Zuviel Solarstrom gefährdet die Netzstabilität

Warum ist der Beinahe-Blackout vom 14. August in Deutschland ausgerechnet an einem aus Klimasicht idealen Tag mit viel Sonne passiert? Und warum führt das dazu, dass dann der Strom über Mittag nichts mehr wert ist?

Originalbeitrag «Schlumpfs Grafik, Folge 10» im Nebelspalter vom 6. September 2021

Vor kurzem hat Alex Reichmuth hier unter «Stromknappheit Teil 1» über eine kritische Situation in der deutschen Elektrizitätsversorgung berichtet, die dazu geführt hat, dass mehrere Industriebetriebe zeitweise keinen Strom mehr bekamen.

Um zu verstehen, was bei diesem Beinahe-Blackout abgelaufen ist, muss man das Stromsystem in zeitnaher Auflösung analysieren. Auf der Webseite «Energy Charts» des deutschen Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ist das in Viertelstundenauflösung möglich. Von dort stammt die folgende Grafik, die Stromverbrauch und Stromerzeugung nach Trägern für die Woche 32 (9. Bis 15. August 2021) darstellt. Den Zeitpunkt des Beinahe-Blackouts – 14. August, kurz vor 20 Uhr – habe ich mit einem violetten Strich markiert.

(Click auf Grafik vergrössert diese) Die Grafik zeigt von links nach rechts die sieben Tage dieser Woche von Montag bis Sonntag, und von unten nach oben die Leistung der verschiedenen Energieträger in Gigawatt (GW) pro Viertelstunde.

Pflicht, Kür und Lückenbüsser

Schauen wir zuerst auf den Strombedarf (Last), der als schwarze Schlangenlinie im oberen Teil zu erkennen ist: Deutlich sieht man das typische Auf und Ab zwischen höherem Tages- und tieferem Nachtverbrauch, sowie das Absinken des Gesamtniveaus während dem Wochenende rechts.

Auf der Erzeugungsseite kann man drei Gruppen voneinander unterscheiden, die verschiedene Rollen spielen: Kür, Pflicht und Lückenbüsser. Das Pflichtprogramm, das eine solide Grundbasis schafft, wird bestritten – von unten her – durch Laufwasser (dunkelblau), Biomasse (grün) und Kernenergie (rot), was zusammen einen Bandstromsockel von 15 GW ergibt. Dagegen tanzen ganz oben Solar- und Windstrom zusammen ihre nicht steuerbare, extrem volatile Kür, die zwischen 1 und 53 GW schwankt.

Weil beim Strom Erzeugung und Verbrauch aber in jeder Sekunde ausgeglichen sein müssen, braucht es eine dritte Gruppe von Erzeugern, der die undankbare Rolle zukommt, die Lücke zwischen Kür und Pflicht zu schliessen. Weil aber die Kürgruppe derart rasche und heftige Ausschläge produziert, kommen hier nur Träger in Frage, die rasch und genau steuerbar sind. In Deutschland sind das Braun- und Steinkohle (hell- und dunkelbraun), Gas (orange) und Pumpspeicher (hellblau).

Ausgleich durch Importe und Exporte

Offensichtlich fehlt aber noch ein Player, weil in der Grafik die gesamte Produktion noch nicht mit der Last übereinstimmt. In den Mittagsstunden gibt es zuviel, am Morgen, Abend und in der Nacht zuwenig Strom. Genau diese fehlende Menge muss durch Importe und Exporte gedeckt werden. Wie man sieht, ist Deutschland überwiegend auf Importe angewiesen.

Was ist nun am 14. August Spezielles passiert? Erstens hat die Kürgruppe Solar/Wind den grössten Ertrag der Woche geliefert, und zweitens ist der Verbrauch an diesem ersten Wochenendtag deutlich geringer. Das hat dazu geführt, dass der gesamte Tagesüberschuss – die gelbe Fläche über der schwarzen Linie – viel grösser war, als an anderen Tagen, obwohl Gas und Kohle ihre Produktion so weit wie möglich zurückgefahren haben.

Jeder Überschuss muss aber im Netz irgendwo hinfliessen, das heisst, er muss exportiert werden. An diesem Tag resultierte denn auch von 7 Uhr morgens bis 19 Uhr abends der weitaus grösste Exportüberschuss der Woche, mit Spitzen bis zu 13 GW. Weil aber an sonnigen Wochenendtagen die Nachbarländer auch keinen hohen Bedarf haben, und der Strom daher gar nicht benötigt wird, fallen die Strompreise dann in den Keller – im aktuellen Fall von einem Durchschnittspreis um die 100 Euro pro Megawattstunde auf zeitweise sogar leicht unter Null. Wenn der «ideale» grüne Strom also besonders reichlich fliesst, macht er den Wert des ganzen Stromsystems kaputt.

Enorme Herausforderung für die Systemregulierung

Die folgende Grafik fasst das zusammen: Gesamterzeugung (Erneuerbar – Nicht-Erneuerbar), Exportsaldo und Durchschnittspreise an der Strombörse. (Violetter Strich: Zeitpunkt des Beinahe-Blackouts)

(Click auf Grafik vergrössert diese) Wenn der regenerative Strom aber wieder versiegt, was beim Solarstrom im Laufe des Nachmittags naturgegeben geschieht, müssen Kohle- und Gaskraftwerke wieder hochgefahren, Pumpspeicher maximal eingesetzt und die Exporte gestoppt werden. Bei so grossen Mengen in so kurzer Zeit wie an diesem Tag, wird das aber zu einer enormen Herausforderung für die Systemregulierung. Und kritisch wird es zusätzlich zwischen 17 und 20 Uhr, weil dann der Bedarf nochmals leicht ansteigt.

Es drohen weitere kritische Momente

Und genau in dieser Zeit ist der Beinahe-Blackout auch passiert. Offiziell hält man sich mit der Angabe von Gründen bedeckt, wie Alex Reichmuth berichtet hat. Eine Vermutung gibt es aber: Die Preiserwartungen an der Börse, die jeweils einen Tag vorher gehandelt werden, wichen ab 19 Uhr an diesem Abend immer mehr vom realen Preis ab: Die Abweichungen erreichten also Höchststände dieser Woche. Irgendetwas von dem, was man vorausgesagt hatte, ist demnach nicht so eingetreten, wie erwartet. In diesem Fall könnte es die Windproduktion gewesen sein – aber das ist Spekulation.

So oder so: Mit dem weiteren Ausbau der nichtsteuerbar-volatilen Stromerzeugung aus Wind und Sonne, drohen weitere kritische Momente, die wohl früher oder später zu einem tatsächlichen Blackout führen könnten.