Verfügbarkeit von Wind- und Sonnenenergie

 

In der Energiewirtschaft ist die augenblickliche Verfügbarkeit der Energie zu jedem Augenblick ein wichtiger Punkt. In Bezug auf die Sonnenenergie sind zwei Randbedingungen wichtig: 

 

1.  In der Nacht gibt es keine Sonnenenergie.

2.  Im Winter ist die Sonneneinstrahlung geringer und die Tage sind kürzer, wodurch die solare Ernte im Winter geringer sein wird als im Sommer.

 

Dies zeigt die folgende Abbildung. Die Daten stammen von der Bundesnetzagentur und dem SMARD Server. In den Wintermonaten ist im Zeitraum zwischen 17:00 am Nachmittag und 08:00 am Morgen mit keiner Sonnenenergie zu rechnen. Woher soll in diesem Zeitraum dann der Strom zum Aufladen des eigenen e-Autos kommen?

 

Starke Fluktuation im Tagesverlauf

Die erzeugte Sonnenenergie in Deutschland für das Jahr 2022, auf Basis von 15 Minuten Summenwerten, zeigt die folgende Grafik. Deutlich wird, dass solare Spitzenwerte mit über 9000 MWh / 15min nur zu sehr wenigen Zeitpunkten im Jahr aufgetreten waren. 

Tagessummenwerte zeigen die meteorologische und geographischen Lage von Deutschland

Zusammen mit der folgenden Grafik, in der die Tagessummenwerte über das Jahr aufgetragen sind, wird deutlich, dass selbst an schönen sonnigen Frühjahrstagen im März mit 15min Spitzenwerten von bis zu 8000 MWh / 15min in der Tagessumme nur  220 GWh / Tag erzeugt werden können. Dies liegt vor allem daran, dass die Tage im Frühjahr im Vergleich zum Sommer noch kürzer sind und die Sonne flacher steht. . 

Der Zeitraum in den Herbst- und Wintermonaten, also zwischen Mitte Oktober und Mitte März ist ein kritischer Zeitbereich, denn im Falle einer Windflaute kann die dann ausbleibende Strommenge der Windenergie, nicht durch die produzierte Strommenge aus der Sonnenenergie ausgeglichen werden. Das bedeutet, dass es dann, bei einer ausschließlich auf Sonnen- und Windenergie ausgerichteten Energiewirtschaft, zu Versorgungslücken kommen wird

 

 

Windenergie

  -> Im Sommer nix los

  -> Im Winter Gefahr einer mehrtägigen Flaute

Die folgende Grafik zeigt die Tagessummenwerte des produzierten Windstromes im Jahresverlauf 2022 für ganz Deutschland. Dieser Windstrom wurde aus 29546 Windenergieanlagen (WEA) an Land[1] und 1501 WEA offshore[2] erzeugt. Es ist augenscheinlich, dass in den Herbst, Winter und Frühjahrsmonaten die produzierte Strommenge durch Windenergie höher ist als in den Sommermonaten. Damit kann die Windenergie prinzipiell die Defizite der Solarenergie in den Wintermonaten ausgleichen. Leider gibt es auch in diesem „Winter-Zeitraum“ tagelange Perioden mit einer Flaute und mit geringer Windenergie, wodurch es zu Engpässen kommen kann. Desweiteren sind die geringen Windenergiemengen in den Sommermonaten kritisch zu werten. Zwar wird sich in der Tagessumme ein erhöhter solarer Stromertrag ergeben, der die geringen Windmengen ausgleichen kann, in der Nacht fällt der Solarstrom aber auf Null ab, wodurch es zu einer Versorgungslücke kommen kann.

 

 

Wind- und Sonnenenergie ergänzen sich nicht vollständig, da in der Nacht keine Sonne scheint. 

Die folgende Grafik  zeigt die Stromproduktion aus regenerativer Wind- und Sonnenenergie im Jahresverlauf 2022 für ganz Deutschland. Hier werden die sehr hohen Fluktuationen in den Tagessummen sichtbar. Am 10.01. betrug die Tagessumme aus Sonnen- und Windenergie zum Beispiel nur 108 GWh und wenige Tage später, am 17.01. wieder 782 GWh. Das ist ein Verhältnis von 1:7,2. Es sind aber auch lange Perioden von bis zu 15 Tagen (25.04. – 09.05.) ersichtlich, an denen die mittlere Stromproduktion aus Sonnen- und Windenergie weit unter 400 GWh / Tag betragen hat.

 

 

Wind- und Sonnenenergie können nie ausschließlich den Strom- und Energiebedarf von Deutschland decken 

Die folgende Grafik zeigt die Tagessummenwerte des gesamten in Deutschland produzierten und verbrauchten Stromes im Jahresverlauf 2022 sowie die Tagessummenwerte des produzierten Stromes aus Sonnen- und Windenergie. Dabei fallen die regelmäßigen Amplituden im Verlauf des Gesamtstromverbrauchs von ca. 400 GWh / Tag auf. Diese regelmäßigen „Ausreißer“ nach unten sind auf die Wochenenden zurückzuführen, an denen die Industrieproduktion reduziert wird und damit der Strombedarf sinkt.

In den Herbst- und Wintermonaten ist der Strombedarf mit 1200 – 1600 GWh / Tag um 100 – 200 GWh höher als in den Monaten Mai bis August mit 1000 – 1400 GWh / Tag. Dies ist auf einen geringeren Heizwärmebedarf und Lichtbedarf in den Sommermonaten zurückzuführen. In den Sommermonaten werden aber vermehrt Kühlaggregate und Klimaanlagen angeschaltet, was den Vorteil wieder reduziert. In den Wintermonaten wird in Deutschland mehr Strom produziert als verbraucht wird. Im Frühjahr und im Sommer hingegen wurde in Deutschland teilweise mehr Strom verbraucht als produziert.

 

 

Die folgende Grafik zeigt den Deckungsanteil der Wind- und Sonnenenergie an der Gesamtstromerzeugung und am Gesamtstromverbrauch in Deutschland im Jahre 2022. Hier wird deutlich, dass der Deckungsteil an manchen Tagen, bezogen auf die Stromproduktion bereits über 60% und bezogen auf den Stromverbrauch bereits über 70% betragen hat. Auf der anderen Seite wird deutlich, dass es auch häufig Tage mit einem Deckungsanteil von nur 10 % gegeben hat. 

 

 

Wenn man sich nun den Deckungsanteil der Wind- und Sonnenenergie bezogen auf 15 Minuten Summenwerte ansieht und dadurch auch die Verhältnisse in der Nacht mit abbildet, dann fällt auf, dass dieser Teilweise unter 5% abfällt. Das heißt dass 95% des Stromes aus anderen Energiequellen als Wind und Sonne erzeugt werden muss. Welche Energiequelle soll dies im Jahre 2050 sein, wenn wir alle fossilen Energieträger abgeschaltet haben?

 

Die Antwort lautet PtX.

 

Das bedeutet, dass für die Energiewende dringend Kurzzeit und Langzeit Stromspeicher notwendig sind. Dies untermauert erneut die Forderung nach chemisch gebunden Energieträgern ohne fossilen Kohlenstoff aber mit recyceltem Kohlenstoff.

 

Eine Energiewende ohne Power to Gas oder Power to Liquid kann es nicht geben !!

 

 

  

Jahresbilanz der Stromproduktion aller Energieträger

 

Die gesamte produzierte Strommenge in Deutschland betrug 507 TWh und die verbrauchte Strommenge betrug 484 TWh. Das bedeutet, dass Deutschland im Jahre 2022 in der Summe eine geringe Strommenge von ca. 23 TWh in andere Länder exportiert hat.

 Am produzierten Strom haben die Wind- und Sonnenenergie mit 180,6 TWh zusammen einen Anteil von 35,6%. Nimmt man die weiteren erneuerbaren Energieträger Biomasse (39,8 TWh),  Wasserkraft (12,4 TWh), Pumpspeicher (10,6 TWh) und sonstige Erneuerbaren (1,2 TWh) hinzu, dann ergibt sich ein Anteil von 48,2% an erneuerbaren Energieträgern an der Gesamtstromerzeugung in Deutschland. Die Stromerzeugung aus Braunkohle (103,8 TWh) und Steinkohle (62,9 TWh) ergab einen Anteil von 32,8 % an der Gesamtstromerzeugung in Deutschland.

 

 

Die produzierte Wind- und Sonnenenergie im Verhältnis zur gesamten Endenergie des Jahres 2021 nach Daten von SMARD und des Bundesministeriums für Wirtschaft[1] zeigt die folgende Grafik. Darin wird deutlich, dass nur ein sehr kleiner Anteil von nur 7,5% der verbrauchten Endenergie aus der Wind- und Sonnenkraft stammt. Viele haben aus der Presse sehr viel höhere Werte in Erinnerung, doch diese Werte, stammen meist aus dem Verhältnis der verbrauchten elektrischen Strommenge zur erzeugten Wind- und Sonnenenergie. Ganz krass wird die Darstellung genau dann, wenn in der Presse Bilder von Windrädern gezeigt werden und dann als Zahlenwert das Verhältnis der produzierten Strommenge in Deutschland zur gesamten erneuerbaren Strommenge aus Wasserkraft, Biomasse sowie Wind- und Sonnenenergie aufgezeigt wird. Hierbei kommt man dann wie oben beschrieben auf ca. 48% mit einem Beitrag der erneuerbaren Energieträger.

 

Eine Energie Eigenversorgung von Deutschland ist nicht möglich !

Dabei wird außer acht gelassen, dass der Anteil aller erneuerbaren Energieträger in 2022 (Wind, Sonne, Biomasse, Abfälle, Deponiegas, Wasserkraft, sonstige) zur Stromerzeugung und zur Wärme- und Kälteerzeugung und für den Verkehr an der Endenergie von 2408 TWh, in Deutschland nur 479 TWh oder 19,8% betragen hat. Da aber ein Ausbau der Wasserkraft und die Nutzung der Biomasse nur noch begrenzt umsetzbar ist, würden die fehlenden 80,2% oder 1929 TWh auf die Wind- und Sonnenkraft entfallen.

Wie soll das gehen? Das sind nochmals 10,6x der erzeugten Energiemenge von Wind- und Sonne wie bereits heute. Also ca. 320.000 Windräder (ohne der Berücksichtigung von Repowering bestehender WEA und der Möglichkeit von größeren WEA als heute) und das entsprechend vielfache der Fläche an Photovoltaik

 

 

Den gesamten Bericht zur Verfügbarkeit der Wind- und Sonnenenergie gibt es hier.

 

Deutschland braucht mehr Kabel 

 Das stark lokal fluktuierende Angebot der Sonnenenergie im Tagesverlauf muss durch ein starkes Netz und starke Pufferspeicher ausgeglichen werden. 

  

Zusammenfassung

• In der Nacht gibt es keine Sonnenenergie

• Im Winter ist die Sonneneinstrahlung geringer und die Tage sind kürzer

• Windstrom: Im Sommer nix los 
  
  
• Windstrom: Im Winter Gefahr einer Flaute
  
  
• Hohe Fluktuation der Wind- und Sonnenenergie
  
  
• Wind- und Sonnenenergie gefährden die Strom-Versorgungssicherheit von Deutschland
  
  
• Wind- und Sonnenenergie profitieren von speicherbaren chemischen Energieträgern als Puffer

• Der Anteil der Wind- und Sonnenenergie am Endenergieverbrauch betrug 2020 nur 7,5%

• Keine Energieversorgung in Deutschland ohne PtX
  
  
• Deutschland muss Energie in Form von synthetischen Kraftstoffen importieren
  
  
• Wenn wir schon synthetische Kraftstoffe importieren, dann können wir sie auch in Fahrzeugen nutzen

   

 

 

 

 [1] Bundesministerium für Wirtschaft, Arbeitsgemeinschaft erneuerbare Energien Statistik (AGEE-Stat)
Stand 10 / 2020 „Erneuerbare Energien in Zahlen, Nationale und internationale Entwicklung im Jahr 2019