04.11.2019 - Basiswissen Energiewende - Ergänzen sich Sonne und Wind?


Es gibt in Deutschland Professoren [8] und Institute [9], die an die Zuverlässigkeit der regenerativen Energieerzeugung glauben und die These vertreten "Windkraft und Photovoltaik ergänzen sich oft sehr gut". Das Adverb "oft" sollte einen stutzig machen und vielleicht bekommen Sie sogar Zweifel bei der Bewertung "sehr gut".

Dass die Sonne nachts nicht scheint, ist jedem klar. Doch liefert der Wind in der Nacht genug Energie? Muss er ja wohl, denn der Stromvertrag mit Ihrem Energieversorger bietet doch 100% Erneuerbare Energie!? Eine Frage, die Sie durchaus Ihrem Energieversorger stellen können.

Betrachten wir zunächst die Verteilung der Energieerträge (Wind: blaue Balken, Sonne: gelbe Balken) über das Jahr 2018 [1]. Die monatlichen Abweichungen gegenüber dem Durchschnittswert (rote Linie) von 13,1 TWh sind erstaunlich gering.




Doch der Schein trügt. Es sind nur Durchschnittswerte! Man muss schon ins Detail gehen. Schauen wir uns die nächste Auflösung an - Die Wochenauswertung [2].



Die klare Struktur zerfällt in Einzelspitzen. Beim nächsten Diagramm - der Tagesauswertung [3] - wird es noch auffälliger.




Die Zahl der Spitzen bzw. der Lücken ist unübersehbar. Der Durchschnittswert (rote Linie) wird ständig über- bzw. unterschritten. Die Übersichtlichkeit ist endgültig verlorengegangen. Der letzte Schritt ist die Stundenauswertung [6].




Dieses Beispiel ist wieder klar verständlich. Stark wechselnde Winderträge von unter 1 GWh (7.2.2018) bis zu 30 GWh (11.2.2018) [4]. Ebenso sehr unterschiedliche Sonnenerträge von 0 GWh bis 18 GWh (14.2.2018)[5]. Man sieht auch, dass fast 6 Tage lang (5.2 - 11.2.2018) die Gesamtproduktion unter dem Durchschnitt lag. Das komplette Jahr sieht ähnlich aus. Nur in den Sommermonaten dominiert die Sonnenenergie [7].

Es ist offensichtlich, dass die Kombination von Sonne und Wind nicht in der Lage ist, Energie gleichmäßig zur Verfügung zu stellen. Der Ertrag schwankt von Tag zu Tag, Stunde zu Stunde und ist nicht auf eine Jahreszeit beschränkt. Um dieses Problem besser zu veranschaulichen, helfen nur kompakte Statistiken. Die folgende Grafik [11] des Fraunhofer Institutes (ergänzt um eigene zusätzliche Informationen) zeigt einen wichtigen Aspekt. Es ist die Auswertung des Jahres 2018, die einerseits die Leistungen von Sonne und Wind gegenüberstellt und andererseits den erzielten Gesamtwert darstellt. Jeder rote Punkt ist die Kombination eines Solar- mit einem Windertragswertes. Alle 35040 Einzelwerte (siehe Agenda "15-Minuten Werte") überlagern sich. Auf diese Weise kann man leicht erkennen, ob es zu bestimmten Verteilungen der Leistungswerte kommt.




Im Kapitel "11.2.3 Sonnen- und Windstrom ergänzen sich" des Berichtes "Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland" [10] vom Fraunhofer Institut finden Sie folgenden entscheidenden Satz:

Klimabedingt korrelieren in Deutschland hohe Sonneneinstrahlung und hohe Windstärken negativ auf allen Zeitskalen von Stunden bis Monaten.

Das bedeutet nichts anderes, als dass beim Ansteigen eines Wertes der andere Wert abfällt oder stagniert. Im weiteren Textverlauf liest man: "Auf Stundenbasis gelangten im Jahr 2017 bei einer installierten Leistung von 42 GW PV und 56 GW Windkraft (Gesamtwert: 98 GW) am Jahresende in der Summe nur selten mehr als 45 GW Leistung in das Stromnetz".
Das hier gezeigte Diagramm bezieht sich auf das Jahr 2018 mit einer installierten Leistung von 46 GW Photovoltaik (waagrechte, orange Linie) und 59 GW Windkraft (senkrechte, orange Linie). Doch auch im Jahr 2018 wird die Summe von mehr als 45 GW Leistung nur selten erreicht. Der maximale Windertragswert betrug 44 GW (waagrechter, grüner Pfeil) und der maximale Solarertragswert betrug 29 GW (senkrechter, grüner Pfeil). Die installierte Leistung betrug 105 GW (46 GW Photovoltaik und 59 GW Wind) und sie wurde nicht einmal ansatzweise erreicht. Das ist eine Effektivität von nur 17 % !!!

Fazit
Die Versorgungssicherheit Deutschlands kann nicht durch die Kombination der Sonnen- mit der Windkraft alleine sichergestellt werden.
Die offensichtlichen, teilweise gravierenden Leistungsdefizite werden zurzeit durch die Kohlekraft kompensiert.
Es bedarf zusätzlicher nicht-volatiler Energiequellen (z.B. Gaskraftwerke), insbesondere aber leistungsfähiger, betriebsbewährter Speichersysteme.

Reiner Pracht

Referenzen

[1] https://www.energy-charts.de/energy_de.htm?source=all-sources&period=monthly&year=2018
[2] https://www.energy-charts.de/energy_de.htm?source=all-sources&period=weekly&year=2018
[3] https://www.energy-charts.de/energy_de.htm?source=all-sources&period=daily&year=2018
[4] https://www.energy-charts.de/power_de.htm?source=all-sources&year=2018&week=6
[5] https://www.energy-charts.de/power_de.htm?source=all-sources&year=2018&week=7
[6] https://www.energy-charts.de/power_de.htm?source=all-sources&year=2018&month=2
[7] https://www.energy-charts.de/power_de.htm?source=solar-wind&year=2018&month=7
[8] Homepage von Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Quaschning,https://www.volker-quaschning.de/artikel/2012-05-Licht-aus/index.php
[9] https://www.dwd.de/DE/presse/pressemitteilungen/DE/2018/20180306_pressemitteilung_klima_pk_news.html
[10] Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland, Fraunhofer ISE, www.pv-fakten.de
[11] https://www.energy-charts.de/scatter_de.htm?source=solarVSWind&year=2018