Schneller Ausbau von Wind und Solar erhöht den Strompreis und gefährdet die Netzstabilität

Der Bundesrechnungshof hat sich in seinem jüngsten Sonderbericht zur Energiewende sehr eindeutig geäußert. „Die Versorgungssicherheit ist gefährdet, der Strom ist teurer und Auswirkungen auf Landschaft, Natur und Umwelt kann die Bundesregierung nicht umfassend bewerten“. Die Energiewende sei „bei der Stromversorgung nicht auf Kurs“, so das Urteil der Finanzkontrolleure.

In der Tat lässt sich zeigen, dass der von der Bundesregierung verfolgte einseitige Ausbau von Wind und Solar auf zwei große Probleme stößt: Er gefährdet die Stabilität der Netze und es fehlen die notwendigen Speicherlösungen. Dies sei im Folgenden näher erläutert.

Keine Netzstabilität ohne konventionelle Kraftwerke

Wind- und Solaranlagen haben das zentrale Problem, dass sie nicht stabil und regelbar, sondern wetterabhängig und damit stark schwankend Leistung ins Netz einspeisen. Hierfür benötigt man ein Netz, das von sich aus frequenzstabil ist und das die Leistung über die verfügbaren Leitungen auch abführen kann. Die Netzstabilität können aber nur die konventionellen Kraftwerke garantieren.

Dies begründet sich dadurch, dass die gespeicherte Energie in den rotierenden mechanischen Massen der Generatoren und Turbinen das Netz stützen und so in der Lage sind, bei Netzkurzschlüssen die erforderlichen Kurzschlussströme zur Auslösung der Sicherheitselemente (Sicherungen und Leistungsschalter) zu liefern. Wind- und Solaranlagen sind dagegen stromgeregelt, auch bei Kurzschlüssen liefern sie nur den eingestellten Nennstrom.

Hieraus folgt, dass nur konventionelle Kraftwerke und Importe die Stromversorgung zu jedem Zeitpunkt sichern können. Dafür müssen sie eine Mindestleistung von rund 23 Prozent bis 32 Prozent der erforderlichen Verbraucherleistung einspeisen.

Ohne Speicher ist der weitere Ausbau von Wind und Solar sinnlos

Das zweite große Problem besteht darin, dass die erforderlichen großen Speicher für Wind- und Solarleistung nicht verfügbar sind und auch für die nächsten zehn Jahre nicht absehbar sind. Da das Potenzial für weitere Pumpspeicherkraftwerke begrenzt ist und sich Batteriespeicher nicht als Langzeitspeicher in dieser Größenordnung eignen, kommt nur die Speicherung über Wasserstoff infrage. Hierfür müssten Elektrolyseure im Gigawattbereich gebaut werden, um aus Ökostrom Wasserstoff zu produzieren.

Bei einem Wirkungsgrad von rund 20 Prozent müsste jedoch das Fünffache an Ökostrom aufgewandt werden. Um aus Wasser eine Tonne Wasserstoff zu machen, werden zudem je nach Quelle noch 12 bis 30 Tonnen Trinkwasser höchster Qualität benötigt. Bei der Wasserknappheit und erst recht in trockenen Regionen Südeuropas beziehungsweise Nordafrikas ist dabei mit erheblichen Schwierigkeiten zu rechnen.

Die Verwendung von Meerwasser wird den gesamten Wirkungsgrad durch die notwendige Entsalzung des Wassers weiter reduzieren. Um dann elektrische Leistung mit dem Wasserstoff zu erzeugen, müssten in Deutschland noch über 50 neue Gaskraftwerke mit jeweils 800 Megawatt (MW) gebaut werden. Dies möchte die Bundesregierung nun anschieben, ist jedoch mit dem Problem konfrontiert, dass die Industrie sie darauf hinweist, dass die ganze Prozesskette so teuer ausfällt, dass diese Kraftwerke nicht ohne Subventionen gebaut und betrieben werden können.

Weiterer Zubau von Wind und Solar vergrößert die Probleme

Dass der weitere Zubau von Wind- und Solaranlagen die Probleme verschärft, lässt sich sehr gut zeigen, wenn man die Leistungssituation eines Monats betrachtet und auf das Zielszenario 2030 von Robert Habeck projiziert.

Leistungsbilanz August 2023. Foto: Rolf Schuster, Vernunftkraft Hessen

Die obige Grafik zeigt die Leistungsbilanz des Monats August 2023. Die blauen und gelben Flächen zeigen die Einspeisung von Wind- beziehungsweise Solarstrom, die braunen Flächen spiegeln die Differenz zum Verbrauch wider. Diesem Szenario liegt eine gegenwärtig installierte Leistung von Wind- und Solarstrom von etwas über 140 Gigawatt (GW) zugrunde.

Wird diese Leistung nun auf insgesamt 400 GW zum Jahr 2030 erhöht, wie dies von Habeck beabsichtigt wird, so ergibt sich folgende Situation:

Leistungsbilanz von August 2023 im Zielszenario 2030 mit 400 GW installierter Leistung von Wind und Solar. Foto: Rolf Schuster, Vernunftkraft Hessen

Wie zuvor liegt die Einspeiseleistung weit unter der Nennleistung. Sie übersteigt jedoch – vor allem bei Wind und bei Sonnenschein – den Verbrauch. Trotz des erheblichen Zubaus kann die Stromversorgungssicherheit also nicht ohne die Einspeisung aus konventionellen Kraftwerken garantiert werden.

Hohe Stromkosten durch Redispatchmaßnahmen im Im- und Export

Letzteres zeigen auch die Leistungsbilanzen für die Tage 2., 3. und 23. Juli 2023. Obwohl die gesamte benötigte Leistung zwischen 40 GW bis 60 GW für länger als acht Stunden in der Mittagszeit regenerativ erzeugt wird, müssen die konventionellen Kraftwerke zusätzlich über 7 GW als Mindestleistung zur Netzstabilisierung einspeisen. Weil diese Überschussleistung keinen Abnehmer findet, muss sie verschenkt oder zu einem negativen Strompreis exportiert werden.

Strompreis, -erzeugung und -verbrauch am 2., 3. und 23. Juli 2023. Foto: Prof. Alwin Burgholte

Diese Zustände wiederholen sich ständig, wenn viel Sonnen- und Windstrom erzeugt wird. Dabei musste Deutschland in diesem Jahr Preise von in der Spitze 50 Cent/kWh für die Leistungsentsorgung an das Abnehmerland bezahlen, während in importabhängigen Zeiten Preise von bis zu 52,4 Cent/kWh bezahlt werden mussten.

Was leider auch nicht erwähnt wird, sind die enorm hohen Kosten für den erforderlichen Netzausbau und die Investitionen in die Elektrolyseure zur Wasserstofferzeugung. Unerwähnt sind auch der sehr schlechte Gesamtwirkungsgrad von kleiner 20 Prozent, um aus Ökostrom Wasserstoff und daraus mit Gaskraftwerken wieder elektrische Leistung zu machen.

Die wirtschaftlichen Folgen sind heute schon absehbar: Deutschland wird deindustrialisiert.

Zum Autor

Prof. (i.R.) Dipl.-Ing. Alwin Burgholte unterrichtete an der Jade Hoch­schule in Wil­helmshaven Lei­stungs­elektro­nik und Elektromag­netische Ver­träglichkeit (EMV).

Im Rahmen des Technologietransfers untersuchte er elektrische Energieversorgungsnetze bezüglich der Power Quality und der Netzstabilität auf allen Spannungsebenen und Störursachen bei elektronischen Steuerungen. Das umfasst vor allem die Automobilfertigung und die normenkonforme Vermessung diverser Produkte bezüglich der zulässigen Störemission und der Störfestigkeit.