Archiv der Kategorie: Energiewende

Kohle mit Kohle ohne Kohle machen…

Versorgungsunternehmen kaufen Strom nicht nur an der Börse. Um einen günstigen Einkaufspreis zu erzielen, kaufen sie den Strom bereits Jahre im voraus ein. Aber nur konventionelle Kraftwerke können garantieren, dass sie den Strom auch wirklich liefern können.
Also kauft z.B. ein Versorger 3 Jahre im voraus den Strom bei einem Kohlekraftwerkbetreiber für 40 Euro / MWh.
Wenn der Strom geliefert werden muss, ist zufälligerweise sehr viel Wind. Der Strom kostet an der Börse fast nichts.
Der Kohlekraftwerksbetreiber reduziert seine Leistung oder schaltet ganz ab und kauft den Strom billig an der Börse ein. Er liefert den fast kostenlosen Strom für 40 Euro / MWh und spart auch noch die Kohlekosten.
Sind das „windfall profits“?

Netzzeit

In den letzen Tagen liefen die Backofenuhren 6 Minuten nach. Jetzt berichtet das Manager-Magazin und der Spiegel, dass das Problem in Kosovo und Serbien entstanden sei. Dadurch sei die durchschnittliche Frequenz von 50 Hz auf 49.95 Hz abgesunken und das hätte sich in 2 Monaten zu 6 Minuten addiert.
Rechnen wir mal schnell nach. Wenn die Frequenz 49.95 statt 50.00 ist, laufen die Uhren genau ein Tausendstel zu langsam. Um 6 Minuten zu erreichen, müssen also 6000 Minuten vergehen, bis 6 Minuten erreicht sind. Das sind etwa 4 Tage (6000 / 60 / 24), aber nicht 60 Tage.
Ich vermute mal, dass die Frequenz nur auf 49.995 Hz gefallen ist und es 40 Tage (= 6 Wochen) gedauert hat. Dann passen die Zahlen.
Gibt es bei Zeitungen eigentlich eine Qualitätskontrolle?

Wie spät, bitte

Wir haben einige Funkuhren im Haus und im Backofen eine Uhr, die an der Netzzeit hängt. Netzzeit bedeutet, dass die Uhr immer mit der Netzfrquenz von 50 Hz läuft. Jetzt ist die Netzfrequenz nicht immer konstant. Wenn der Stromvebrauch hoch ist, dann sinkt die Frequenz und die Uhren laufen langsamer. Üblicherweise wird dann nachts etwas schneller gefahren, so dass die Differenz nie höher als 20 Sekunden ist. Das reicht vollkommen aus, den Zug nicht zu verpassen.
Jetzt habe ich in den letzten Tagen festgestellt, dass unsere Backofenuhr 5 Minuten nachgeht. Das kann eigentlich nicht an der Netzfrequenz liegen.
Ein Blick auf diese Webseite belehrt mich eines besseren. Die Netzzeit läuft heute (3.3.2018) schon fast 6 Minuten zu langsam. Dies bedeutet, dass zu wenig Leistung ins Netz eingespeist wurde.
Das kann technische Gründe haben, wie einen Energiemangel aber natürlich auch kommerzielle.
Im Internet war zu finden, dass es bei Swissgrid hieß, dass es ein Land gäbe, dass nicht in der Lage sei, die Frequenz stabil zu halten. Welches Land das ist, war nicht herauszufinden.

Irgendwo ist immer Wind?

Vor Jahren hiess es, dass es in Europa immer irgendwo Wind gäbe. Wenn man genügend lange Leitungen baut, gleicht sich die Windstromproduktion aus. Im folgenden Diagramm sind die Werte für den Windstrom in Deutschland und Spanien aufgetragen. Für jede Stunde wurde aus dem Windstrom aus Spanien und aus dem deutschen Windstrom ein XY-Paar gebildet. Wenn immer Wind weht, entweder in Spanien oder in Deutschland, dann sollten in der linken unteren Ecke wenig Punkte sein. Wie man dem Diagramm entnehmen kann, kommt es häufig vor, dass sowohl in Spanien als auch in Deutschland wenig Wind weht.

Um die vermutete Korrelation auch mathematisch nachzuweisen, habe ich nach entsprechender Mathematik gesucht. Man kann kaum erwarten, dass ein liniearer Zusammenhang zwischen der Stromproduktion in Deutschland und Spanien herrscht. Allein der örtliche Abstand sollte das verhindern. Ich bin dann auf Spearmans Rangkorrelationskoeffizienten gestossen. Man ordnet die Windproduktion nach ihrer Grösse. Dann schaut man welchen Rang die Stromproduktion in Spanien hatte und vergleicht sie mit dem Rang zur selben Zeit in Deutschland. Der berechnete Koeffizient liegt zwischen -1 und +1. Bei -1 ist die Stromproduktion in Spanien immer anders als in Deutschland. Ist in Deutschland wenig Wind, ist in Spanien viel Wind und umgekehrt. Dies ist eigentlich der gewünschte und manchmal behauptete Zusammenhang. Für +1 ist in Deutschland wenig Wind, wenn auch in Spanien wenig Wind ist.
Die Auswertung für 2017 führt auf einen Rankkoeffizienten von 0.84.

Mehr Speicher…

Die Webseite der europäischen Übertragungsnetzbetreiber ENTSO-E (https://transparency.entsoe.eu) liefert eine Fülle von Daten zum download. Jede Viertelstunde erhält für jedes Land die Stromproduktion nach Energieträgern, den Stromverbrauch und für Deutschland die Börsenstrompreise.
Es bietet sich an die Daten ein wenig auszuwerten.
Wind- und Solarenergie liefert in der Bieterzone Deutschland-Österreich-Luxemburg etwa 25% des Stroms. In Studien wird der massive Ausbau gefordert. Man kann jetzt mit den Daten einfach mal ausrechnen, was passiert, wenn man die Anlagen um den Faktor 2,3,4,,,,10 ausbaut. Bereits bei Verdopplung treten Fälle ein, bei denen mehr Strom erzeugt wird, als verbraucht werden kann.
In der ersten Betrachtung soll man angenommen werden, dass die Anlagen einfach abgeregelt werden, weil es keine Speicher gibt.
Das folgende Diagramm zeigt das Ergebnis:

Auf der x-Achse ist aufgetragen, wieviel % der Strom aus Wind und Solar kommt. Die y-Achse gibt an, wieviel % des erzeugten Stroms verbraucht werden kann. Der erste rote Punkt zeigt den Zustand 2017. 26% des Stroms kommen aus Wind und Sonne und können zu 100% verbraucht werden. Die anderen Punkte ergeben sich, wenn man die Wind- und Sonnenstromproduktion vervielfacht. Wenn man 7mal so viele Anlagen installiert wie jetzt, kann man den Bedarf zu 90% decken. Aber nur 50% des erzeugten Stromes kann auch genutzt werden.
Die nächste Betrachtung nimmt einfach an, dass Überschussstrom einfach gespeichert wird. Der gespeicherte Strom kann ohne Einbusse wieder entnommen werden. Wenn man die Anlagen um den Faktor 3.8 (=1 / 0.26) erhöht, wird gerade so viel Strom produziert wie verbraucht wird. Der Energieinhalt des Speicher würde dann so aussehen:

Am Beginn des Jahres ist der Speicher so voll wie am Ende des Jahres. Im Anfang des Jahres 2017 hatten wir eine dreiwöchige Flaute auf Grund einer Hochdruckwetterlage. In dieser Zeit wird nicht genug produziert und man lebt vom Speicher. Im Sommer füllt die Sonnenenergie am Tag den Speicher und er wird nachts wieder entleert. Am Ende des Jahres gab es einige Stürme, die den Speicher wieder gefüllt haben. Das Arbeitsvolumen des Speichers müsste ca. 28 TWh betragen.
Die Speichergröße wird bestimmt durch die Flaute. Wenn man die Flaute mal weglässt, dann bleibt aber immer noch ein Speicher von 10-15 TWh. Die Pumpspeicherkapazität in Europa beträgt ca. 0.3 TWh und lässt sich aus geologischen Gründen maximal auf 2.6 TWh ausbauen.
Aber es gibt ja in Zukunft noch die Autobatterien. Nehmen wir mal 12 TWh und 30 kWh für eine Batterie, dann bräuchten wir 400 Millionen Batterien nur für Deutschland und Österreich.
Auch das scheint nicht realistisch.
Das Arbeitsvolumen deutscher Erdgasspeicher betragen mehr als 200 TWh. Speicherung in Form von Gas scheint die einzig sinnvolle Variante zu sein. Dummerweise geht bei der Umwandlung Strom zu Gas und zurück das meiste verloren. Was das für Konsequenzen ein andermal.

Weibull?

Weibull ist keine texanische Sorte von Bullen sondern eine Verteilungsfunktion, die nach einem Herrn Weibull benannt ist.
Die Häufigkeit von Windgeschwindigkeiten folgt normalerweise einer Weibull-Funktion.
Auch die Leistung von Windparks sollte einen ähnlichen Verlauf haben.
Auf der Webseite der europäischen Übertragungsnetzbetreiber kann man sich die eingespeiste Windenergie in Viertelstundenschritten herunterladen. Mit Excel lassen sich dann leicht Histogramme erstellen.
Hier das Histogramm für den onshore Windstrom 2017:

Das Diagramm sieht aus, wie man es erwartet. Totale Flaute ist selten, aber am häufigsten gibt es kleine Windstärken. Grosse Windstärken kommen eher selten vor.
Wenn man jedoch das Diagramm für offshore Wind erstellt. Erlebt man eine Uberschraschung:

Die Verteilung sieht ganz anders aus.
Das kann verschiedene Ursachen haben.
1. die Daten sind falsch.
2. es wurden zusätzliche Windparks im Laufe des Jahres hinzugebaut. Das Diagramm wäre also eine Überlagerung verschiedener Häufigkeiten.
3. bei niedriegen Windstärken werden Windparks abgestellt z. B. für Wartungsarbeiten.
4. die Windverhältnisse sind auf See anders als auf Land und zwar nicht nur in der Windstärke.

Warum nimmt der CO2-Ausstoss nicht ab?

Trotz des Ausbaus der Windenergie und der Solarenergie nimmt der CO2-Ausstoss nicht wie gewünscht ab. Es wird immer auf den Export von elektrischer Energie hingewiesen. Es gibt aber noch einen anderen, in meinen Augen wichtigeren Grund.
Die folgende Grafik (zum Vergrösseren auf das Bild klicken) zeigt die Stromerzeugung der öffentlichen Netze für Kernenergie, Wind- und Sonnenenergie.

Wie man sieht, konnten Wind und Solar erst in den letzten Jahren den Ausfall der Kernenergie kompensieren. Die Erzeugung aus Kernenergie wird in den nächsten Jahren verschwinden. Der Ausbau der Solarenergie ist stark reduziert. Es scheint zweifelhaft, dass die Windenergie in den nächsten Jahren so weit ausgebaut wird, dass der Ausfall der Kernenergie kompensiert werden kann.

Was bringt’s?

1990 betrug der CO2-Ausstoss in Deutschland ca. 1070 Millionen Tonnen. Das Ziel war 2020 642 Mio. t (-40%) zu erreichen. 2017 sind es aber immer noch 800 Mio. t. Jetzt wird der Kohleausstieg diskutiert.
Wenn man annimmt, dass der sofortige Ausstieg aus der Kohle ein Umstieg auf Gas bedeutet, dann erreicht man eine Reduktion um 100 Mio. t. Damit wäre das 2020-Ziel immer noch nicht erreicht.
Die Gaskraftwerke würden dann noch 126 Mio. t CO2 ausstossen.
Für 2030 ist aber eine weitere Reduktion um 160 Mio. t vorgesehen. Das ist mehr als die Stromerzeugung noch liefert.
Nur mit dem Kohleausstieg ist das 2030-Ziel also nicht erreichbar.
Ohne den Kernenergieausstieg wäre das 2020-Ziel wohl erreicht worden. Die Deutsche Physikalische Gesellschaft hatte bereits 2005 darauf hingewiesen.

Aber wer, wo und wie?

Der Kohleausstieg ist möglich.
Gemäss Agora Energiewende muss man nur 20’000 MW Gaskraftwerke installieren. Das sind ca. 30 Kraftwerksblöcke. Jetzt stellt sich aber die Frage, wo die Gaskraftwerke installiert werden sollen. Es wäre fair, wenn diejenigen, die den Kohleausstieg verlangen, auch die Standorte für die Gaskraftwerke benennen.
Der Strompreis an der Börse ergibt sich aus den Grenzkosten der teuersten Kraftwerke. Das hat zur Folge, dass man mit Gaskraftwerken kein Geld verdienen kann. Da stellt sich die Frage, wer die Gaskraftwerke bauen soll. Darauf würde ich von den Ausstiegsfreunden auch gerne eine Antwort hören.
Aber es wird ja schon die Tatsache der neuen Gaskraftwerke verschwiegen.
Man könnte natürlich auch das EEG ändern. Aber auch dazu hört man nichts.