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ZDF-Sendung "Abenteuer Forschung" vom 24. Oktober 2001
Die Krise: Energie
Ein Bericht von Joachim Bublath, Franz Buob, Eva-Maria Rauert, Tobias Schultes.

Laut Abspann mit freundlicher Unterstützung: UCTE, Berlin / Philip Morris Stiftung / Umweltkontor / Prof. Hänsch, MPI für Quantenoptik / Physikalisches Institut der LMU / Langmuir Laboratory, New Mexico


Wörtliche Teilmitschrift des Hügelland-Monitoringteams (Sendeabschnitt zur Windkraft):

Joachim Bublath: Bei der Windenergie sieht das etwas besser aus (als bei der Solarenergie), auch Windenergie wird ja zur Zeit sehr stark subventioniert, und da hat man 1,6 Prozent unserer Stromversorgung schon abgedeckt durch Windenergie. Wenn die Subventionen weiter so fließen werden, dann kann das in zehn Jahren fast das Doppelte sein, aber bei Windenergie hat man ganz spezielle Probleme.

Bilder: Die Energie, die im Wind steckt, versuchte man schon seit jeher für den Menschen nutzbar zu machen. Waren es im Mittelalter die Windmühlen, so sind es heute wahre High Tech Maschinen, die den Wind nutzen. 

Windkraftwerke liefern elektrischen Strom, aber es gibt in Deutschland nur wenige Standorte, an denen sie wirklich effizient sind, und selbst in diesen Gebieten, hier in Dunkelbau dargestellt sind, ist steter Wind selten.

Doch: ohne Wind kein Strom. Heute werden Wiindanlagen intensiv gefördert, aber sie sind nicht unumstritten. Viele Menschen fühlen sich durch die Geräusche der Rotoren gestört, und auch der Schattenwurf kann lästig sein. Streicht dieser Schatten über ein Haus, so empfinden das seine Bewohner als unangenehm. Für Zugvögel können Windparks eine Gefahr darstellen, man befürchtet, daß durch eine Verbauung auch für sie wichtige Lebensräume verloren gehen. 

Und: Windanlagen sind nicht unbedingt eine Augenweide. Ausgedehnte Windparks, wie hier in Kalifornien, verändern das Landschaftsbild entscheidend. Um einigen dieser Probleme aus dem Weg zu gehen, will man Windkraftwerke künftig im Meer errichten. Geplant sind sie vor Deutschlands Küsten, hier ->

Offshore-Windkraftwerke liefern in einem Jahr doppelt so viel Strom wie gleiche Anlagen an Land, denn auf dem Meer sind die Windgeschwindigkeiten höher, konstanter und turbulenzfreier. 

Doch dieser Standort bringt auch Nachteile mit sich. Der elektrische Strom muß durch lange Kabel zum Festland transportiert werden. Ein Teil des Stromes geht dabei verloren. Außerdem sind Windturbinen auf dem Meer extremen Wetterbedingungen ausgesetzt. Instandhaltung und Bau sind viel teurer als bei Anlagen auf festem Boden, bei Sturm müssen sie wegen Bruchgefahr abgeschaltet werden. 

Das generelle Problem bei Windkraftwerken ist jedoch der Wind. Ohne ihn geht nichts. Und der Wind ist launisch und wetterwendisch. Trotz aufwendiger Wettersimulationen ist er bis jetzt nur schwer vorherzusagen. Und noch etwas kommt hinzu. Der Strombedarf der Verbraucher schwankt. Schaltzentralen haben dafüzu sorgen, daß jederzeit genügend Strom zur Verfügung steht. Deshalb muß der Strom in dem Augenblick produziert werden, in dem er gebraucht wird. 

Aufgrund jahrelanger Erfahrung kennt man in etwa den Verbrauch der Kunden und berechnet so eine Vorhersage, die blaue Linie. Rot zeigt den tatsächlichen Verbaruch an. Wie man sieht, kommt es dabei im Laufe eines Tages zu starken Schwankungen. Bei einer unerwarteten Bedarfsspitze müssen die Techniker sofort reagieren und weiteren Strom ins Netz einspeisen. 

Zugeschaltete Wasserkraftwerke leisten dies zum Beispiel. Der Strom aus Wind bringt zusätzliche, kaum vorhersagbare Schwankungen ins Netz. Da er oft unregelmäßíg weht, ändert sich die Stromproduktion innerhalb kurzer Zeit. So ist es nicht selten, daß Windkraftwerke nur Bruchteile ihrer Leistung bringen oder ganz vom Netz gehen.

Diese Ausfälle müssen in der Schaltzentrale sofort ausgeglichen werden. Die rote Linie zeigt die vorhergesagte Lieferung aus Windenergie, die gelbe die tatsächliche. Um die Lücken schließen zu können, muß man Resverveleistungen zur Verfügung haben, und die kommen von Kraftwerken. Bei der derzeitigen Situation entsprechen sie in etwa der Leistung eines Großkraftwerkes. Um diese Leistung vorzuhalten, muß sogar Kohle verschwendet werden. 

Dieses Problem wird sich durch den schnellen Zuwachs an Windkraftanlagen noch verschärfen. Immer mehr Kraftwerksleistung wird benötigt, um die damit verbundenen Schwankungen an Windraft ausgleichen zu können. So kommt es paradoxerweise durch Windenergie teilweise zu einem zusätzlichen Verbauch an fossilen Brennstoffen.

Joachim Bublath: Man sucht nach Lösungen für diese Situation. Eine Möglichkeit könnte es ja sein, die sporadisch auftretende Windenergie irgendwie zu speichern. Das heißt, wenn also Wind vorhanden ist, den elektrischen Strom z. B. dazu zu benutzen, um Wasserstoff vom Wasser abzuspalten und dann in der geeigneten Situation diesen Wasserstoff einer Brennstoffzelle zuzuführen, um dann den elektrischen Strom zur richtigen Zeit zur Verfügung zu haben. Aber bis jetzt sind das alles nur Pläne, und Windenergie wird auch nicht das Allheilmittel für unser Energieproblem sein. 

Ende des Mitschnittes.

 

Eigene Anmerkungen

Beispiel einer Lastgangline (Bedarf) und einer Windganglinie (Angebot)

Annahme:
Ein 20 MW-Wärmekraftwerk versorgt zuverlässig und kontinuierlich eine Siedlung mit 2.500 Haushalten. Obige Abbildung zeigt die Bedarfslinie (Tagesgang) für den 28.10.2001. 

Erkennbar sind das nächtliche Tal, die Mittags- und Abendspitze, entsprechend den menschlichen Gewohnheiten. Ein steuerbares Wärmekraftwerk kann mit seiner Energielieferung stets genau dem gewünschten Bedarf folgen. Aktive Kraftwerke folgen zeitgerecht diesen Verbrauchgewohnheiten und liefern weder zuviel noch zu wenig Energie. 

Kraftwerksbetreiber kennen derartige Bedarfslinien aus langjährigen Aufzeichnungen bereits lange voraus und können auftretende Veränderungen von Verbrauchergewohnheiten (Länderspiele etc.) in den folgenden Tagesgang integrieren. Wärmekraftwerke fahren daher - dem bekannten Tagesgang entsprechend programmiert - technisch und wirtschaftlich optimiert. 

Dem Kraftwerk wurde nun entsprechend unserer Förderpolitik ein 20 MW-Windpark "zur Seite gestellt". 
Die rote Linie im obigen Bild zeigt einen täglich sich ändernden windabhängigen Leistungsverlauf des Windparks. Wie der Zufall es mag, verläuft das Windangebot in den frühen Morgenstunden über dem Bedarf der Verbraucher. Tritt diese Situation ein, dann müssen selbst die Mühlen des WP auf Minimalleistung schalten. 

Da laut EEG Windkraftanlagen vorrangig einspeisen, muß bei genügend WP-Leistung das Kraftwerk seine Stromlieferung einstellen. Als aktives Kraftwerk darf es in lieferfreien Phasen jedoch nicht abgeschaltet werden, damit bei unvorhersehbarer Flaute die Netzspannung nicht zusammenbricht. Weil niemand weiß, wann der Wind wieder abflaut und das Kraftwerk u.U. dann mit voller Leistung einspringen soll,  muß es im Leerlaufbetrieb - quasi unter Volldampf - weiter arbeiten und gleichzeitig die Netzspannung stabil halten.

Im Gegensatz zu passiven WKA, welche die elektrische Spannung nur halten können, wenn der Wind mit der jeweils ausreichenden (entsprechend der schwarzen Bedarfslinie) Stärke weht, können aktive Wärmekraftwerke die Spannung auch bei Leerlauf halten. WKA müssen bei Leerlauf (ohne Verbraucherlast) abschalten, weil sie sonst überdrehen und ihre Flügel wegfliegen. 

Aufgabe des Kraftwerks ist es nun, den mangels Windangebot vom WP nicht deckbaren Bedarf zu liefern. Ob sich der Kraftwerksbetreiber im liberalen Wirtschaftsraum darüber freuen kann? WKA erhalten eine ihrer Liefermenge entsprechende feste Vergütung, Kraftwerksbetreiber müssen dagegen sehen, wie sie ihren Strom an der Börse am günstigsten verkaufen. Konnten sie bisher zuverlässig im voraus entsprechend der Kraftwerksleistung planen und kalkulieren (u.a. die Brennstoffbereitstellung), so kommt ihnen neuerdings täglich ein unbekannter Faktor in die Quere: die jeweilige Windstärke, welche jede technisch-wirtschaftliche Optimierung zunichte macht. 

Wird ein fossiles Kraftwerk aufgrund eines Windenergieangebotes heruntergefahren, dann sinkt der Erlös aus dem Stromverkauf und fixe Kosten steigen und damit die Umlage auf Endverbraucher. Zu den allgemeinen Stromkosten addieren sich Aufwendungen für die stetig ansteigende Zahl von "dezentralen" regenerativen Kraftwerken ebenso wie Versicherungskosten gegen windwetterbedingte Ausfälle durch WKA-Einspeisungen - eine neuartige und zusätzliche Dienstleistung, welche dazu führt, immer mehr Händler an dem einfachen Produkt "Kilowattstunde" teilhaben zu lassen und dessen Preis in die Höhe zu treiben. 

Konsequenz: Weil die Windganglinie nur kurzfristig und unsicher prognostiziert werden kann, sind WKA stets auf kompensierende Kraftwerke angewiesen. Die den WKA zugedachte Funktion als "dezentrale" Stromerzeuger können sie nicht wahrnehmen. Sie haben aufgrund ihrer räumlichen Verteilung ledigliche eine optische, aber keine funktionale Dezentralität. Ihr ungesteuerter Betrieb im Netz muß bei Abweichungen von der Lastganglinie von zentral gesteuerten konventionellen Kraftwerken kompensiert werden - und, kein einziger Hochspannungsmast wurde bisher zu WKA umgeschmolzen. 

Als mächtige Giganten in der freien Landschaft bewahrheiten sie moderne Ökomärchen. Der Wunsch nach einer Harmonie von Ökonomie und Ökologie pervertiert im folgenden Widersinn: Windkraftwerker wünschen sich aus ökonomischen Gründen ununterbrochen Windstärke 8 bis 9, damit ihre WKA ausgelastet werden und konventionelle Kraftwerker wünschen sich aus ökonomischen Gründen neuerdings ständige Windstille, damit deren Anlagen ausgelastet werden.

Beide Extreme, ständige Windstille und andauernder stürmischer Wind sind jeweils unökologisch. Der aus einem Windstärkenmix resultierende Kraftwerksbetrieb mag zwar ein bißchen fossile Energien einsparen (was bisher nur behauptet, aber nirgends meßtechnisch bewahrheitet wurde), zerstört dagegen die knappste aller Ressourcen, die Oberfläche unserer Erde. wh
 

ChartObject Chart 10
Bild 1
Lastganglinie für die Verbraucher-Nachfrage an elektrischer Energie E am
28.10.2001 von 0.00 Uhr bis 24:00 Uhr
 
ChartObject Chart 9
Bild 2
Dem "Lastgang" folgendes Wärmekraftwerk.
Die Energielieferung EKraftwerk = EBedarf = optimale Aussteuerung
 
ChartObject Chart 6
Bild 3
Lastgang für den Bedarf am 28.10.2001 und diskontinuierliche, vorher nicht planbare WKA-Einspeisung (grün). In der Zeit von 1:00 bis 6:00 Uhr herrscht z.B. eine über dem Bedarf starke Windstärke. In diesem Fall ist selbst ein Windpark nur teilausgelastet. Die Linie T1 zeigt den im voraus planbaren täglichen Bedarfstrend von 0:00 bis 24:00 Uhr. Die Linie T2 einen nicht planbaren, täglich zufälligen Trend der Windenergie. 
 
ChartObject Chart 8
Bild 4
EKraftwerk = EBedarf - EWKA
Aufgrund der nach EEG vorrangigen Einspeisung von WKA kann das Kraftwerk nur noch die fehlende Differenz EBedarf - EWKA liefern. Die vormals technische und wirtschaftliche Optimierung geht verloren und der Kraftwerksbetreiber erleidet in diesem Beispiel im Vergleich zu der möglichen Lieferung in Bild 2 einen erheblichen Verlust. Kann er an stürmischen Tagen keinen Strom verkaufen, muß er trotzdem das Kraftwerk in Betrieb halten, denn am folgenden Tag können die Windverhältnisse ja ganz anders sein.
28-10-2001