Aktuelle Analyse von Agora Energiewende und Fraunhofer IWES bestätigt Ergebnisse der 100 prozent erneuerbar stiftung

Vor wenigen Tagen stellte die Agora Energiewende eine neue Kurzstudie zur Entwicklung der Windenergie in Deutschland vor. Mit der Durchführung der Untersuchung war das Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) beauftragt worden. Im Fokus der Analyse standen dabei die Trends bei Anlagendesigns und die Frage nach der Auswirkung der geographischen Verteilung von Kapazitäten auf das Gesamtsystem.

Die 100 prozent erneuerbar stiftung hatte  bereits im vergangenen Jahr eine Analyse zur räumlichen Verteilung des Windpotenzials in Deutschland erstellt. Gleichzeitig haben wir dafür plädiert, die neuesten Entwicklungen in der Anlagentechnik bei der Weiterentwicklung des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) zu berücksichtigen. Sie machen es möglich, dass heute auch im Binnenland Windenergieanlagen über 3.500 Volllaststunden im Jahr erreichen können – Werte, die früher Offshore-Wind vorbehalten schienen (Volllaststunden sind Kennwerte für die Güte des Windstandortes – sie werden errechnet, indem der Jahresenergieertrag der Anlage durch die Generatorleistung geteilt wird. Übersetzt bedeutet dies: läuft die Anlage an 3.500 Stunden unter voller Last (ab Windgeschwindigkeiten von etwa 12 m/s), hätte sie die gleiche Energiemenge produziert, wie sie es in einem Jahr (mit 8760 Stunden) tatsächlich produziert hat. Tatsächlich laufen Windenergieanlagen aber die meiste Zeit des Jahres unter Teillast. Oftmals wird fälschlicherweise angenommen, die Anlage liefe daher nur jede dritte Stunde und den Rest des Jahres gar nicht, oder laufe an mindestens 3.500 Stunden auf Volllast, den Rest im Teillast-Betrieb etc.). Unsere Hinweise und Ergebnisse sind in der Untersuchung des Fraunhofer IWES nun umfassend bestätigt worden. So verweisen die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts auf die Möglichkeit, dass zukünftig mittels optimierter Anlagendesigns die Vollaststundenzahl deutlich gesteigert werden kann. Der verstärkte Einsatz von Schwachwindanlagen (Anlagen, die bei großen Rotordurchmessern einen vergleichsweise kleinen Generator besitzen) und großen Nabenhöhen bzw. Anlagen, die an die lokalen Windverhältnisse bestmöglich angepasst sind, versprechen demnach, die Auslastung der Generatoren merklich zu erhöhen. Dies ist sowohl an windhöffigen küstennahen als auch an weniger windhöffigen küstenfernen Binnenstandorten möglich. Auch wir hatten bereits in unseren Ausführungen auf die günstigen Eigenschaften der Schwachwindläufer verwiesen und bei unserer Erzeugungssimulation die Leistungskennlinie einer solche Anlage für die meisten Standorte herangezogen.

Hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs der Einspeisung in verschiedenen Regionen über ein Jahr hinweg (2011) stellen die Wissenschaftler des IWES fest, dass generell eine große Korrelation der Windstromeinspeisung in ganz Deutschland besteht. Tendenziell gibt es demnach Wochen, in denen in allen Teilen Deutschlands viel Wind weht, wie auch Wochen, in denen die Einspeisung in allen Teilen Deutschlands gering ist. Dies betrifft Onshore- wie Offshore-Standorte übrigens gleichermaßen. Erhöht man jedoch die zeitliche Auflösung, so lassen sich auf Tages- oder Wochenebene jedoch zahlreiche Phasen auffinden, in denen es zu deutlichen Unterschieden im interregionalen Winddargebot kommt. Auch wenn insgesamt keine negative Korrelationen festgestellt werden konnten, so ist ein abweichendes Windaufkommen am südlichen Standort gegenüber den anderen Regionen am häufigsten gegeben.

Auch wir hatten zwei vorherrschende Dargebotsmuster identifiziert, wobei einmal nahezu zeitgleich der Wind stark oder schwach in allen Regionen Deutschlands weht. Bei dem anderen Muster kommt es zu abweichenden Winddargeboten, wobei die Standorte im südlichen Schwarzwald in unserem Datensatz (Windjahre 2005-2009) die höchste Wahrscheinlichkeit aufweisen, ein geringes Windaufkommen im Norden auszugleichen. Dem äußersten Südwesten folgen Standorte am Alpenrand sowie im Saarland, Rheinland-Pfalz, im restlichen Baden-Württemberg und Bayern, die bei Flaute im Norden am häufigsten höhere Windgeschwindigkeiten verzeichnen.

Doch nicht nur das: Auch unsere Ergebnisse und Schlussfolgerungen aus den günstigen Effekten einer räumlich breiten Streuung der Kapazitäten für das Gesamtsystem werden durch die Fraunhofer-Wissenschaftler bestätigt. Zu den dadurch erzielbaren Verstetigungs- und Ausgleichseffekten schreiben die Autoren des IWES (vgl. Seite 15f.): „Durch das versetzte Abfallen und Ansteigen der Einspeisung an unterschiedlichen Standorten verringert sich der Gradient der gesamten Einspeisung wesentlich. […] Es ist ersichtlich, dass die Gradienten dieser gesamten Einspeisung weit geringer sind sowie Minima und Maxima weniger extrem ausfallen als an den einzelnen Standorten. Kraftwerke zur Deckung der residualen Last haben so mehr Zeit, auf Veränderungen im Winddargebot zu reagieren.“ Weiterhin heißt es: „Relevant für das Energieversorgungssystem sind insbesondere Höhe und Häufigkeit besonders großer negativer sowie positiver Leistungsgradienten. In diesen Situationen ist ein schnelles Hoch- beziehungsweise Herunterregeln des hydrothermischen Kraftwerksparks erforderlich. […] Sowohl für hohe positive wie auch hohe negative Gradienten liegt die Häufigkeit bei Aggregation aller sechs Standorte unter der der drei Nordstandorte. Eine großräumige Verteilung der Anlagen führt folglich zu einer Glättung der Einspeisung. So tritt zum Beispiel eine abfallende Flanke von 30 Prozent der Nennleistung innerhalb einer Stunde bei den nördlichen Standorten in etwa 17 Stunden im Jahr (0,2 Prozent der Jahresstunden) auf. Bei der Einspeisung an allen sechs Standorten reduziert sich diese Anzahl auf zwei Stunden im Jahr (0,023 Prozent der Jahresstunden). Generell lässt sich feststellen, dass die Erweiterung der Erzeugungsfläche, gewisse Mindesterträge vorausgesetzt, einen positiven Effekt auf das Gesamtsystem hat, sofern die Übertragungsnetze in der Lage sind, die eingespeisten Leistungen den Verbrauchern zuzuführen.“

Doch hinsichtlich der Netzsituation ist wohl eher Entspannung angesagt – entgegen aller gebetsmühlenartigen Behauptungen, der Netzausbau komme nicht schnell genug voran. Immer mehr Fachleute, so etwa auch Christian von Hirschhausen, Professor für Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik an der Berliner TU, halten die favorisierten Szenarien zum Netzausbau für deutlich überdimensioniert. Sie garantieren vielmehr selbst bei viel Wind oder Sonne den reibungslosen Abtransport des günstigen, aber hoch CO2-intensiven Stroms aus den rheinischen und ostdeutschen Braunkohlerevieren, wie etwa Prof. Lorenz Jarass von der Hochschule Wiesbaden warnt. Auch das Dogma, der Netzausbau in Richtung „Kupferplatte“ sei die günstigste Variante, bekommt zunehmend Risse. Vielmehr sollte das Augenmerk wohl auf die räumliche Verteilung erneuerbarer Erzeugungskapazitäten gerichtet werden. In diesem Sinne hatte BET Aachen hat schon vergangenes Jahr in einem weiteren Papier für die Agora Energiewende zum Netzentwicklungsplan  angemerkt, dass es „inhaltlich jedoch klar [ist], dass eine Verlagerung, z.B. von Windenergie in den Süden Deutschlands, netzentlastend wirken würde“ (vgl. Seite 10). Eigentlich überflüssig zu erwähnen, dass der Strom dann dort produziert würde, wo er auch benötigt wird. Es wäre sehr zu begrüßen, wenn politische Entscheidungsträger diese Ergebnisse zur Kenntnis nehmen könnten, bevor sie grundlegende Veränderungen an der Fördersystematik erneuerbarer Energien vornehmen oder über langfristige Infrastrukturinvestitionen entscheiden, die bei veränderten Rahmenbedingungen schnell zu stranded investments werden könnten. Es ließen sich beispielsweise durch Volllaststundenkriterien bei entsprechender Windhöffigkeit steuernde Elemente im Erneuerbaren-Energien-Gesetz ergänzen, die entsprechend eine gleichmäßigere räumliche Verteilung begünstigen als auch den Einsatz von Anlagen, die besser an die lokalen Windaufkommen angepasst sind und somit förderliche Eigenschaften zur Stabilisierung des gesamten Stromsystems besitzen.

Jedenfalls sollte die These, dass sich Windenergie nur im küstennahen Norden lohne, weil dort der Wind wesentlich stärker und stetiger wehe, endgültig dort landen, wo sie hingehört: Auf dem Müllhaufen der kruden Thesen, die die Realität komplett verzerren. Ebenso gehört dort auch der viel zitierte Mythos von der Grundlastfähigkeit der Offshore-Windenergie hin.