Stromproduktion aus erneuerbaren Energien im Fokus der 4. Viktor

Stromproduktion aus erneuerbaren
Energien im Fokus der 4. Viktor-KaplanLecture
10.6.2015
Experten aus Forschung, Lehre und Praxis diskutieren, wie Photovoltaik und
Windkraft europaweit das Energiesystem verändern
Wie Photovoltaik und Windkraft europaweit das Energiesystem verändern, war
Thema der 4. Viktor-Kaplan-Lecture von Oesterreichs Energie in
Zusammenarbeit mit der FH Technikum Wien. Aktuell sind europaweit
Windkraftanlagen mit einer Gesamtleistung von rund 128 Gigawatt (GW)
sowie Photovoltaikanlagen mit etwa 80 GW installiert. Der maximale Bedarf
an Leistung (Spitzenlast) liegt in den drei wesentlichen europäischen
Verbundnetzen bei 500 GW. Schon heute stellen Wind und Photovoltaik das
Lastmanagement vor große Herausforderungen. "Erneuerbare Energien
deckten 2013 rund 22,1 Prozent des weltweiten Strombedarfs, Österreich
nimmt mit 77 Prozent eine Spitzenstellung ein", erklärte Barbara Schmidt,
Generalsekretärin von Oesterreichs Energie.
Der Trend Richtung Erneuerbare wird sich in den kommenden Jahrzehnten
fortsetzen. Die EU hat beschlossen, den Anteil der erneuerbaren Energien am
Bruttoendenergieverbrauch bis 2030 auf 27 Prozent zu steigern. Weltweit
wird laut Berechnungen der Internationalen Energieagentur (IEA) bis 2040 ein
Drittel des Elektrizitätsbedarfs durch erneuerbare Energien gedeckt werden.
Damit ändert sich die Struktur der Stromerzeugung massiv. Großkraftwerke
verlieren an Bedeutung, die Produktion in Kleinanlagen mit wenigen Kilowatt
Leistung, z. B. Photovoltaikanlagen, nimmt dem gegenüber zu. "Dadurch
werden vor allem die Verteilnetze, an denen die Ökostromanlagen
angeschlossen sind, erheblich größere Aufgaben wahrnehmen müssen als
heute", erklärte Schmidt. Die an günstigen Standorten installierte Leistung
übersteigt oft den regionalen Bedarf. Schmidt: "Wir brauchen deshalb ein
neues Verständnis für die Rollen und Verantwortlichkeiten im Stromsystem,
um die in Österreich in den kommenden Jahren zu erwartenden 4000 MW an
Windkraft und 1200 MW an Photovoltaik ohne Gefahr für die
Versorgungssicherheit in die Netze zu intergieren." Diese Herausforderung
können nur alle energiewirtschaftlich und energiepolitisch Verantwortlichen
gemeinsam bewältigen, fügte Schmidt hinzu.
Unterschätzte Entwicklung
Laut Hubert Fechner, Studiengangsleiter der FH Technikum Wien, wurde die
Entwicklung der Windenergie und der Photovoltaik lange Zeit unterschätzt. So
vermeinte die damalige deutsche Umweltministerin und heutige
Bundeskanzlerin Angela Merkel im Jahr 1994, Sonne, Wasser und Wind
könnten "niemals mehr als vier Prozent zur deutschen Stromversorgung
beitragen." Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostizierte 2005,
Solaranlagen würden bis 2050 nicht einmal zwei Prozent der globalen
Stromerzeugung ausmachen. Im Jahr 2009 korrigierte sie diesen Wert allein
für Photovoltaikanlagen auf elf Prozent, im Jahr 2014 auf 16 Prozent für
Photovoltaik und weitere mehr als elf Prozent für "Concentrated Solar Power"Anlagen. In diesen Anlagen wird durch Sonnenenergie Dampf erzeugt, der
wie in einem normalen thermischen Kraftwerk eine Turbine antreibt, die
ihrerseits mittels eines Generators Strom erzeugt. Schon heute sind laut
Fechner in Deutschland Wind- und Photovoltaik-Anlagen mit jeweils mehr als
39 GW Leistung installiert, die benötigte Leistung schwankt zwischen 40 und
80 GW. Schon heute beeinflussen die erneuerbaren Energien laut Fechner die
Preise auf den Strommärkten erheblich und erhöhen die Anforderungen an
das Netzmanagement. Da die Kosten für Wind- und Solarenergie weiter
sinken werden, werden diese Technologien künftig die Stromerzeugung
dominieren. Dies stellt die Energiewirtschaft und ihre Energieinfrastrukturen
vor große Herausforderungen. Zu deren Bewältigung sind geeignete
politische sowie regulatorische Rahmenbedingungen und neue technische
sowie systemische Ansätze nötig: "Photovoltaik und Wind benötigen eine
massive Anpassung der Versorgungsstrukturen und des Energiemarktes.
Gefragt ist vor allem Flexibilität, egal, ob diese nun durch Netze, Speicher,
erzeugungsseitige Maßnahmen oder Maßnahmen bei den Verbrauchern
(Demand Side Management) bereitgestellt wird."
Treiber der Energiewende
Andreas Dangl, der Vorstandsvorsitzende der WEB Windenergie AG
bezeichnete Windkraft und Photovoltaik als die "Treiber der Energiewende",
die wegen des Klimwandels unverzichtbar sind. Laut Dangl werden schon
bald neue Technologien zur dezentralen Stromspeicherung weite Verbreitung
finden, darunter Lithium-Ionen-Speicher. Der finanzielle Aufwand für den
Ausbau der erneuerbaren Energien ist laut Dangl "angesichts des
volkswirschaftlichen und gesellschaftlichen Mehrwerts einer ökologischen
und dezentralen Energiewirtschaft" aber gerechtfertigt. Dangl erklärte, rein
technisch ließen sich Windkraftanlagen heute fast überall errichten. Aufgrund
der Dimensionen der Türme und Rotoren mit Bauhöhen von rund 200 Metern
würden diese jedoch immer häufiger emotional abgelehnt. Umso wichtiger
sind laut Dangl deshalb Bürgerveranstaltungen, um allfällige Ängste zu
nehmen. Ausdrücklich bekannte sich Dangl zum Netzausbau, um die
erneuerbaren Energien in das System zur Stromversorgung zu integrieren.
Die Politik müsse die Rahmenbedingungen für den Umbau der
Energieversorgung schaffen. Dazu brauche sie vor allem "mehr Mut", forderte
Dangl.
"Grünere" Strommärkte
Nach Auffassung von Eva Hauser, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut
für ZukunftsEnergieSysteme, Saarbrücken, tragen Photovoltaik und
Windenergie dazu bei, dass die Strommärkte "grüner" und heterogener
werden. Der kurzfristige Handel, vor allem der Intraday-Handel, gewinne an
Bedeutung. Dem gegenüber nehme die Rolle des langfristigen Handels
(Terminhandel) offenbar tendenziell ab. Gerade die Photovoltaik wird laut
Hauser "mittelfristig einer der wesentlichen Katalysatoren und Treiber des
Wandels hin zu einem regenerativ basierten Energiesystem" sein. Zu klären
sind die Fragen der Struktur des Energiesystems und seiner
Regelungsinstanzen sowie der Refinanzierungsmechanismen für die EnergieInfrastruktur. Hauser sieht langfristige Rentabilitätsprobleme: Gerade
Photovoltaikanlagen produzierten Strom vor allem dann, wenn dieser
ohnehin im Überfluss zur Verfügung stehe, und könnten daher ihre
Vollkosten über den Markt nicht decken. Laut Hauser wird sich das auch "für
die nächsten 50 Jahre nicht ändern." Noch nicht geklärt sei, ob
Eigenverbrauch und Direktvermarktung dem entgegenwirken können. Daher
empfiehlt sich nach Ansicht Hausers eine Umgestaltung des Marktdesigns.
Die Wissenschaftlerin äußerte grundsätzliche Zweifel, ob die Bezeichnung
"Markt" für das System der Energieversorgung überhaupt gerechtfertigt ist:
"Offenbar gewährleisten die derzeitigen Märkte weder die Refinanzierung von
Erzeugungsanlagen egal welcher Art noch die Netzstabilisierung."
Unverzichtbarer Netzausbau
Klaus Kaschnitz, Bereichsleiter Betrieb Austrian Power Grid (APG), erläuterte,
die installierte Windkraft- und Photovoltaikleistung insbesondere in
Deutschland, aber auch in Österreich, habe sich binnen weniger Jahre
vervielfacht: "Wind- und Sonnenstrom sind - begünstigt durch die
Förderregime in vielen Ländern Europas - mittlerweile eine sehr relevante
Größe im europäischen Strommix geworden." Damit haben sich jedoch auch
die Herausforderungen für das Systemmanagement deutlich erhöht, nicht
zuletzt, weil der Netzausbau nicht mit dem Ausbau der erneuerbaren
Energien Schritt hält. Der Netzentwicklungsplan der APG sieht für die
kommenden zehn Jahre Investitionen von insgesamt rund 1,4 Mrd. Euro vor.
Dieses "ambitionierte Programm" ist laut Kaschnitz "die dringend notwendige
Grundlage für eine nachhaltige und sinnvolle Integration erneuerbarer
Stromerzeugung - insbesondere aus Windkraft und Photovoltaik in
Österreich." Aus der Sicht des Netzbetriebs bringt die Energiewende laut
Kaschnitz vor allem folgende Herausforderung mit sich: "Erzeugung und
Verbrauch driften geografisch und zeitlich auseinander." Sei der
Stromaustausch zwischen Österreich und Deutschland noch vor wenigen
Jahren vom Verbrauchsverhalten bestimmt worden, richte er sich heute nach
der Einspeisung von Ökostrom. Die Netzbetreiber müssten permanent
Vorschaurechnungen durchführen und die Netzbetriebsplanung international
koordinieren, um "rund um die Uhr rechtzeitig Notmaßnahmen einleiten zu
können." Am 2. Jänner 2015 wurden laut Kaschnitz neue Import-Rekordwerte
erreicht. Dies machte umfangreiche Redispatch-Maßnahmen notwendig, um
das Netz stabil zu halten. In Österreich kamen dafür Kraftwerke mit rund
1700 Megawatt (MW) Gesamtleistung zum Einsatz, was fast der Leistung
sämtlicher großen Wasserkraftwerke an der Donau entspricht. Binnen nur
zweier Jahre, von 2013 bis einschließlich heuer, werden sich die
Redispatchkosten laut Kaschnitz europaweit von weniger als 15 Mio. Euro auf
über 45 Mio. mehr als verdreifachen. Dazu kommen zunehmende
Schwierigkeiten, Kraftwerke für Redispatch-Maßnahmen bereit zu halten.
Immer mehr solche Anlagen würden mangels Rentabilität vorübergehend
eingemottet oder völlig geschlossen. "Das verringert natürlich die
Möglichkeiten der Übertragungsnetzbetreiber, Notmaßnahmen zu setzen",
erklärte Kaschnitz.
Flexibilität steigern
Um das zeitliche Auseinanderdriften von Erzeugung und Verbrauch zu
bewältigen, gibt es ihm zufolge mehrere Möglichkeiten. Eine davon ist die
aktive Verbrauchssteuerung, deren Potenzial jedoch "zumindest derzeit viel
zu gering" ist. Auch könnten in zunehmendem AusmaßÖkostromanlagen
abgeschaltet sowie Backup-Kraftwerke errichtet werden, vor allem solche, die
Erdgas als Brennstoff verwenden. Möglich ist auch der "Ausbau von
Speicherkapazitäten, etwa Pumpspeichern". Laut Kaschnitz bleibt der Ausbau
der Übertragungs- und Verteilnetze weiterhin das "Gebot der Stunde. Bis
dieser in ausreichendem Maße erfolgt ist, muss das Engpassmanagement
intensiviert werden." Überdies gelte es, die Verfügbarkeit der thermischen
Kraftwerke zu gewährleisten, die für die Netzabsicherung nötig sind. Auch
das Marktdesign sollte laut Kaschnitz überdacht werden. Darüber hinaus
empfiehlt sich die "Erschließung aller Erzeugungs- und
Verbrauchsstabilitäten".
Mit den Viktor-Kaplan-Lectures bieten Oesterreichs Energie und die FH
Technikum Wien eine Plattform zur offenen Diskussion über die technische
sowie organisatorische Bewältigung der Umgestaltung des Energiesystems.
Quelle: Oesterreichs Energie

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