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Grund­last­kraft­werke: Brücke oder Krücke für das regene­rative Zeit­alter?

Sonne Wind & Wärme
erschienen in Sonne Wind & Wärme 05/2010 S.10-15

Der Bundes­umwelt­minister möchte bis zum Jahr 2050 unsere Energie­versorgung fast nur noch mit regenerativen Energien decken. Atom- und Kohlekraftwerke sollen bis dahin als Brückentechnologie dienen. Einige möchten diese Brücke allerdings möglichst weit ausdehnen. Dabei stellt sich die Frage, wie gut diese Brücke trägt und ob der weitere Ausbau regenerativer Energien überhaupt mit der Laufzeitverlängerung konventioneller Kraftwerke vereinbar ist.

In einem Punkt sind sich inzwischen alle Analysten einig: Der Beitrag der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung wird weiter deutlich ansteigen. Lag deren Anteil im Jahr 1990 bei mageren drei Prozent, eroberten sie 2009 immerhin schon respektable 17 Prozent. Im Jahr 2020 gehen verschiedene Szenarien vom Bundesministerium für Umwelt (BMU) oder dem Bundesverband Erneuerbare Energien (BEE) von einem Anstieg auf 30 bis 50 Prozent aus (Tabelle 1). Derartige Steigerungsraten lassen eine regenerative Vollversorgung in 40 Jahren durchaus realistisch erscheinen. Während inzwischen die meisten politischen Lager dieses Endziel weitgehend akzeptieren, gehen die Vorstellungen für den Weg dahin weit auseinander. Nicht selten drängt sich der Eindruck auf, dass gar keine fundierten Überlegungen existieren, wie der Umbau hin zu einer regenerativen Energieversorgung aussehen wird. Weil regenerative Energien populär sind, kann sich jedoch kein Politiker oder Energieversorger heute noch offen gegen einen Ausbau stellen. Der Ausbau regenerativer Energien geht also unvermindert weiter. Die Struktur unserer Elektrizitätsversorgung wird sich dadurch aber komplett ändern - und das relativ schnell.

Auto fährt über eine ziemlich baufällige Brücke in Marokko
Vor dem Überqueren einer Brücke sollte man stets überlegen, wie gut diese trägt

in TWhIst 2008BEE Prog­nose 2020BMU Leit­szenario 2008 für 2020BMU Leit­szenario 2009 für 2020
Gesamt­verbrauch 1)570,7570,7 2)570,7 2)570,7 2)
Photo­voltaik4,339,515,520,0
Windkraft (onshore)40,411253,566,1
Windkraft (offshore)03733,730,2
Biomasse27,154,344,350,6
Geothermie0,0183,81,81,9
Wasserkraft21,331,922,024,5
Summe Regene­rative93,1278,5170,8193,3
Anteil Regene­rative 2)16,3%48,8%29,9%33,9%
Rest­bedarf 2)477,6292,2399,7377,4
1) Nettoverbrauch und Netzverluste
2) Da sich der Gesamtverbrauch der verschiedenen Szenarien leicht unterscheidet, wurde er zur besseren Vergleichbarkeit auf "Ist 2008" angepasst

Grundlastkraftwerke sind schlecht regelbar

Bei der heutigen Elektrizitätserzeugung unterscheidet man noch zwischen Grundlast-, Mittellast- und Spitzenlasterzeugung. Grundlastkraftwerke - in Deutschland meist Braunkohle- und Kernkraftwerke - sind nur eingeschränkt regelbar und werden bei weitgehend konstanter Leistung betrieben. Als Mittellastkraftwerke kommen oft Steinkohlekraftwerke zum Einsatz. Energieversorgungsunternehmen und große Teile der Politik sehen in Braunkohle- und Kernkraftwerken in Kombination mit regenerativen Kraftwerken wie Photovoltaik- oder Windkraftanlagen wichtige Bausteine für eine künftige Elektrizitätsversorgung. Braunkohlekraftwerke sollen durch Kohlendioxidsequestrierung, also die Abtrennung und sichere Endlagerung von Kohlendioxid, künftig klimaschonend betrieben werden. Kernkraftwerke gelten allgemein als gut klimaverträglich.

Aktuelle Stromerzeugung über eine Juliwoche
Aktuelle Stromerzeugung über eine Juliwoche (Grafiken (3): Martin Hofmann/Volker Quaschning)

Durch den schnellen Ausbau regenerativer Anlagen müssen konventionelle Kraftwerke immer stärker mit den Fluktuationen der Erneuerbaren zurechtkommen. Photovoltaik- und Windkraftanlagen fluktuieren stark und sind kaum regelbar. Wasserkraft-, Biomasse- und Geothermiekraftwerke weisen hingegen geringere Schwankungen auf und könnten sogar regelnd eingreifen. Die aktuelle konstante EEG-Vergütung verhindert dies jedoch. In diesem Punkt sollte das EEG mit einer nachfrageabhängigen Vergütung möglichst bald optimiert werden. Der starke Ausbau der Windkraft und der Photovoltaik sorgt für schnell zunehmende Schwankungen bei der Nachfrage für konventionelle Kraftwerke. Dadurch verschlechtern sich die Bedingungen für Grundlastkraftwerke deutlich.

Es ist daher fraglich, ob die von vielen Seiten geforderte Koexistenz von Braunkohle- und Kernkraftwerken mit regenerativen Kraftwerken realisierbar ist. Für stichhaltige Aussagen zu dieser Fragestellung wurden verschiedene Zubaustufen der Photovoltaik und Windkraft untersucht. Um die stündliche Leistungsabgabe des Kraftwerksparks zu analysieren, wurden verschiedene über Deutschland verteilte Referenz-Photovoltaik- und Windkraftanlagen anhand realer stündlicher Wetterdaten aus dem Jahr 2007 simuliert und die Stromerzeugung auf die jeweiligen Ausbaustufen hochskaliert. Bild 1 zeigt für eine Juliwoche den Einfluss der schwankenden regenerativen Erzeugung für die heutige Netzstruktur. Grundlastkraftwerke sind durch die Fluktuationen noch nicht betroffen. Die regenerative Erzeugung geht vor allem zu Lasten von Mittel- und Spitzenlastkraftwerken.

Weniger Grundlast bei mehr regenerativem Strom

Bild 2 zeigt die Ergebnisse für einen Ausbau, der dem BMU-Leitszenario 2008 für das Jahr 2020 entspricht. Die regenerativen Kraftwerke decken dabei rund 30 Prozent des Elektrizitätsbedarfs. Bereits bei diesem Ausbau geht der Grundlastbedarf auf etwa die Hälfte zurück. Der weitere Ausbau der regenerativen Energien wird künftig also nicht mehr ausschließlich zu Lasten von Mittellastkraftwerken gehen, sondern sich immer stärker auch auf das Betriebsverhalten von Grundlastkraftwerken auswirken. Dabei unterstellt das BMU-Leitszenario 2008 lediglich einen jährlichen Zubau der Photovoltaik von deutlich unter 1 GW. Verglichen mit den Zubauzahlen von 2008 (ca. 1,9 GW) und 2009 (ca. 3,5 GW) sind diese Annahmen eindeutig als zu niedrig einzuschätzen. Die stark reduzierte EEG-Vergütung ab Mitte 2010 sorgt dafür, dass viele Betreiber ihre Anlagen noch vor den Reduzierungsstichtagen ans Netz bringen wollen. Für 2010 sind daher noch deutlich größere Zubauzahlen als 2009 zu erwarten. Möglicherweise geht der Photovoltaikzubau dann im Jahr 2011 leicht zurück. Werte von unter 1 GW sind aber auch dann nicht zu erwarten. Die regenerative Erzeugung im Jahr 2020 wird daher sicher um einiges über den Annahmen des BMU-Leitszenarios aus dem Jahr 2008 liegen. Das Leitszenario aus dem Jahr 2009 wurde schon etwas angehoben. Bei dem Leitszenario 2010, das Mitte des Jahres erwartet wird, dürften die Zubauzahlen vor allem der Photovoltaik noch einmal erheblich nach oben korrigiert werden.

Stromerzeugung über eine Juliwoche im Jahr 2020, Ausbau nach BMU-Leitszenario 2008
Stromerzeugung über eine Juliwoche im Jahr 2020, Ausbau nach BMU-Leitszenario 2008
Auslaufmodell Grundlastkraftwerk

Deutlich ambitionierter sind die Ausbauvorstellungen in der Prognose des Bundesverbands Erneuerbare Energien (BEE). Danach könnte im Jahr 2020 bereits knapp die Hälfte des Stroms aus regenerativen Anlagen stammen. Bild 3 zeigt den entsprechenden Verlauf der Nachfrage und der Erzeugung ebenfalls für eine Juliwoche. Ein klassischer Grundlastbedarf existiert in diesem Szenario nicht mehr. Zeitweise erzeugen die regenerativen Kraftwerke sogar mehr als insgesamt nachgefragt wird. Diese Überschüsse müssten exportiert oder zwischengespeichert werden.

Stromerzeugung über eine Juliwoche im Jahr 2020, Ausbau nach BEE-Prognose
Stromerzeugung über eine Juliwoche im Jahr 2020, Ausbau nach BEE-Prognose

Betreiber herkömmlicher Grundlastkraftwerke dürften bei derartigen Aussichten keine Glücksgefühle bekommen. Für sie könnte sich schon bald die Frage nach der sinnvollen Integration ihrer Anlagen in den Kraftwerkspark stellen. Geht der Grundlastbedarf zurück, reduziert sich erst einmal die Auslastung der Grundlastkraftwerke. Die Kosten für erzeugte Kilowattstunden nehmen damit zu, weil bei gleichen fixen Kosten deutlich weniger Strom ins Netz eingespeist werden kann. Gleichzeitig steigen die Kosten für den Betrieb der Grundlastkraftwerke. Diese müssten - sofern das technisch überhaupt möglich ist - wesentlich häufiger als heute hoch- und runtergefahren werden. Dies erhöht den Verschleiß und treibt die Kosten für Wartung- und Instanthaltung in die Höhe. Ein höherer Verschleiß führt aber auch zu mehr unplanmäßigen Anlagenausfällen. Speziell bei Kernkraftwerken sollte diese Tatsache zu denken geben. Die Risiken für Störfälle werden durch diese Entwicklung nämlich deutlich zunehmen.

Mit diesem Hintergrund hat die Diskussion, wie die angeblichen Kosteneinsparungen durch eine Laufzeitverlängerung von Kernkraftwerken über das Jahr 2020 hinaus verteilt werden sollen, ganz klar das Thema verfehlt. Es ist sehr wahrscheinlich, dass wegen der sich bis dahin ändernden Nachfragestruktur gar keine Kosteneinsparungen zu erzielen sind. Völlig sinnlos erscheinen die Planungen für eine Kohlendioxidsequestrierung bei Braunkohlekraftwerken nach dem Jahr 2020. Diese würde die ohnehin schon steigenden Kosten der Grundlastkraftwerke noch einmal weiter in die Höhe treiben. Ein wirtschaftlicher Betrieb der Anlagen wäre dann ziemlich unwahrscheinlich.

Braunkohle- und Kernkraftwerke sind bei näherer Betrachtung demnach keine gute Brücke ins regenerative Zeitalter. Im Gegenteil: Sie stehen in direkter Konkurrenz zueinander. Wer für einen schnellen Ausbau regenerativer Kraftwerke plädiert, spricht sich damit de facto auch das Ende der Nutzung der Braunkohle und der Kernenergie aus.

Das Grundlast-Braunkohlekraftwerk im brandenburgischen Jänschwalde verursacht alleine knapp 3 % der deutschen Kohlendioxidemissionen
Das Grundlast-Braunkohlekraftwerk im brandenburgischen Jänschwalde
verursacht alleine knapp 3 % der deutschen Kohlendioxidemissionen
Gefährdete Kraftwerksbetreiber

Bleibt die Frage, ob die Betreiber der gefährdeten Kraftwerke dieser Entwicklung tatenlos zusehen. Zur Renditemaximierung müssten sie konsequenterweise den Ausbau der regenerativen Energien ausbremsen. Doch dies ist unpopulär und könnte zu Zeiten liberalisierter Strommärkte Kunden kosten. Es ist aber wahrscheinlich, dass sich der eine oder andere Ausbau von Stromleitungen, die zum Anschluss neuer regenerativer Kraftwerke benötigt werden, etwas verzögert. Dabei ließe sich der schwarze Peter recht einfach Anderen zuschieben. Hierdurch kann das Problem der wegfallenden Grundlast allerdings schlimmstenfalls um wenige Jahre verzögert werden.

Wie ein wirtschaftlicher Betrieb im Bau befindlicher Grundlastkraftwerke wie des 2,2-GW-Braunkohlekraftwerks Neurath über die nächsten Jahrzehnte gewährleistet werden soll, weiß vermutlich nur der Betreiber RWE. Der RWE-Vorstandsvorsitzende Dr. Jürgen Großmann übt sich daher schon einmal in Zweckoptimismus: Er fordert eine Laufzeit von 60 Jahren für Atomkraftwerke und prognostiziert, dass bei zu großem Anteil regenerativer Energien bei uns das Licht ausgeht. Aus seiner Sicht sind diese Aussagen durchaus verständlich. Schließlich hat er die falschen Kraftwerke in seinem Portfolio und muss irgendwie auch für deren künftigen wirtschaftlichen Betrieb sorgen. Rund 60 Prozent des RWE-Stromaufkommens stammte 2007 aus Braunkohle- und Atomkraftwerken, nur 2 Prozent hingegen aus regenerativen Anlagen.

Ein genereller Ausweg für die bedrohten Betreiber könnten neue Stromspeicher sein, die die Nachfrage vergleichmäßigen und somit das Ende der Grundlastkraftwerke verzögern könnten. Speziell in der Elektromobilität werden dafür gute Chancen gesehen, da künftige Elektroautos gezielt bei Überschüssen aus der regenerativen Erzeugung geladen werden können. Dies wäre prinzipiell auch für den Ausbau der regenerativen Energien von Vorteil. Hier spielt aber die Zeit gegen die Braunkohle- und Atomkraftwerksbetreiber. Die deutsche Automobilindustrie hat bekanntermaßen den Einstieg ins Elektroautozeitalter regelrecht verschlafen, sodass nennenswerte Stückzahlen an Elektroautos vor dem Jahr 2020 nicht zu erwarten sind.

Die künftige Entwicklung der Elektrizitätsversorgung in Deutschland bleibt also spannend. Es rächt sich, dass seit Jahren hierzulande kein wirkliches Energiekonzept existiert und sowohl den konventionellen Kraftwerksbetreibern als auch den Vertretern der erneuerbaren Energien ein "Weiter so" zugerufen wird. Hierdurch wurden in den letzten Jahren Milliardenbeträge in Kraftwerke investiert, die nicht in eine künftige regenerative Elektrizitätsversorgung passen. Im Hinblick auf den Klimaschutz wäre es wünschenswert, diese Fehlinvestitionen umgehend zu stoppen, um dadurch nicht weiter den Aufbau einer klimaverträglichen regenerativen Energieversorgung zu verzögern. Das für den Herbst angekündigte Energiekonzept der Bundesregierung böte die Chance, die Weichen für eine zukunftsfähige Energieversorgung in Deutschland zu stellen. Der vielstimmige Chor im Vorfeld, lässt aber ein erneutes "Allseits weiter so" mit neuen Fehlinvestitionen befürchten.

Quellen

[1] Bundesverband Erneuerbare Energie (Hrsg.): Stromversorgung 2020, Strom-Ausbauprognose der Erneuerbare-Energien-Branche. Berlin 2009
[2] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.): Ausbau erneuerbarer Energien im Strombereich bis zum Jahr 2030. Berlin, 2008
[3] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.): Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland, Leitszenario 2009. Berlin, 2009

Volker Quaschning


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