Studie der 100 prozent erneuerbar stiftung zeigt: Räumlich gleichmäßige Verteilung von Windenergie und Photovoltaik ist besser für das Energiesystem

 Nach der isolierten Betrachtung des Wind- und Solarstrahlungsdargebotes in Deutschland in den vorangegangen  Veröffentlichungen hat die 100 prozent erneuerbar stiftung nun eine neue umfangreiche Studie vorgelegt. Die volatilen Haupttechniken der erneuerbaren Energieerzeugung werden dabei erstmals zusammen betrachtet. Im Fokus des Forschungsinteresses stehen dabei die Fragen nach der Gleichzeitigkeit der Erzeugung und die nach den Effekten der räumlichen Verteilung von dargebotsabhängigen Kapazitäten auf die Residuallast und die Gradienten in den zwischenstündlichen Einspeisehöhen. Die wesentlichen Ergebnisse: Windenergie und Photovoltaik ergänzen sich gut. Und je gleichmäßiger man ihre Erzeugungskapazitäten im Raum verteilt, desto besser ist es für das Gesamtsystem.

Die Untersuchung analysiert die Wind- und Solarenergieerzeugung von 2008 bis 2012 an über 30 deutschlandweit verteilten Standorten. Die Studie beweist, dass sowohl Windenergie- als auch die photovoltaische Erzeugung durchaus eine beträchtliche räumliche Varianz der Erzeugung aufweisen. Diese Varianz kann durch eine räumliche nicht konzentrierte Verteilung der Erzeugungskapazitäten energiewirtschaftlich genutzt werde. Photovoltaik weist zwar eine höhere Gleichzeitigkeit als Windenergie auf. Dies bedeutet aber nicht, dass der energiewirtschaftliche Wert von Photovoltaik gegenüber Windenergie geringer ist. Denn zum einen ist der räumliche Ausgleichseffekt bei Photovoltaik verlässlicher als bei Wind. Zweitens ergänzen sich Photovoltaik und Windenergie gut – sie sind negativ miteinander korreliert.

Für die kombinierte Erzeugung der Windenergie und Photovoltaik ist ein Ergebnis besonders wichtig. Der Effekt der räumlichen Verteilung von Wind- und Photovoltaikanlagen ist zu den lichten Stunden des Tages – also dann wenn die Nachfrage nach Strom höher ist – stärker als nachts, frühmorgens und abends.

Weiterhin zeigt sich, dass der Effekt des räumlichen Ausgleiches ist eindeutig durch die Distanz der Erzeugungsorte untereinander bedingt ist. Je weitflächiger also erneuerbare Energieanlagen im Raum verteilt werden, desto stärker ist der Effekt. Er beginnt aber, bereits bei geringen Distanzen von unter 200 km zu wirken.

Darüber hinaus unterstützen die Ergebnisse der Studie die These, dass allein die Konzentration der Erzeugung auf die besten Standorten nicht der bevorzugte Ausbaupfad sein sollte. Wesentlicher Nachteil einer ungleichmäßig verteilten Erzeugung ist, dass die verbleibende Residuallast im Mittel höher ist. Dies gilt vor allem für die negative Residuallast (Erzeugungsüberschüsse). Außerdem treten extrem negative Residuallastwerte häufiger auf. Die höhere negative Residuallast birgt die Gefahr volkswirtschaftlicher Wohlfahrtsverluste – zum Beispiel, weil für den überschüssigen Strom zu viele Speicher installiert oder die Stromnetze zu sehr ausgebaut werden müssen oder weil zu häufig Entschädigungszahlungen geleistet werden. Diese Wohlfahrtsverluste lassen sich durch eine gleichmäßiger Verteilung der Kapazitäten reduzieren.

Die räumliche Verteilung beeinflusst auch die Leistungsgradienten. So bezeichnet man Sprünge in der erzeugten Leistung innerhalb eines Zeitintervalls nach oben oder unten. Je ausgeprägter die Gradienten sind, umso mehr ist die Systemstabilität gefährdet. Eine räumlich ungleichmäßige Verteilung der Erzeugung erhöht, so zeigt die Studie, die Wahrscheinlichkeit, dass die Gradienten extrem groß ausfallen. Mit anderen Worten: Je konzentrierter die Erzeugungskapazitäten von Windenergie und Photovoltaik ist, umso instabiler wird das System.

Insgesamt zeigt die Studie, dass es energiewirtschaftlich sinnvoll ist, die Windenergie- und Photovoltaikanlagen möglichst dezentral im Raum zu verteilen. Die Konzentration auf wenige Standorte würde sich hingegen aus einer Gesamtsystemsicht negativ auswirken.

Die Studie „Ungleichzeitigkeit und Effekte räumlicher Verteilung von Wind- und Solarenergie“ in einer Kurz- und in der Langfassung ist hier zu finden.