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Das Zusammenspiel zwischen Erneuerbaren Energien und Kraft-Wärme-Kopplung

In der öffentlichen Presse wird oft berichtet, dass bereits 38 % der Strommenge aus Erneuerbaren erzeugt wird. Das ist auch richtig so, bezogen auf die Gesamtstromerzeugungsmenge (genannt „Arbeit“) eines Jahres. Hier wird aber die Tatsache außer Acht gelassen, dass in sonnen- und windstarken Stunden sehr viel Erneuerbare Erzeugungsanlagen produzieren, es aber auch viele Tage ohne ausreichend Sonne und Wind gibt, also nicht genug „Leistung“ bereitgestellt wird. An diesen Tagen ist der Ökostrom-Anteil in Deutschland deutlich niedriger.

Grundlage: Leistung und Arbeit

Strom ist nicht speicherfähig – daher müssen Stromverbrauch und Stromerzeugung in der Leistung (Watt = W)* immer im Einklang stehen. In der Kundenabrechnung oder öffentlichen Kommunikation wird oft die „Arbeit“ betrachtet. 1 Watt Leistung über 24 Stunden sind dann 24 Wattstunden (Wh) Arbeit.

Es ist richtig, dass im ersten Quartal 2019 rund 44 % des Stromverbrauches – also der Arbeit – aus erneuerbaren Quellen kam. Es ist aber auch richtig, dass an manchen Tagen der Leistungsbedarf von 75 GW nur zu 3 % aus den Erneuerbaren kam. 

* je nach Menge auch Kilowatt (kW) oder Megawatt (MW) oder Gigawatt (GW)

Die „Lücken“, in denen weder Wind noch Sonne Strom erzeugen, sollten aus unserer Sicht mit der effizientesten Methode „gefüllt“ werden – und das ist die Kraft Wärme Kopplung (KWK) auf Erdgasbasis. Wie und warum diese Lücken entstehen, wollen wir in diesem Beitrag erläutern.

 

Stromverbrauch und Stromerzeugung nach Energieträgern am 22.04.2019 in Deutschland
Abb. Stromverbrauch und Stromerzeugung nach Energieträgern am 22.04.2019 in Deutschland, Quelle: Agorameter

Am 22.04.2019 haben die regenerativen Erzeugungsanlagen nahezu vollständig den Strom geliefert, der in Deutschland verbraucht wurde. Der Verbrauch war wegen des Feiertages (Ostermontag) mit rund 62 Gigawatt (GW) sehr gering, die Produktion der Erneuerbaren hingegen recht hoch. Wäre der Wind nicht tagsüber abgeflaut, hätten die Erneuerbaren – hier insbesondere die Windkraftanlagen –mehr produziert, als der Verbrauch betrug.

Die konventionellen Kraftwerke müssen in so einem Fall zurückgefahren beziehungsweise komplett abgeschaltet werden, was auch im Sinne des Klimaschutzes sinnvoll ist.

Dr. Tom Trittin
Stromverbrauch und Stromerzeugung nach Energieträgern am 05.04.2019 in Deutschland
Abb. Stromverbrauch und Stromerzeugung nach Energieträgern am 05.04.2019 in Deutschland, Quelle: Agorameter

Anders war es am Samstag, den 05.04.2019. Die Lücke zwischen den Erneuerbaren (rund 25 GW) und dem Verbrauch von rund 73 GW betrug knapp 50 GW, die anderweitig produziert werden mussten:

Und genau für diese Fälle ist eine Stromproduktion in KWK aus unserer Überzeugung der sinnvollste Weg, bis dauerhaft die Lücke zwischen Verbrauch und regenerativer Erzeugung geschlossen wird. Denn die KWK hat bei den fossilen Brennstoffen einfach den höchsten Wirkungsgrad und die geringsten CO2 Emissionen.

Eine erdgasbetriebene KWK-Anlage kann sehr schnell und leicht gestartet und auch wieder gestoppt werden. Als KWK-Anlage in Zusammenhang mit einem Wärmespeicher kann die Erdgasanlage in Strombedarfszeiten (also z.B. am 05.04.2019) mehr Strom und Wärme produzieren, als sie es vom Wärmebedarf her müsste. Die in diesen Zeiten überschüssige Wärme wird dann in Wärmespeichern mit sehr geringen Verlusten eingelagert und kann zu späteren Zeitpunkten wieder abgerufen werden – z.B. wenn ein geringerer Strombedarf vorliegt.

An Tagen mit einem hohen Anteil Erneuerbaren Energien kann dann wiederum eine erdgasbetriebene KWK-Anlage reduziert betrieben, wenn nicht sogar abgestellt werden. Die Wärme für das Wärmenetz kommt dann aus dem Wärmespeicher, in dem die Wärme wie oben beschrieben eingespeichert wurde.

Wärme kann aber auch ganz ohne eine Erdgas-KWK-Anlage in den Wärmespeicher gelangen. Dies kann der Fall sein, wenn sehr viel Strom aus Erneuerbaren bereitgestellt wird. Wenn mehr Strom erzeugt wird als an Bedarf besteht, liegt überschüssiger Strom vor. Dieser Strom kann dann wiederum in Wärme umgewandelt und einem Wärmespeicher zugeführt werden oder direkt einen Wärmebedarf bedienen – z.B. in einem Fernwärme Netz.

Exemplarisch wird das vereinfacht mit folgendem Film über Wind gezeigt.

Wie im Film veranschaulicht, kann theoretisch sogar überschüssiger Strom mit einem Wirkungsgrad von knapp 100 % mittels „power to heat“ (= Strom zu Wärme) Wärme aus Strom erzeugen, in dem der überschüssige Strom im Elektrodenheizkessel in Wärme umgewandelt wird. Die Stadtwerke Flensburg waren Vorreiter in Deutschland und haben als erstes Unternehmen bundesweit so eine Anlage gebaut. Diese ist bereits seit mehreren Jahren in Betrieb.

Dr. Tom Trittin

Referent der Geschäftsführung

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