Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen ...

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Technisch stehen also für ein zukünftiges weiträumiges effizientes Stromnetz Lösungen zur Verfügung,
wenngleich noch wichtige Verbesserungen möglich sind (z.B. der Übergang von konventioneller HGÜ
Thyristor-Technik auf IGBT-Elektronik 7 ).
1.2–b Probleme und Ziele
Beim Ausbau dezentraler erneuerbarer Energiesysteme bereitet die Windenergie die größten Probleme für
die Stromnetzkonzeption 8 . Bis 2025/30 plant die Bundesregierung, die Windenergienutzung in Nord- und
Ostsee auf 20-25 GW installierter Leistung auszubauen, was der in Küstennähe auf dem Festland
installierten Kapazität vergleichbar ist. Damit wird in Norddeutschland – einer Region mit zumeist geringer
Stromnachfrage ein Gesamtpotenzial von bis zu 55 GW fluktuierender Elektrizitätserzeugung geschaffen.
Dies entspricht fast der Hälfte der gesamten gegenwärtigen Bruttostromerzeugungskapazität Deutschlands
(z. Zt. 121 GW) und in nahezu gleicher Höhe muss im Netz Back-up Leistung vorgehalten werden, denn die
gesicherte Windleistung beträgt nur 5-10% dieser Nominalleistung 9 . Der Beitrag fluktuierender Quellen zur
Versorgungssicherheit ist damit sehr gering und der Vorrang der Einspeisung, der diesen Quellen gesetzlich
garantiert wird, erhöht die Anforderungen an das Stromnetz ganz erheblich. Massive Investitionen in die
Netzinfrastruktur sind erforderlich, um voraussehbare, insbesondere aber auch in einem bislang
ungekannten Maßstab unerwartet eintretende Lastschwankungen beherrschen zu können 10 . Beispielsweise
schalten sich Windanlagen, die vor 2003/4 gebaut wurden, bei Spannungseinbrüchen >20% vom Netz ab
und verstärken damit die kritische Situation. Analysen 11 zeigen, dass bereits im Jahr 2003 die Sicherheit des
Netzes nicht mehr nach den definierten Standards gewährleistet war: Bei bestimmten, nicht auszuschließenden
Fehlern im Übertragungsnetz oder dem plötzlichen Ausfall eines großen konventionellen Kraftwerks
hätte es zu kritischen Netzzuständen mit großflächigen Spannungseinbrüchen kommen können, die
letztendlich die im europäischen Stromverbund vorgehaltene Reserve von 3 GW überfordert hätten – mit der
Folge eines weiträumigen Netzzusammenbruches.
Mittlerweile sind zwar Verbesserungen bei neuen Windneuanlagen eingeführt worden 12 , doch ist ggf. die
Umrüstung bzw. das Ersetzen („Repowering“) von Altanlagen zusätzlich erforderlich. Perspektivisch führt die
Zunahme der fluktuierenden Einspeisung bei der geplanten Verringerung der Kernkraftwerke spätestens ab
2015 dazu, dass die Netzstabilität wieder zunehmend kritischer werden wird. Ein zusätzlicher Aspekt ist,
dass bei Starkwind in lastschwachen Situationen (Nacht, Wochenende) Strom in einem Maß in das
benachbarte Ausland verbracht werden muss, das die Spezifikationen der grenzüberschreitenden Leitungen
übersteigt. Damit erweitert sich die Problematik auf europäisches Niveau. Langfristig wird nicht zu vermeiden
sein, dass die durch das EEG zugesicherte generell vorrangige Einspeisung von Windstrom aufgegeben
wird und ein Abregeln von Windanlagen in die zur Verfügung stehenden Anpassungsmöglichkeiten in
lastkritischen Situationen einbezogen wird. Gleiches gilt für Photovoltaik.
7
Insulated Gate Bipolar Transistor Technologie gewinnt für Leistungseletronik und Hochspannungsumformer zunehmend an
Bedeutung.
8
Die gleichen Probleme betreffen die Photovoltaik, allerdings in schwächerem Maß, da sie in Deutschland voraussichtlich stets
wesentlich weniger Leistung liefern wird als Windenergieanlagen.
9
Quelle: DENA Netzstudie I. Zum Vergleich: Die gesicherte Leistung von Kraftwerksblöcken bei Steinkohle-, Braunkohle- und Kernkraftwerken,
Öl/Gas-Kombianlagen, Biomasse und Geothermiekraftwerken sowie Pumpspeichern liegt bei 86-93% der Nominalleistung,
für Gasturbinen bei 42% und Photovoltaik bei 1%. Quelle: DENA bzw. TU München, Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik
2008, zitiert nach H. Krüger, DENA.
10
Während bislang für Störfallszenarien mit dem Ausfall eines Kraftwerks, also einer Leistung bis zu einem GW, gerechnet werden
konnte, können nun um eine Größenordnung höhere kurzfristige Leistungsschwankungen auftreten. Zu bemerken ist auch, dass
auch hohe Investitionen in den Back-up Kraftwerkspark erforderlich sind , wenn dieser möglichst CO2-vermeidend entwickelt werden
soll und ein ausreichend leistungstarkes weiträumiges Stromnetz nicht (rechtzeitig) realisiert werden sollte.
11
Siehe Dena-Netzstudie I
12 Neuere Windanlagen müssen bis >80% Spannungsabfall am Netz bleiben bzw. dürfen sich nur zeitverzögert vom Netz trennen.