LdN367: Dunkelflaute

Kommentare zum Podcast
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Vielen Dank für ihren tollen Podcast
In der Folge 367 ganz konkret zum Thema Dunkelflaute habe ich ein paar Anregungen.
Das Thema ist extrem wichtig, da vor Angst vor der Dunkelflaute gefühlt regelmäßig Panik ausbricht und hier noch extrem viel Aufklärung notwedig ist.

Daher folgende Verbesserungsvorschläge

  1. Am Begriff Dunkelflaute ist nichts auszusetzen allerdings an der Formulierung " wenn die Sonne nicht scheint und der wind nicht weht". Diese ist schlicht falsch. Denn selbst wenn man sich die intensivste Dunkelflaute der letzten Jahre (10 tage in 2017) auf z.B energy chars von Fraunhofer anschaut, sieht man eine kontinuierliche windausbeute und tagsüber auch Beiträge der Solarenergie.

Allein diese schon in den Sprachgebrauch übergegangene Formulierung sollte daher aufgedröselt werden. Richtig wäre z.B. „wenn wind und Sonne geringe Leistung haben“

  1. Die Diskussion über die Kraftwerksstrategie war nicht ausreichend breit genug geführt. Richtig waren die Punkte, nicht nachhaltig genug. Aber ob und wieviele Kraftwerke gebraucht werden war einseitig auf: „kann reichen, vll schon, aber eher zu wenig“ verkürzt.

Claudia Kemfert steht hier auf der Position, dass diese gar nicht gebraucht werden. Eine so klare Meinung einer gewichtigen Expertin sollte zumindest angeschnitten werden.

  1. Die Darstellung der alternativen zu Kraftwerken war unvollständig und hat das Potential der aktuellen Entwicklung nicht dargestellt. Genau genommen gibt es 5. Aspekte zur stromnetz stabilisierung.

  2. Überskalierung der Erzeugerkapazitäten: hier sind ca. 200 GW an Wind und 400 GW an PV prognostiziert, die notwendig sind. Somit ist erstmal meistens zu viel Energie da und nur selten zu wenig. Auch in der Dunkelflaute gibt es aomit signifikante Beiträge dieser.

  3. Flexibilisierung:

Aktuell richtet sich die Stromerzeugung nach der Nachfrage. Das muss umgedreht werden durch z.B dynamische Stromtarife oder Abnahme durch Wärmenetze oder flexible Verbraucher in der Industrie. Wer flexibel ist, bekommt den Strom deutlich günstiger.

  1. Import und Export:

Der Wind weht und die Sonne scheint in Europa immer unterschiedlich. Ein Hoch- oder Tiefdruckgebiet hat mehrere 100 km Ausdehnung. D.h. während wir eine geschlossene Wolkendecke haben, scheint in Frankreich den ganzen Tag die Sonne. (Soweit richtig dargestellt)

  1. Speicher

Das letzte Element und unwichtigstes, da auch teuerstes Element sind die Energiespeicher in jeglicher Form. Von Batterien über Pumpspeicher zu power to gas.

Das Potenzial das in der Speichertechnik steckt, wurde unzureichend dargestellt. Derzeit wächst die installierte Leistung an Batteriespeichern exponentiell. Wenn bidirektionales laden eingeführt wird, besteht bier auch ein enromes Speichervolumen.

  1. Backup Kraftwerke: erst als aller letztes Mittel sollten Backup Kraftwerke zum Einsatz kommen. Da diese 1. Fossil sind und 2. Nur selten laufen und somit unwirtschaftlich sind. Alle anderen o.g. Techniken sind das ganze jahr ausgelastet.
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Das wäre eindeutig ein Standort Nachteil für die Industrie und das verarbeitende Gewerbe. Das wichtigste für einen Betrieb ist die gleichmäßige Produktion und deren lang- und mittelfristige Planbarkeit. Die Einbußen werden immer höher sein, als ein günstiger Strompreis.
Die einzige Flexibilisierung die sinnvoll ist, sind die Privathaushalte. Das Potential ist jedoch eher gering.

Das ist in der Theorie richtig, aber es fehlt ein massiver Netzausbau innerhalb von Europa. Da würde mich einmal der Zeitraum interessieren bis wann dieser abgeschlossen werden soll.

Auch das ist richtig, wobei es erst den Netzausbau (EU und Deutschland) geben muss. Wenn dieser in der EU abgeschlossen ist, kann man auf Backup Systeme verzichten.

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Das Potenzial zur Flexibilisierung in der Industrie ist groß und wird noch größer wenn zunehmend eletrifiziert wird.
Das ist auch kein Standort Nachteil für die Industrie. Wenn die Kapazität an EE massiv ausgebaut wird (wichtigste Maßnahme) steht die meiste Zeit zu viel und somit günstiger Strom zur Verfügung. Industrien die sich netzdienlich verhalten bekommen dann Strom sehr günstig nahe den Gestehungskosten (< 10 cent/kwh endpreis). Dazu ist auch eine Reform des Strommarktes notwendig (wurde eben angestoßen).
Viele Prozesse können unter variabler Last gefahren werden, auch das ist kein Problem.
In der Dunkelflaute müsste in der Industrie bei den Prozessen bei denen es möglich ist, herunter gefahren werden. Aber das wäre pro Jahr maximal 1 Woche. Ubd natürlich würden die Betriebe dafür eine Entschädigung für den Produktionsaufall bekommen müssen. Aber das ist immer noch deutlich günstiger, als einen gigantischen Park an Backup Leistung das ganze Jahr bereit zu halten.

Wann der Ausbau der Stromnetze zu den europäischen Nachbarn geplant würde mich auch interessieren. Hier wurden bisher keine Pläne kommuniziert (soweit ich weiß). Was bis 2030 geplant ist, in der Bau eine Gleichstrom Netzes in der Nordsee mit Dänemark, Norwegen, England, und den Niederlanden) das würde schon viel bringen.

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Das Flexibilisierungspotential in den privaten Haushalten wird massiv steigen, wenn zunehmend Wärmepumpen installiert werden und E-Autos in den Garagen stehen.
Mit bidirektionalen Wallboxen kann ein riesiger netzstabilsierender dezentraler Speicher aufgebaut werden. Die breite Einführung des bidirektionalen Ladens steht kurz bevor.

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Das ist aber auch wieder sehr verkürzt. Ja, sie sagt, dass die Kraftwerke unnötig sind. Allerdings hebt sie da vor allem hervor, dass es eben erst mal fossile Kraftwerke sind und das den Klimazielen widerspricht. Dazu kommt ihr Punkt, dass sie kritisiert, dass die Umrüstung auf Wasserstoff komplett neu und unerprobt ist. Es da also erhebliche Risiken gibt und auch der Wasserstoff erst mal in den relevanten Mengen in Zukunft vorhanden sein muss. Was die Systemdienlichkeit betrifft hat sie sie fehlende Einbindung der Abwärme kritisiert.

Also an sich keine fundamentale Gegenposition zu der Flexibilitätsoption an sich (was anderes ist die Nutzung von Biogas in flexibler Form auch nicht wirklich), sondern der Form der Strategie, die unzulänglich nur auf eine einzige Technologie abzielt.

https://twitter.com/CKemfert/status/1755294661315305490

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Würde den möglichen Beitrag der Haushalte nicht so sehr groß einschätzen.

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Das sehe ich ähnlich. Vor allem sind Haushalte nicht annähernd so preissensibel wie die energieintensive Industrie.

Ich bezweifle sehr, dass Lieschen Müller die ausgiebige Duschsession auf morgen verschiebt nur weil das Warmwasser jetzt nicht 1,5€ kostet sondern 4€. Oder das Klausi lieber abends ein Buch liest statt LoL in 8k mit der neuen Grafikkarte, die die Leistungsaufnahme eines Wasserkochers hat, zu zocken.

Während die Bürger über hohe Kosten nur murren hat sich die Industrie in der Realität meist schon lange angepasst.

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Für diese Beispiele trifft das sicher zu. Nur die Studien, die das Potenzial bei Haushalten betrachten zielen nicht auf solche Dinge ab. Da geht es in erster Linie um Wärmepumpen, Elektromobilität und die Einbindung von Heimspeichern.

Gerade die ersten beiden bieten ein erhebliches Flexibilisierungspotenzial. Wenn das gehoben werden kann, dann lassen sich die Kosten für alle und nicht nur individuell des einzelnen senken. Auch da gilt sein Punkt, dass es niemand individuell steuern wird. Durch den Einsatz der Digitalisierung und der richtigen regulatorischen Rahmenbedingungen wäre das aber so lösbar, dass es eben automatisch erfolgt. Einfach gesagt, solange meine Wohnung immer warm ist, mache ich mir keine Kopf wann genau die Wärmepumpe produziert.

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Danke BamChiller, so ist es.

Ich kann das ja mal mit einem Rechenbeispiel untermauern in Bezug auf Wärmepumpen und Elektromobilität.

In Deutschland bestehen 20 mio. Wohnhäuser (Einfamilienhaus, RH, DH). Wenn in den nächsten Jahren 50 % mit einer Wärmepumpe ausgestattet werden und man von einer elektrischen Leistung von 3 kW ausgehen kann, ist die ein regelbares Potential von 30 GWh!!!.
Hinzu kommen noch Mehrfamilienhäuser, Büros, Hotels etc…
Durch die thermische Masse der Häuser und in der Regel wird auch ein Warmwasserspeicher vorgesehen ist es egal, wann am Tag die Wärmepumpe läuft (z.B. 10 Stunden Betrieb pro Tag im Winter bei einem jährlichen Bedarf von 10.000 kWh (teilsaniertes EFH)). D.h. hier besteht eine Flexibilität über den Tag hinweg. Spätestens nach nem Tag muss das Teil wieder laufen, damit es nicht kalt wird.
Gleiches gilt in etwa für Heimspeicher, wobei typische Leistungen auch bei 3 kW und 10 kWh Kapazität liegen, die mit täglichen Zyklen betrieben werden.

Bei der Elektromobilität besteht das Potential über mehrere Tage hinweg auszuregeln. Moderne EVs haben Reichweiten von 400 bis 500 km und der Durchschnittsdeutsche fährt 50 km am Tag. D.h. theoretisch reicht der Akku 8 bis 10 Tag ohne Laden. Damit kann man die komplette Dunkelflaute nicht laden.
Bei 10 kW Ladeleistung an der heimischen Wallbox, haben wir hier eine regelbare Leistung von 100 GW, wenn sich alle Hausbesitzer mit WP auch ein EV mit Wallbox zulegen. Die verschiebbare Energiemenge sind bei 50 kWh pro Fahrzeug 500 GWh.
Das entspricht 10 Stunden Strombedarf in Deutschland.

Alleine die Wärmepumpen mit 30 GW können über den Tag hinweg ca. 30 % der Gesamtleistungsaufnahme im deutschen Stromnetz ausregeln, wenn man von einer Verdoppelung des gesamten Strombedarfs ausgeht, was einer durchschnittlichen Leistungsaufnahme von 100 GW ausgeht.

Das würde ich mal nicht als geringes Potential bezeichnen.
Die Regelung der Verbraucher Wallbox und WP ist heute schon durch den Netzbetreiber möglich nach dem neuen Gesetz das Anfang des Jahres verabschiedet wurde.

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Kannst du einmal Artikel oder Aussagen von Industrievertretern nennen, die das belegen, bitte.
Bei Chemie und Verfahrenstechnik (z.B. Stahlwerke) ist diese Flexibilisierung nicht möglich. Auch Rechenzentren sehen hier wenig Möglichkeiten. Es gab dazu einen Artikel in den VDI Nachrichten, ich weiß aber nicht von wann dieser ist. Muss ich mal suchen.
Da wird sogar schon argumentiert, dass es mit dem Arbeitsrecht kaum vereinbar ist. nach dem Motto heute ist weniger Strom im Netz, bitte alle zu Hause bleiben und übermorgen wiederkommen. (Halte ich für ein sehr fragwürdiges Argument).

Was in der Tat zu lesen ist, ist das der Standort in der Nähe von Windparks gesucht wird. Hier hofft man auf eine Neuregelung der Netzentgelte und dann ist der Strompreis wirklich ein Wettbewerbsvorteil.

Die Netze müssen dazu erstmal ertüchtigt werden. Das ist die wichtigste Maßnahme. Sonst können die Windräder und PV Anlagen nicht in Betrieb gehen. Siehe Nordsee Windpark…

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Das ist nicht ganz richtig. Die WP muss Jahreszeiten mäßig betrachtet werden. Das regelbare Potential ist nur von Oktober bis März vorhanden. 6 Monate ist kaum, im Prinzip kein Potential vorhanden.

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Jup, das ist mir auch aufgefallen.

3kW im Jahresmittel ist viel zu viel. Schnell gegoogelt finde ich für eine Wärmepumpe einen Jahresverbrauch von ca. 2.300 kWh (das ist natürlich total Haus-abhängig, schon klar). Das wäre eine gemittelte Leistung von 0.26kW.
Die 50% in „den nächsten Jahren“ sehe ich auch noch nicht. Gerade wächst der Wärmepumpen-Anteil im Bestand um ca. 0.2% pro Jahr (Quelle: Zeit-Energiemonitor). Das wird natürlich noch mehr, aber nicht so schnell.

Aber endlich mal jemand, der eine Bierdeckel-Rechnung versucht. :+1:

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folgendes habe ich auf die Schnelle gefunden:

und etwas tiefergehend:

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Bitte aufpassen und nicht Arbeit und Leistung vermischen. In dem Beispiel wären es erst mal 30 GW installierte Leistung an Wärmepumpen. Wie viel Arbeit ich damit verlagern kann ist da noch nicht klar. Beim verschieben der gesamten Leistung von Stunde 1 in Stunde 2 (unter der Annahme, dass die Anlage die ganze Stunde läuft) wären 30 GWh Verbrauch verschoben worden. Nun werden aber nie alle 30 GW verschoben werden, sondern immer nur Anteile und eben das auch Jahreszeiten-abhängig. Was die konkreten Summen angeht würde ich mich auch eher an Studien orientieren, als mit einem Dreisatz ein konkretes Potenzial herleiten :wink: .

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Auch hier ist die Antwort nicht schwarz-weiß. Ja es ist richtig, dass es sich ökonomisch nicht lohnt in der Produktion alles was technisch ginge zu flexibilisieren. Aber auch in den genannten Wirtschaftszweigen gibt es Teilprozesse, die flexibel betrieben werden können. Ein Beispiel wäre die Air-Separation von Linde, die in Velje betrieben wird: Air separation in step with wind power | Linde Engineering. Die regulatorischen Rahmenbedingungen machen es dort eben attraktiv diesen Prozess auch flexibel zu betreiben. Hier muss aber eben auch nicht eine Produktionslinie ‚nach Hause‘ geschickt werden, weil eben ‚spontan‘ doch produziert wird.

Also ja, es ist nicht mal eben jeder Prozess flexibel zu betreiben, auch wenn es technisch machbar ist. Aber das Potenzial ist auch in der Industrie da und kann durch die richtigen Rahmenbedingungen angereizt werden. Du sagt ja selber und stimmst damit aus meiner Sicht auch zu, dass es auch in der Industrie einiges gibt, wo man durch Flexibilität dann entsprechend profitieren kann.

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Danke für die interessanten Beiträge.
Ja da ist mir ein Tippfehler unterlaufen, bei Leistung ist natürlich immer von GW die Rede.

Vorteil der erneuerbaren ist, dass diese dezentral aufgebaut werden können, d.h. die durchschnittliche Transportstrecke vom Erzeuger zu Verbraucher sinkt. Trotzdem ist natürlich zusätzlich der Leitungsausbau notwendig, das passiert ja schon. Insbesondere für den Anschluss der Offshore anlagen und weil bayern und BW kaum Windkraft installiert haben.

Für die Regelung der Wärmepumpen kann ich vll nochmal die Annahmen besser skizzieren:
Erstmal habe ich nur den Winter betrachtet, da ja hier die Wärmepumpe liefern muss, die Warmwasserbereitung im Sommer bedarf sehr wenig Energie. Zudem ist ja die Dunkelflaute adressiert, die Definitionsgemäß nur im Winter auftritt.
Dabei bin ich von 100 Tagen Winter ausgegangen. Bei einem Wärmebedarf über den Winter von 10.000 kWh sind das 100 kWh pro Tag (stark vereinfache Annahme). Wärmeleistung einer Wärmepumpe sind ca. 10 kW, elektrisch sind es ca. 3 (Wirkungsgrad 300 bis 400 %)
Hoffe das hilft den Rest der Rechnung nachzuvollziehen.
Klar Studien betrachten das deutlich differenzierter, habe es nur versucht mal einfach nachvollziehbar abzuschätzen.

Die Installation von Wärmepumpen ist derzeit überschaubar, das kann sich schnell ändern, wenn sich die Vorteile rum sprechen. Heimspeicher und andere EE Technologien wachsen derzeit exponentiell, das kann für die ein oder andere positive Überraschung sorgen.

Auch in der Industrie gibt es Prozesse, die können Flexibilisiert werden, andere nicht. Bei manchen ist es nicht wirtschaftlich. Aber insbesondere bei den energieintensiven Industrien gibt es viele Potential.

Z.B. Elektrolyse: hier wird teilweise schon flexibel die stromstärke gefahren. Personal ist nur zum be und entladen der Becken notwenig.

Glasindustrie: flüssiges Glas wird in Schmelzwannen aufgeschmolzen und zwischengepuffert. Bei beschicken des Ofens wird viel Energie zum aufschmelzen notwenig. Wann ich den Ofen beschicke (morgen mittags abens), ist für die nachgelagerte Fertigung egal.

Aluminium wird auch mit Strom geschmolzen. Hier kann auch gestartet werden, wenn grad viel strom da ist. Muss man halt bisschen planen.

Außerdem können bei Industriebetrieben günstige Thermische Speicher für geringe Temperaturen <200 °C aufgebaut werden.

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Bei der Elektromobilität gebe ich dir vollkommen recht. Bei den Wärmepumpen bin ich allerdings wegen des Duschbeispiels kritischer.

Ich kann mir nicht vorstellen, dass Peter Müller, der Partner von Lieschen aus dem Beispiel oben, es gut findet wenn nach der ausgiebigen Duschsession seiner Frau kein/kaum Wasser mehr aufgewärmt werden kann, weil die Leistung des regionalen Netzes zur Lastglättung für einige Stunden reduziert wird. Das warten müssen wir uns erst wieder angewöhnen.

Klar, möglicherweise wird das dann einfach erzwungen, aber auf das Geschrei bin ich schon gespannt. Daher wird es das wohl eher auf freiwilliger Basis (Wärmepumpentarif) oder nur in seltenen Ausnahmefällen geben.

Und ob sich Wärmepumpentarife durchsetzen, da bin ich unsicher. Dafür ist der preisliche Unterschied zu niedrig. Aktuell liegt er mit üppiger staatlicher Förderung bei etwa bei 10ct je kWh und damit bei ca. 250-350 € pro Jahr bei einem EFH, abzüglich Mehrkosten für separate Zähler bzw. Steuerung vom Netzbetreiber.

Mir wäre es das nicht wert.

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Der Warmwasserbedarf ist aber erst mal der viel kleinere Teil des Energiebedarfs. Der wesentlich relevantere Teil, auch hinsichtlich der Flexibilität ist der die Raumwärme.

Dabei muss es nicht mal das viel beschworene und gerne verteufelte Szenario des Abschaltens durch die Netzbetreibenden sein. Auch durch rein marktliche Anreize, wie eine Flexibilisierung der Netzentgelte, kann ein entsprechendes Signal gegeben werden, dass das Potenzial von Wärmepumpen gehoben werden kann. Eine Gastherme produziert das Warmwasser zum Duschen auch nicht on demand, sondern ist in der Regel mit einem Speicher kombiniert. Genau das geht mit einer Wärmepumpe auch. Klar gibt es auch Durchlauferhitzer ohne Speicher aber im Fall der Flexibilität ist der mitzudenken und dann ist das Problem auch nicht so groß, wie es gemacht wird.

Zu den Tarifen. Das muss nicht mal ein Wärmepumpentarif sein. Es reicht an sich schon, wenn das entsprechend im normalen Stromtarif geregelt ist, dass z.B. Abends die Netzentgelte deutlich erhöht sind. Das hier ist z.B. eine eben erst dazu publizierte Untersuchung: https://neon.energy/Neon-Mehrwert-Flex-Folien.pdf. Ich finde, dass man da sehr gut sehen kann, dass allein durch so eine Maßnahme, die nun wirklich keine neue Erfindung ist, sowohl auf der Seite des einzelnen Haushalts, aber auch systemisch viel rausgeholt werden kann. Es muss nur eben automatisiert gesteuert werden, wenn das direkt in der Software der Wärmepumpe oder der Energiesystemsoftware des Haushalts mit dabei ist, dann muss sich die Verbrauchsseite gar nicht mal mehr mit den Aspekten herumschlagen (wie gesagt, es muss halt nur die Wärme dann verfügbar sein, wenn geduscht wird und der Raum warm).

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