Schlagwort: EEG

Marktintegration der Windenergie

von Marianne Diem, Februar 2017

 

Windenergie Einspeisung Titel

Die Windenergie steht auch in unseren Breitengraden in relevantem Maße zur Verfügung und ist unter den Erneuerbaren Energien vergleichsweise wirtschaftlich. Kein Wunder also, dass beim Ausbau der Erneuerbaren stark auf Windenergie gesetzt wird. Ist der Ausbau der Windenergie aber bereits marktintegiert? Oder sind es nur die Redundanzen und Spielräume der konventionellen Erzeugung, die Windeinspeisung bis zu einer gewissen bald erreichten Größenordnung ermöglichen?

Die folgende Auswertung zeigt Profile der Wind- und Solareinspeisung im Verhältnis zur jeweils relevanten Verbrauchslast. In Folge gehen wir der Frage nach, aus welchen Quellen die verbleibende Restlast nach Abzug der vorrangigen Einspeisung Erneuerbarer Energien gedeckt wird und ob sie auch künftig noch so gedeckt werden kann. Auch die Wirksamkeit der bisher getroffenen Maßnahmen zur Integration der Erneuerbaren Energien kann abgeschätzt werden. Alle im folgenden präsentierten historischen Daten kommen von der Transparenzplattform der Entso-E. Die Graphiken zeigen exemplarisch immer den Mai 2016.

Windenergie-Einspeisung in der Regelzone 50 Hertz

In Norddeutschland weht mehr Wind als in Süddeutschland. Verfügbare Flächen findet man leichter in dünner besiedelten Gebieten. Somit stehen die meisten Windräder in der Regelzone 50 Hertz. Hier werden somit die Auswirkungen der Windeinspeisung zuerst sichtbar. Die Windeinspeisung übersteigt in dieser Regelzone bereits regelmäßig die Gesamtlast. Hier Gesamtlast und Windeinspeisung in der Regelzone 50 Hertz im Mai 2016:

 

 

Last Windeinspeisung 50Hertz

Die Überspeisung erfolgt im Mai wegen der sehr tiefen Last in der Nacht von Pfingstmontag auf Pfingstdienstag. Möglicherweise sind die Lastwerte an dieser Stelle nicht plausibel. Viertelstunden, in denen die Windeinspeisung höher ist als die Last treten in der Regelzone 50 Hertz jedoch regelmäßig auf. Insgesamt überschritt dort in 2016 die Windeinspeisung in über 1000 Viertelstunden die Last.

 

Man sieht ebenfalls, dass die Windeinspeisung in mehreren Viertelstunden fast auf Null heruntergeht und dort zuweilen auch für ein paar Stunden bleibt.

 

Die Restlast, die durch Stromtransport, Speicher und andere Erzeugung zu decken ist, sah im hier durchgehend betrachteten Mai 2016 wie folgt aus:

Restlast 50 Hertz

 

Erschwerend ist zu berücksichtigen, dass diese Restlast nur mit hohen Unsicherheiten  prognostiziert werden kann. Am 17.05.2016 stieg die Restlast nach Abzug der Windeinspeisung in den 4 Stunden zwischen 5:15 Uhr und 9:15 Uhr von -303 MW (oder nahe Null) auf 7065 MW an. Da der Zeitpunkt der Windpeaks niemals auf die Stunde genau vorhersagbar ist, besteht für den konventionellen Kraftwerkspark bis zum letzten Moment die Unsicherheit, ob keine oder volle Leistung gefordert ist.

 

Natürlich hofft man, dass sich solche Schwankungen bundesweit ausgleichen.

Windenergie-Einspeisung in Deutschland

Deutschlandweit ist im Verhältnis zur Last weniger Windleistung installiert als in der Regelzone 50 Hertz. Somit nimmt sich die Windeinspeisung gegenüber der deutschen Gesamtlast noch verhältnismäßig harmlos aus:

Last Windeinspeisung DE

 

Der schöne Verlauf der Last zeigt zunächst, dass die deutliche Reaktion der Preise auf Wind- und Solareinspeisung inklusive negativer Preise bisher nicht zu einer Flexibilisierung der Last geführt haben. Diese zeigt nach wie vor eine deutliche Wochenstruktur und herabgesetzte Last an den Feiertagen:

  • 1. Mai
  • 5. Mai (Christi Himmelfahrt)
  • 8. Mai (Muttertag)
  • 16. Mai (Pfingstmontag) und
  • 26. Mai (Fronleichnam)

Weiterhin sieht man auf den zweiten Blick, dass sich die Windeinspeisung deutschlandweit kaum mittelt. Die Windeinspeisung in 50 Hertz hat im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die gesamtdeutsche.

Fehlende Glättungseffekte bei Windeinspeisung

Wind ist ein großflächiges Phänomen.  Der Wind weht durch ganz Europa. Auch die über mehrere Länder Europas aggregierte Windeinspeisung zeigt kein günstiges Profil. Hier die Windeinspeisung in 50 Hertz, Deutschland und aggregiert über Deutschland, Österreich, Benelux, Frankreich und Polen:

Windeinspeisung Europa

 

Wie man sieht, zeigen sich auch im Gesamtprofil tiefe Klüfte und extreme Lastgradienten. Die Einspeisespitzen skalieren sich hoch. Die Profilverbesserung bei der Aggregation hält sich in Grenzen. Von einem weiteren Ausbau der Windenergie in Deutschland ist eine Verbesserung des Einspeiseprofils kaum zu erwarten. Wind ist ein sehr großflächiges Phänomen. Nur weit entfernte Standorte bieten Durchmischungseffekte. So ist die Windeinspeisung in 50Hertz und in Polen sehr hoch korreliert, während Polen und Frankreich fast unkorreliert sind.

 

Doch wenn der Wind nicht weht – so hört man oft – dann scheint bestimmt die Sonne und ansonsten gibt es ja Pumpspeicher.

Einspeisung der Erneuerbaren und Speicher

Die Solareinspeisung fällt zwar mit den Zeitpunkten der maximalen Last zusammen, das extrem spitze Profil ist jedoch perspektivisch nicht unproblematisch. Hier Wind- (grau) und Solareinspeisung (gelb) in Deutschland zusammen mit der Last (blau) in Deutschland:

Solar Windeinspeisung DE

 

Da die Solareinspeisung durch deterministische Ereignisse wie Sonnenaufgang und -untergang bestimmt ist, ist durch Ausbau der Solareinspeisung keine Diversifizierung zu erwarten. Ein weiterer Ausbau führt zu hochskalierten Spitzen. Die zu deckende Restlast 2016 sieht nach Abzug der vorrangigen Wind- und Solareinspeisung wie folgt aus (blau):

 

Differenzlast Pumpspeicher DE

Die rote Linie unten zeigt dabei den Einsatz der deutschen Pumpspeicher. Ihre maximale Einspeiseleistung im Mai 2016 betrug 5395 MW. Auch die verfügbare Arbeit bleibt offenbar hinter den Erwartungen zurück. Es muss sich somit noch einiges tun, wenn die Probleme der Energiewende in Deutschland durch solche Speicher gelöst werden sollen.

 

Deshalb hofft man hier auf die höheren Speicherkapazitäten der Gebirgsländer Österreich und Norwegen.

Lastdeckung in der Bidding-Zone DE-AT-LU

Da das skandinavische Stromnetz derzeit nicht einmal mit Deutschland synchronisiert ist, schauen wir uns die Bidding-Zone Deutschland-Österreich-Luxemburg an. Die Lastdeckung durch Wind (grau), Solar (gelb) und Pumpspeicher (rot) stellt sich hier so dar:

Solar Windeinspeisung DE-AT-LU

 

Der Erzeugungsbeitrag der Pumpspeicher erhöht in der Graphik die Solarspitzen, der Lastbeitrag die Lastkurve. Die Abnahme der Pumpspeicher ist nicht in der blauen Lastkurve enthalten. Es mag verwundern, dass die Stromabnahme der Pumpspeicher oftmals gerade mittags zur Zeit der Spitzenlast erfolgt. Dies dient der Ausregelung der Solarenergieeinspeisung. Insgesamt sieht man auch hier, dass der Beitrag der Pumpspeicher (nur) der Feinregelung dient.

 

Wo kommt somit die Flexibilität her, die zur Deckung der Restlast nach Abzug von Wind- und Solareinspeisung erforderlich ist?

 

Zunächst einmal stellt man fest, dass ein großer Teil der verbleibenden Erzeugung dazu nichts beiträgt. Biomasse, Flusswasser und Kernenergie liefern im Wesentlichen Base. Die Abweichungen von der Baselinie sind offenbar mehr durch Ausfälle als durch die Struktur der Restlast getrieben:

 

Baseeinspeisung DE-AT-LU

Dies zeigt, dass die zaghaften Versuche über das Marktprämienmodell einen Anreiz zu einer marktgerechteren Einspeisung der Erneuerbaren – insbesondere der Biomassekraftwerke – zu schaffen, ohne Wirkung geblieben sind. Die Biomasse-Einspeisung im Mai 2016 ist unkorreliert zur Restlast.

 

Als Quelle von Flexibilität verbleiben (in der folgenden Graphik von unten nach oben):

  • Braunkohlekraftwerke
  • Steinkohlekraftwerke
  • Gaskraftwerke
  • Other: ein bei ENTSO-E nicht näher spezifizierter Rest

Erstaunlicherweise ist der Flexibilitätsbeitrag der Kohle keineswegs unerheblich:

 

 

Deckung Restlast DE-AT-LU

Man sieht jedoch, dass auf die Lasttiefpunkte am Muttertag, am Pfingstwochenende und an Fronleichnam nicht ausreichend reagiert werden kann, so dass es zu Lastüberschreitungen kommt. Die Differenz zwischen Last und Energieerzeugung insgesamt sieht im Mai 2016 so aus:

Strom Import Export DE-AT-LU

 

Diese Restposition wurde von dem Kraftwerkspark in Deutschland, Österreich und Luxemburg nicht bereitgestellt und wird durch Import/Export aus/in andere europäische Länder wie Schweiz, Frankreich und Polen gedeckt.

 

Man sieht, dass insbesondere an den Feiertagen größere Mengen aus der Bidding-Zone ins weitere Ausland abgeflossen sind, am 8.05. begleitet von negativen Preisen von unter -100 €/MWh. Weiterhin ist bei der Kaufposition (positiv) durchgehend die typische Doppelspitze der Restlast zur Tagesmitte erkennbar, die aus der Ausfräsung der Lastspitze durch Solarenergie entsteht.

Fazit

Insgesamt zeigt der kleine Rückblick auf das Jahr 2016, dass man den Voraussetzungen einer rein erneuerbaren Erzeugung bisher nicht wirklich näher gekommen ist:

  • weiterhin ist die Last vollkommen preisinsensitiv.
  • trotz der Anpassungen des EEG im Rahmen des Marktprämienmodells erfolgt die Einspeisung der Erneuerbaren inklusive der Biomassekraftwerke weiterhin preis- und lastunabhängig
  • perspektivisch nicht mehr erwünschte Kohlekraftwerke leisten einen entscheidenden Beitrag zu Netzstabilität und Versorgungssicherheit.

Zusammenfassend basieren die Stabilität der Energienetze und die Versorgungssicherheit nach wie vor auf der Fähigkeit des konventionellen Kraftwerksparks aus Kohle, Gas und Wasser, jede entstehende Restlast und jede unprognostizierbare Schwankung dieser Restlast auszugleichen. Dabei wird zur Deckung des deutschen Flexibilitätsbedarfs auf Flexibilitäten des gesamten europäischen Erzeugungsparks zurückgegriffen. Diese Inanspruchnahme der Nachbarländer setzt implizit voraus, dass unsere Nachbarländer nicht im selben Maße wie wir auf Wind und Sonne setzen.