompreisen“ nicht nur verschenkt, sondern wird mit Abnahme-Prämien versehen!! Das ist ein volkswirtschaftlich aberwitziger Zustand.
• Die Notwendigkeit, Strom zu verschenken, ergibt ich aus dem Aspekt der Versorgungs-Sicherheit. Bei zu großen Einspeisungen aus Wind– und PV-Anlagen (generelle Abnahme-Verpflichtungen gemäß Erneuerbare-Energien-Gesetz – EEG) muss dieser Strom „weggeschafft“ werden. Konventionelle Kraftwerke können nicht beliebig abgeschaltet werden, weil im nächsten Moment der Bedarf wieder ansteigen kann, infolge eines wetterbedingten Rückganges von Wind- und PV-Strom.

Zubau Regenerativ-Kraftwerke

• Ein weiterer exorbitanter Zubau von Regenerativ-Kraftwerken (Wind, PV) wird das Problem zwischen Erzeugung und Bedarf brutal verschärfen. Es sind Investitionen mit geringem Nutzen. Der Stromverbraucher zahlt. Die Erwartung nach niedrigeren Strompreisen wird nicht erfüllt werden.

Bundesnetzagentur

• Von der Politik werden alle Versorgungsschwierigkeiten an die Bundes-Netzagentur (BNA) abgeladen. Das kann man machen. Man sollte allerdings begreifen, dass die BNA keine Kraftwerke, keine Netze, keine Speicher betreibt. Sie hat auch keine Schalthoheit. Sie kann Verträge über die Existenz von Kraftwerken, Stromlieferungen (Leistung von ausländischen Kraftwerken) machen so viel sie will. Wenn diese Verträge aufgrund höherer Gewalt nicht erfüllt werden können, so endet dies bei Versorgungs-Unterbrechungen. Die BNA kann die Aufgaben, die vormals die sog. „Lastverteiler“ hatten, nicht erfüllen.

Pleitewelle von Stromversorgern

• Die Pleitewelle von einigen Stromversorgern um 2021 ist bezeichnend. Diese haben nur vom Stromhandel gelebt. Ohne dass diese über eigene Kraftwerke und Netze verfügten. Die Verantwortung für eine sichere Stromversorgung hatten sie nicht. Sie lebten vom „Schreibtischstrom“. Dieses Prinzip ist grundsätzlich abzulehnen. Es hat mit Marktwirtschaft nichts gemein. Das ist eine Perversion des Strommarktes.

Liberalisierung

• Die „Liberalisierung der Energiemärkte“ (1998) ist nach Beurteilung des Verfassers ein Fehlschlag. Die Strompreise haben sich seit etwa 2000 bis derzeit 2023 verdreifacht. Die Politik wollte mit der Liberalisierung „Wettbewerb“ mit niedrigen Preisen erreichen. Das Gegenteil ist eingetreten. Die Entschuldigung mit dem unsäglichem Kriegsgeschehen (2022/23), ist nicht akzeptabel.
• Die aktuellen Bemühungen um ein neues „Strommarktdesign“ zeigen die Hilflosigkeit der Politik, aus dem Schlamassel der nicht mehr gesicherten und überteuerten Stromversorgung rauszukommen. Man sollte überlegen, ob der Weg zurück, zu den „geschlossenen Versorgungsgebieten“ und weg von der Strombörse, eingeschlagen werden sollte. Die Stromversorgung hat bis 1998 bestens funktioniert. Dies mit Preisaufsicht und Kartellrecht.

B Juni 2023 – Strom-Erzeugung und -Bedarf

Das Diagramm 1 zeigt die Verläufe der Leistungs-Werte (Viertelstundenwerte, Daten von Entsoe und Übertragungs-Netzbetreibern) des Strombedarfs (braun), der Einspeisung aus Windanlagen (blau) und der Einspeisung aus PV-Anlagen (gelb) für den Monat Juni 2023.

Diagramm 1: Strombedarf und Stromerzeugung aus Wind- und PV-Anlagen für Juni 2023. Quelle: Rolf Schuster, Nachträge vom Verfasser E. Wagner.

Strombedarf (braunes Feld): Höchstlast 66.124 MW (21.6.23).
Stromerzeugung: Windleistung am 26.6.23 mit 30.634 MW; PV-Leistung mit 35.197 MW, Tag nicht erkennbar. Wind- und addiert PV-Leistung (gelbe plus blaue Felder) erreichten am 26.6.23 maximal 52.415 MW.
Die Flächendifferenz zwischen „Braun“ und „Gelb“/„Blau“ entspricht der Erzeugung, die aus anderen Kraftwerksarten bereitgestellt werden muss. Das sind konventionelle Kraftwerke (Kohle, Erdgas, Öl, Müll), Wasser, Biomassen, Erdwärme.
Erkennbar ist, dass die „Erzeugungs-Differenz“ erheblich ist. Die Volatilität (Wetterabhängigkeit von Wind und PV) ist beträchtlich.
Die grüne Fläche zwischen der installierten Wind- und PV-Leistung von etwa 140.000 MW bis herab zur braunen Fläche (Bedarf) stellt die „nichtgenutzte Investition“ dar.

C Windstrom, Daten 2006 bis Juni 2023

Das Diagramm 2 zeigt die Windstrom-Leistungswerte von 2006 bis Juni 2023. Die Installierte Leistung (blaue Linie, in Betrieb befindliche Anlagen) zeigt eine etwa stetige Entwicklung; bis Juni 2023 gesamt etwa 68.000 MW.

Diagramm 2: Windstrom-Leistungswerte und Stromerzeugung 2006 bis Juni 2023. Datenquellen siehe Text im Diagramm.

Die roten Linien sind die jeweils monatlichen erreichten Höchstwerte (Maximale Leistung). Die Schwankungen sind beträchtlich.

Die braune Linie zeigt die jeweils monatlichen Tiefstwerte (Minimale Leistung). Der Mittelwert in der Zeitspanne von 2006 bis 2022 beträgt 496 MW. Hierbei offenbart sich besonders das Dilemma der Versorgungssicherheit. In jedem Monat gibt es erhebliche Windflauten.

Die Ausnutzungsdauern/Volllaststunden schwanken zwischen 1.297 und 2.153 Stunden pro Jahr (h/a), der Mittelwert über 17 Jahre beträgt 1.696 h/a.

Seit 2020 stehen Daten getrennt für Onshore- und Offshore-Anlagen zur Verfügung. Die Volllaststunden 2022 betragen für die Landanlagen etwa 1.808 h/a und für die Seeanlagen 2.910 h/a. In der Prognose der „Berechnung der EEG-Umlage für 2022“ werden genannt: Landanlagen 1.822 h/a, See-Anlagen 4.532 h/a. Die Prognose für die Landanlagen ist stimmig, die für See-Anlagen war demnach deutlich zu positiv.

D Sonnen-/PV-Strom, Daten 2009 bis Juni 2023

Das Diagramm 3 zeigt die Datensammlung für den Sonnen-Strom/PV-Anlagen.
Der Leistungs-Zubau ist seit 2009 bekannt. Die Erzeugungsdaten stehen erst seit Mitte 2010 zur Verfügung.

Diagramm 3: Photovoltaik-Anlagen 2009 bis Juni 2023, Leistungs- und Erzeugungsdaten. Datenquellen siehe Text im Diagramm.

Die blaue Linie weist die Entwicklung der installierten Leistung aus. Bis Juni 2023 steht eine Leistung von etwa 73.000 MW zur Verfügung. Wegen Unsicherheiten bei der Erfassung (Meldungen) ist von einer größeren Leistung auszugehen.

Die grüne Linie stellt die jeweils monatliche höchste erreichte Leistung dar. Es zeigt sich ein typischer Verlauf mit niedrigen Werten in den sonnenarmen Monaten Oktober bis März und starken Werten in den übrigen Monaten. Entsprechend sind die Erzeugungswerte – rote Linien.

Die Ausnutzungsdauern/Volllaststunden schwanken in den Jahren 2011 bis 2022 zwischen 734 und 900 h/a. Der Mittelwert der 12 Berichtsjahre beträgt etwa 839 h/a.

In der Prognose der „Berechnung der EEG-Umlage für 2022“ werden 939 h/a genannt. Dem steht der reale Wert von 847 h/a gegenüber.

E Windstrom aus Nord- und Ostsee (Offshore-Anlagen)

Der Erzeugung aus Windanlagen mit Standorten in der Nord- und Ostsee wird eine sehr wichtige Bedeutung beigemessen. Der Ausbau soll massiv vorangetrieben werden. Man erwartet, dass diese Anlagen entscheidend mögliche Versorgungs-Engpässe im Süden Deutschlands vermeiden können.

Dazu werden einige Nord-Süd-Stromtrassen mit großer Übertragungs-Kapazität geplant und gebaut. Es sollen nicht nur Drehstromleitungen sein (bisher üblich), sondern auch sog. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitungen (HGÜ). Alle sollen zum Teil auch als Erdkabel-Trassen konzipiert werden.

Ein bedeutsamer Unterschied der Systeme besteht darin, dass HGÜ nur eine Punkt zu Punkt Übertragung zulassen. Die Einspeisung und die Ausspeisung verlangen je einen „Gleichrichter“ bzw. „Wechselrichter“. Das sind Bauwerke mit großem Flächenbedarf (Hektar). Eine einfache Zwischen-Ausspeisung, wie es bei Drehstromnetzen beliebig möglich ist, ist nicht möglich. Die elektrischen Eigenschaften beider Systeme sind unterschiedlich.

Eine stromwirtschaftliche Betrachtung der derzeitigen See-Nutzungen zeigt, dass auch bei den See-Anlagen in jedem Monat mehrere „Flauten-Zeiten“ festzustellen sind.

Das Diagramm 4 zeigt diese Naturgegebenheiten. Von einer stetigen Nutzung der Übertragungstrassen kann nicht ausgegangen werden.

Diagramm 4: Stromerzeugung aus Onshore- und Offshore-Windanlagen im Juni 2023. Quelle: Rolf Schuster, Nachträge vom Verfasser E. Wagner.

Es ist festzustellen, dass die Wind-Flauten sich sowohl auf Land- als auch auf See-Anlagen erstrecken. Dies auch gleichzeitig. Dieses Naturverhalten zeigt sich seit Jahren in jedem Monat. Aufgrund dieser Vorgänge ist eine kontinuierliche Stromversorgung im Süden zumindest fraglich.

Der Verfasser hat diesen Sachverhalt, in einem Brief, dem Betriebsrats-Vorsitzenden der BASF Ludwigshafen (Groß-Chemie) dargelegt. Dieser hatte Hoffnungen zur Ergiebigkeit der Wind-See-Anlagen bezüglich der Stromversorgung der BASF in einem Interview geäußert. Siehe: «Null-Wind gibt Null-Wind-Strom – Fehlbeurteilungen der Industrie?»

F Resümee

Die Darlegungen zeigen, dass auch der zigfache Ausbau von Wind- und Sonnen-Kraftwerken keineswegs ein Erfolg der „Energiewende“ garantieren kann. Ohne große Kraftwerke wird eher das Gegenteil zu erwarten sein. Die Versorgungs-Sicherheit wird sich verschlechtern.

Auch die politisch geforderten und geförderten Investitionen in Systeme wie „Power to Gas (& to Power)“, „Wasserstoff-Wirtschaft“, „Elektro-Mobilität“, werden keine Verbesserung der Lage schaffen. Die Strom- bzw. Energiepreise werden extrem steigen – Tarif-Strom (Normal-Kunde) rund 1 Euro/kWh.

Über die Deckelung der Industrie-Strompreise wird derzeit (Mitte 2023) diskutiert. Warum wohl?

Ein Kennzeichen der volkswirtschaftlichen Schieflage, die sich aus der bestehenden gesamten Anlagen-Leistung und der mangelnden Erzeugung aus Regenerativ-Kraftwerken ergibt, ist die Volllaststundenzahl aller Kraftwerke der allgemeinen Stromversorgung – mit weniger als 2.000 Stunden pro Jahr. Vor dem Jahr 2000 wurden im deutschen Kraftwerkspark Auslastungen von 4.000 bis 5.000 Stunden im Jahr erreicht.

Wegen der zunehmenden Differenz zwischen Anlagen-Zubau und Strombedarf, wird die Volllaststundenzahl weiter abnehmen. Es entstehen also Anlagen mit fragwürdiger Wirtschaftlichkeit. Das Geschrei nach weiteren Stützungen und Subventionen wird uns dauerhaft begleiten.

Dank
Der Verfasser dankt Rolf Schuster, Vernunftkraft Hessen, für das zur Verfügung gestellte Datenmaterial als auch für die Diagramme 1 und 4.

G Anhänge

Warum eine „Energiewende“?

Die sog. Energiewende wird wesentlich mit dem unterstelltem Verursacher einer Welttemperatur-Erhöhung durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern (Kohlen, Erdgas, Erdöl) begründet. Die Temperaturerhöhung wird allein mit der Emission von sog. Treibhausgasen verbunden. Als Hauptübeltäter gilt dabei das Kohlendioxid (CO₂). Es wird ein katastrophaler Klimawandel erwartet.

Diese Begründungen werden durch die Erkenntnisse der Forschung und die Naturgesetze nicht gedeckt. Die Erkenntnisse werden sträflich unterdrückt. Offensichtlich ist es so, dass nur noch Wissenschaftler ihre „Gegen-Stimme“ erheben können, die wirtschaftlich unabhängig sind, quasi „in Rente“ sind.

Keine der postulierten „Ursachen“ hält scharfen Prüfungen stand. Die Fachliteratur, die noch auf den harten Fakten basiert, liefert ausreichend Beweise.

Gibt es ein „CO₂-Problem“?

Das CO₂ ist für das Pflanzenwachstum verantwortlich – Photosynthese. Als „Abfall“ wird Sauerstoff produziert. Sauerstoff ist die Grundlage allen Lebens. Die derzeitige Konzentration, also der Bestandteil von CO₂ in der Luft, beträgt etwa 0,04 Prozent, entsprechend 400 ppm (part per million). Ohne Zweifel ist ein Ansteigen erkennbar.

Auch die Wasserpflanzen im Meer verarbeiten das Meeres-CO₂. Es entstehen organische Substanzen, wie Zucker, Stärke, Proteine etc. Siehe hierzu Prof. Döhler : https://eike-klima-energie.eu/2023/05/11/co%e2%82%82-ist-essentiell-fuer-das-leben-im-meer/.

Die hemmungslosen Befürworter einer Energiewende sollten diese Fragen beantworten:
Warum werden Gewächshäuser mit CO₂ begast (600 bis 800 ppm)? Warum wurde eine CO₂-Konzentration von 6.000 ppm den Sauriern nicht zum Verhängnis?
Welcher CO₂-Wert ist akzeptabel, hinnehmbar, notwendig? Dies unter dem Aspekt, dass eine CO₂-Wert unter 200 bis 150 ppm keinen Pflanzen-Wachstum zulässt!
Welche Verknüpfung besteht zwischen dem CO₂ und der Welttemperatur?
Welchen physikalischen Sinn hat die „irgendwie Berechnung“ einer Welttemperatur? Z. B. wenn in der Sahara mittags 40 Grad und nachts Null Grad gemessen werden, welchen Sinn macht dann ein Mittelwert von 20 Grad?