Abb.1: Analyse der „kalten Dunkelflaute“ in der zweiten Januarwoche 2018
Die Deloitte-Studie "Untersuchung der Flexibilität von Steinkohlekraftwerken zur Integration erneuerbarer Energien in Deutschland“ [1] soll zwei zentrale Fragen beantworten:
- Wie entwickelt sich der Flexibilitätsbedarf im deutschen Stromsystem bei einem weiter zunehmenden Ausbau der Wind- und Sonnenenergie?
- Kann der bestehende Steinkohlekraftwerkspark in Deutschland wachsende Anteile fluktuierender erneuerbarer Energien ausgleichen und integrieren, ohne dabei die Sicherheit der Stromversorgung zu gefährden?
Die wichtigsten technischen Eigenschaften, welche die Flexibilität thermischer Kraftwerke bestimmen, sind deren Anfahrdauer, Mindestlasten, Leistungsgradienten, sowie minimale Betriebs- und Stillstandszeiten. Die hierzu erforderlichen Daten entstammen einer Literaturrecherche und Expertenbefragungen. Sie gehen in das interne Strommarktmodell DEEM von Deloitte Finance ein. DEEM ist ein gemischt-ganzzahliges, lineares Optimierungsmodell des europäischen Strommarktes, das eine stündliche Kraftwerkseinsatzplanung unter Berücksichtigung der genannten Flexibilitätseigenschaften simuliert.
Analyse „kalter Dunkelflauten“ im Jahr 2018
„Kalte Dunkelflauten“ sind Zeiten, in denen die Erneuerbaren-Einspeisung sehr gering ist, während zugleich ein erheblicher Strombedarf besteht. Solche Zeiträume können in unterschiedlicher Intensität und Dauer mehrmals jährlich auftreten. So gab es – basierend auf Daten von der ENTSO-E Transparenzplattform - beispielsweise in der zweiten Januarwoche 2018 einen 72-Stunden-Zeitraum, in dem die Einspeisung fluktuierender erneuerbarer Energien relativ gering war, während der Strombedarf in weiten Teilen über dem Jahresdurchschnitt lag (Abb. 1).
Während dieses dreitägigen Zeitraums führte der Rückgang der Einspeisung Erneuerbarer auch zu einem Rückgang der Stromexporte. Teilweise importierte Deutschland sogar von seinen Nachbarländern. Auch dort stand Strom aus fluktuierenden Erneuerbaren kaum zur Verfügung. Deren Verfügbarkeit weist über Ländergrenzen hinweg ähnliche Muster auf.
Energiesysteme mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien müssen in der Lage sein, Einspeise-Schocks als Folge ungewöhnlicher Wetterphänomene kompensieren zu können. Zur Identifizierung solcher Zeiträume, die zwar nur eine geringe Eintrittswahrscheinlichkeit aufweisen, aber große Auswirkungen mit sich bringen, wurden in der Deloitte-Studie zwei Bedingungen eingeführt:
- Der Beitrag fluktuierender erneuerbarer Energien zur Deckung der Gesamtlast beträgt weniger als 10 % des Strombedarfs.
- Der Strombedarf liegt über 68 GW, der unteren Grenze der 25 % höchsten Lastwerte innerhalb des betrachteten Jahres.
Am 11.01.2018 waren über 14 Stunden des Tages beide Bedingungen erfüllt. Solche Tage treten etwa siebenmal pro Jahr auf. Im Zeitraum vom 10.01.bis 12.01. wurden in über 40 % der Fälle beide Bedingungen erfüllt. Zeiträume mit einer solch hohen Intensität und Dauer treten etwa drei Mal pro Jahr auf. Je länger die Dauer einer kalten Dunkelflaute, desto geringer ist ihre Eintrittswahrscheinlichkeit, aber desto größer sind die damit einhergehenden Herausforderungen für das System. Auch für eine ganze Woche kann die Anzahl der Stunden, in denen beide Bedingungen erfüllt werden, noch eine beträchtliche Höhe erreichen. Jedes zweite Jahr gibt es beispielsweise eine ganze Woche, in der in mehr als 40 % der Stunden beide Bedingungen erfüllt sind.
Während kalter Dunkelflauten spielen regelbare Kraftwerke eine Schlüsselrolle zum Ausgleich von Stromerzeugung und Strombedarf. Im Januar 2018 haben deutsche Steinkohlekraftwerke wesentlich dazu beigetragen, die Lücke zwischen Angebot und Nachfrage zu schließen.
Im Jahresdurchschnitt hatte Steinkohle 2018 einen Anteil von 12 % am deutschen Strommix. In den drei Tagen der kalten Dunkelflaute stieg der Anteil auf über 20 %. Darüber hinaus trug die Steinkohleflotte wesentlich dazu bei, die Laständerungen im System auszugleichen. Am Abend des 12.01. wurde die Leistung der Flotte in nur acht Stunden um über 13 GW reduziert.
Im Jahresdurchschnitt hatte Steinkohle 2018 einen Anteil von 12 % am deutschen Strommix. In den drei Tagen der kalten Dunkelflaute stieg der Anteil auf über 20 %. Darüber hinaus trug die Steinkohleflotte wesentlich dazu bei, die Laständerungen im System auszugleichen. Am Abend des 12.01. wurde die Leistung der Flotte in nur acht Stunden um über 13 GW reduziert.