Ökostrom erklärt für DUMMIES anhand der Wind und Solareinspeisung im November 2015* V2

Im Land beschäftigt sich inzwischen eine große Zahl von  Bürgern, Politikern und Interessenvertretern mit dem Thema Energie. Die Meisten haben aber sicherlich bisher wenig Berührung mit deren Grundlagen gehabt, oder diese längst vergessen. Deshalb nimmt der Autor die Darstellung der Novemberwerte zum Anlass, die Daten diesmal nicht (nur) mit lockeren Sprüchen zu kommentieren,  sondern in einem Crashkurs das Energie-Basiswissen zu vermitteln welches man benötigt, um in Inititativen oder gegenüber Politikern und „Experten“ als ausgewiesener Energiefachmann zu gelten. Es ist deshalb ausdrücklich erlaubt, diesen Artikel als Informationsmaterial zu verwenden. 

Eine Erklärung der energietechnischen Begriffe ist als Anhang zugefügt.

Hinweis:

In dieser Darstellung wird die anteilige Leistung aus Wasserkraft und Biogas nicht berücksichtigt. Der im Artikel verwendete Begriff „Ökoenergie“ schließt also die in Zukunft anteilig erheblich reduzierten Beiträge von Laufwasser und Biogas nicht mit ein. Aktuell ist ihr Beitrag aber (noch) nicht zu vernachlässigen und generiert eine Ökoenergie-Einspeisung während der verblüffend langen „Leistungspausen“ von Solar und Windenergie.

Begründung: Der weitere Ausbau an Ökoenergie ist praktisch ausschließlich über Solar und Wind möglich, weshalb in Zukunft deren Ganglinien-Verlauf die Energieversorgung bestimmt.

Datenquellen: Die Energiedaten werden von Herrn Schuster aus verschiedenen (offiziellen) Quellen abgezogen und in einer Datenbank zusammengesetzt. Eine Vergleichsauswertung (des Autors) mit den stündlich auflösenden und mit Korrekturen beaufschlagten Daten von Agora-Energiewende zeigt Abweichungen bei den auf niedrige  Stundenwerte bezogenen Daten sowie dem Verbrauch. Solche Abweichungen sind nicht vermeidbar, da es keinen „amtlichen“ Datensatz gibt und alle Hochrechnungen und Schätzungen beinhalten.

Ganglinien der Novemberwerte

In dieser und den meisten „Energie-Publizierungen“ sieht man die schönen Bilder mit den Verlaufsdarstellungen. Solche Grafiken lassen sich von jedem (ohne Registrierung) direkt auf "Agora Energiewende" für alle gewünschten Zeitbereiche einfachst mittels Buttons einstellen und ansehen.  Das macht richtig Spass, weil es super funktioniert.

Energie und Leistung anhand von Ganglinien dargestellt

Das Bild 1 (und die meisten folgenden-siehe oben rechts) zeigt die sogenannten „Ganglinien“, also die zeitlichen Verläufe von Verbrauch,  Bereitstellungen und  Einspeisungen an Elektroenergie für den November. Die Darstellungen sind  summierte Werte. 

Leistung ist der Augenblickswert und Energie der Augenblickswert multipliziert mit der Zeit. In Ganglinien zeigen die Begrenzungslinien von Verläufen deshalb immer den Leistungswert für diesen Moment. Die zugehörige Energie über Zeitabschnitte steht in den Tabellen. Wenn Energie als Kurvenverlauf gezeigt wird (das Zeitintegral der Leistung), wird es immer explizit angegeben.

Bild 2 zeigt dazu die Monats-Eckwerte tabelliert in Zahlen.

Dargestellt sind:

·       Die versprochene Öko-Leistung (installierte Leistung) als rote, waagerechte Linie.

·       Die benötigte Leistung in Braun

·       Die wirklich bereitgestellte Öko-Leistung in Gelb und Blau (summiert dargestellt, die gelbe Solar-Linie ist deshalb auf die blaue Wind-Linie aufgesetzt und nicht „dahinter“)

 

Bild1 (rechts oben) Elektroenergie-Verbrauch und Ökostrom-Einspeisung im November 2015

    

Bild 2 Ökostrom Bereitstellungsdaten / Verbrauch November 2015

Fazit der November-Einspeisung

Von der versprochenen Leistung wurden wirklich bereitgestellt:

Wind:                      33,3%                  (Oktober: 12,3 %)

Solar:                      4 %                       (Oktober: 6,7 %)               

Solar + Wind:     19,4 %                    (Oktober 9,6 %)

Vom Energiebedarf des Monats konnten durch Ökoenergie eingespeist werden:

Solar + Wind:     27,7 %                   (Oktober 14,5 %)                                        

Der November ist damit bezüglich der Öko-Energieeinspeisung wesentlich  günstiger als der Oktober, weil der Wind mehr geblasen hat. Aber selbst wenn man mit den stark beschönigenden Mittelwerten rechnet, ist auch der November für die Ökoenergie desaströs.

Man muss sich überlegen was es bedeutet, dass alleine von einem Monat zum nächsten die lieferbare Öko-Energiemenge um fast 100 % schwankt.

Verteilung der Ökostrom-Einspeisung über Zeitbereiche

Die in Bild 1 ersichtliche, zeitlich nicht dem Verbrauch entsprechende Lieferung der Öko-Energie ist in der Tabelle von Bild 3 klassifiziert. 

Bild 3 Zeitliche-Klassifizierung der Öko-Energielieferungen bezogen auf den Summenwert

Was sagen die Daten der Tabelle von Bild 3

Windkraft und Solar habe eine installierte Leistung von 83.586 MW. Für diese Anschlussleistung muss die gesamt Netz-Infrastruktur und in Zukunft auch Speichertechnik ausgelegt sein. Doch deren Verfügbarkeit sah (im windreichen November) wie folgt aus:

–        Während 24,10 % des Monats standen maximal 10 % der versprochenen Leistung zur Verfügung (Bezug: installierte Leistung)

–        Nicht in der Tabelle: Während 8,6 % des Monats waren es maximal 5 %

–        Während 53,60 % des Monats standen maximal 20 % der versprochenen Leistung zur Verfügung

–        Nur während 1,8 % des Monats standen mehr als 40 % der versprochenen Leistung zur Verfügung

Der (geringe) Nutzen der Ökoenergie

Trotz des weit über der benötigten Leistung liegenden Installationswertes an Ökoenergie wurde nicht im Entferntesten auch nur ein konventionelles Kraftwerk eingespart – denn das ist mit dieser Ökoenergie unmöglich.

Man sieht dies beim Betrachten der gelieferten Energie (Bild 3.1). Ein konventionelles Kraftwerk kann die Planleistung bereitstellen und damit über die Monatssumme die Planenergie liefern (blaue Linie). Die Ökostrom-Lieferanten haben zwar ebenfalls hohe Planleistungen, können davon als Energie (Leistung x Zeit)  aber nur Bruchteile wirklich einspeisen (im November 20 %, und das auch nur zu nicht planbaren Zeiten).

 

Bild3.1  Energieeinspeisung (Leistungsangebot x Zeit) bezogen auf die installierte Wind + Solarleistung (Planwert) für den November

Blaue Linie: Leistung x Zeit eines gleichen konventionellen Kraftwerkes. Grüne Linie: Leistung x Zeit der Ökoeinspeisung von Wind + Solar                

Für das Jahr 2050 ist ein Ausbau der Ökoenergie und Abschalten der konventionellen Kraftwerke geplant (Dekarbonisierung). Die Ökoenergie soll dann praktisch die Vollversorgung Deutschlands mit Elektroenergie ermöglichen.

Wir simulieren den November im Jahr 2050 anhand der von unserer Regierung angegebenen Planwerte

 Daten im Planjahr 2050

Die Ausbauplanung weist für 2050 die folgenden Ausbaufaktoren aus (Quelle: Fraunhofer IWES  29. März 2012 Bericht: BMU – FKZ 03MAP146, Scenario 2011 A):

–        Windenergie: Faktor 2,25

–        Solarenergie: Faktor 1,75

–        Wind + Solar: Faktor 2

Somit beträgt die zum Jahr 2050 geplante Gesamtleistung von Wind + Solar 187,6 GW (Anm.: Dieser Wert ist höher als in der IWES-Studie, Tabelle 2 gelistet, da der aktuelle Ausbau den damals für 2015 vorhergesehenen übersteigt). Der mittlere Bedarf für den November 2050 wird mit 70 GW, entsprechend 50.400 GWh (Daten Agora) als ungefähr gleich angenommen, obwohl unsere Regierung Verbrauchs-Reduzierungen als Zwangsmaßnahme plant. Mit dem geplanten Ausbau können Wind und Solar dann in einem vergleichbaren November 2050 bereitstellen:

–        24 % des Monats maximal 24 % der benötigten Leistung von 70 GW (die wirkliche Bereitstellung ist niedriger, da der Wert selten 24 % erreicht)

–        54 % des Monats maximal 48 % der benötigten Leistung von 70 GW (die wirkliche Bereitstellung ist niedriger, da der Wert selten 48 % erreicht)

Für die zu liefernde Energie sieht es wie folgt aus (Bild 3.2)

 

Bild3.2 November 2050, Energie-Einspeisung Wind und Solar

Berücksichtig man zusätzlich die Wasser und Biogaseinspeisung, sieht es wie folgt aus:

–        Für 2050 beträgt die Planleistung von Laufwasser und Biogas vom aktuellen Stand mit den beim IWES angegebenen Faktoren hochgerechnet ca. 7,97 GW, entsprechend 5.738 GWh / Monat. Bezogen auf den November-Bedarf sind dies 11,4 %

–        Damit würden die heute für das Jahr 2050 geplanten Ökostrom-Lieferanten beim gleichen November insgesamt
46,4 % + 11,4 % = ca. 58 % der benötigten Energie liefern

Wie man bei diesen Ergebnissen darauf kommen kann, alle konventionellen Kraftwerke abzuschalten und Deutschland zu dekarbonisieren, bleibt ein Rätsel der deutschen Energiegeschichte (und – Politiker).

Bild 4 zeigt, wie es im November mit den Extremwerten aussah. Da die Ökowissenschaft inzwischen die grausame Erkenntnis akzeptieren musste, dass die Sonne nicht daran denkt nachts solaren Ökostrom zu liefern, bestimmt der Wind die Extreme. Von einer „Mittelung“ der Windstrom-Einspeisung in Deutschland, nach der dieses Problem – ganz Deutschland ohne Wind – gar nicht vorkommen darf (irgendwo weht immer Wind) ist weit und breit nichts zu sehen.

  

Bild 4 Minimale und maximale Windleistung im November 

Die Ökostrom-Einspeisungen im Detail

Die Solarstrom-Ganglinien im November

Bild 5 Solardaten November 2015

Violette Linie: Verbrauch; Gelb: Von Solar gelieferte Einspeiseleistung

 

Bild 6 Solarstrom- Daten November 2015 tabelliert

Fazit

Was sagen die Daten der Tabelle von Bild 6

–        Während 57,6 % des Monats stellte Solar überhaupt keine Leistung bereit (nachts scheint keine Sonne)

–        36,8 % des Monats waren es maximal 20 % der Nennleistung

–        Nur 5,6 % des Monats waren es mehr als 20 % der Nennleistung

–        Im Monatsmittel stellte Solar etwa 4 % der Nennleistung zur Verfügung

Obwohl Solarenergie im Jahr 2014 alleine 48 % der EEG Kosten verursachte (Quelle: WIKIPEDIA), liefert sie keinen nennenswerten Energieanteil. Ein Ausbau an Solarenergie zur Verbesserung der Ökostrom-Bilanz ist vollkommen sinnlos.

Die Windstrom-Einspeisung im November

  

Bild 7 Einspeisung Windenergie im  November 2015

Violette Linie: Verbrauch; Blau: Von Wind gelieferte Einspeiseleistung

Bild 8 Winddaten November 2015 tabelliert

Fazit

Was sagen die Daten der Tabelle von Bild 8

–        Während 16,5 % des Monats stellte Wind maximal 10 % seiner Nennleistung bereit

–        28,9 % des Monats waren es maximal 30 % der Nennleistung

–        Nur 23,6 % des Monats waren es mehr als 50 % der Nennleistung

–        Im Monatsmittel des windreichen November stellte Wind 33,3 % der installierten Leistung wirklich zur Verfügung

Die Windenergie ist nicht in der Lage, die katastrophalen Daten von Solar zu kompensieren. Dazu sind die windarmen Zeiten erheblich zu lang. Selbst um dieses mehr als magere Ergebnis zu erhalten, sind bereits wesentliche Flächen von Deutschland als Ökopark umgebaut. Und die Grünen fordern, dass dies flächendeckend in ganz Deutschland geschieht. 

    

Bild 9 Die Natur für neue Energien als „Öko-Park“ umgerüstet. Bsp.: NRW Paderborn-Dahl.

Quelle Windwahn

Kosten

Es gab Zeiten, da konnte man auch in Deutschland grundlastfähigen und bedarfs-regelbaren Strom für  30 EUR / MWh beziehen. Das könnte auch heute noch so sein, doch „Dank“ EEG sind diese Zeiten vorbei. 

Trotzdem ist Strom an der Strombörse auch billiger zu bekommen. Allerdings nur zu Zeiten, wo es so viel davon gibt,  dass ihn niemand haben will. Für den privaten Stromkunden ist der Börsenstrompreis aber unwichtig, denn er muss immer den hohen EEG-Preis bezahlen (siehe dazu im Anhang unter „Abregeln“).  

Es dürfte die Zeit kommen, wo es keine negativen oder niedrigen Strompreise mehr gibt – die das optische Erscheinungsbild der Ökoenergie so massiv stören -. Man braucht nämlich die Ökoenergie nur abregeln, heißt die Einspeisung abschalten.  Das macht man nur aktuell noch ungern, weil es für den Verbraucher so wirkt wie:

 

Abregeln erklärt für DUMMIES:

Der Gast bestellt im Lokal Essen – es wird gekocht, aber vor dem Gast weggeschmissen – Der Gast bekommt aber die Rechnung und muss es bezahlen. Begründung: Das Essen hätte geliefert werden können.

 

Negativer Börsenpreis erklärt für DUMMIES:

Der Gast bestellt im Lokal Essen – es wird gekocht und der Gast muss es bezahlen – das Essen wird aber einem Fremden gegeben – der Gast bekommt zusätzlich eine Strafgebühr aufgebrummt, weil der Fremde zusätzlich Geld für die Annahme des Essens verlangte. Begründung: Das Essen hätte der Gast gesundheitlich bestimmt nicht vertragen.

  

Bild 10 Börsenstrompreise im November

Bild 11 Tabelle der jährlichen Summierung von Stunden mit negativen Börsenpreisen.

  

Bild 12 Kostenstruktur der Ökoenergie im November

  

Bild 13 Kostenstruktur der Ökoenergie im November tabelliert

Erklärung zur Tabelle von Bild 13

EEG-Wert:

·       An die Ökoenergie-Lieferanten gezahlte Einspeisevergütung aufgrund der EEG-Gesetzgebung

EEX-Wert:

·       Wert dieses Ökostromes an der Börse (wahrer Marktwert)

Wind + Solar EEG-Wert:

·       Als Einspeisevergütung für Ökostrom (durch das EEG zwangsweise vom Verbraucher) bezahlte Summe

Wind + Solar Börsenwert:

·       An der Börse für den Ökostrom erwirtschaftete Summe (wahrer Marktwert des Ökostroms)

Differenz EEX-Wert – EEG-Wert:

·       Vom Verbraucher über dem Marktwert bezahlte EEG-Zwangsvergütung an die Wind- und Solarparkbetreiber

Fazit

Alleine im November betrug die EEG-Nettosubventionierung der Ökostrom-Einspeisung fast 1 Milliarde EUR.

Die enormen Zusatzkosten in der bereitzustellenden Infrastruktur, für die (technisch nicht möglichen) Speicher und die parallel im Stand-by mitlaufenden konventionellen Kraftwerke, welche die langen Einspeisepausen überbrücken helfen, sind dabei nicht eingerechnet.

 

Zusatz Speicherproblematik

 

Umfassende Details dazu wurden vom Autor im EIKE-Artikel "Elektro-Energiespeicherung" beschrieben. Wie es sich aktuell mit der als „Lösung“ propagierten Pumpspeicherung verhält, zeigt das folgende Bild. Wenn man betrachtet, das in Deutschland praktisch kein Pumpspeicher- oder Wasserkraftwerk in größerem Umfang mehr errichtet werden kann (kein „Wutbürger und Umweltschutz-Verein“ lässt das mehr zu) lässt sich das  kommende Problem der Ökostrom-Speicherung ahnen.

  

Bild 14 Umfang der aktuell durch Wasserspeicher bereitstellbaren Speicherleistung

Violett: Stromverbrauch; Blau: Leistungslinie von Pumpspeicher und Speicherwasser in Deutschland

*Alle Daten wurden freundlicher Weise von Herrn Rolf Schuster bereitgestellt.

Anhang mit Erklärungen

Leider bleibt es auch modernen Energie-Experten nicht erspart, ein paar Begriffe zu lernen. Nichts gilt als peinlicher, als diese zu verwechseln oder gar falsch zu interpretieren.

Die Leistung

Leistung berechnet sich nach der Formel:

–        Elektrische- Leistung = Spannung x Strom (V x A = W; meistens in Megawatt oder Gigawatt angegeben)

–        Leistung ist also die „Momentaufnahme“ des Augenblicks, da die Zeit fehlt

Damit ist elektrische Leistung inzwischen vor allem eine Planungsgröße, wie das folgende Beispiel zeigt:

Beispiel Leistung:

Im Bild 1 sieht man die rote Linie mit 85.583 MW. Das ist die elektrische Leistung, welche für Solar und Windkraft in Deutschland angegeben werden. Laut Angaben der Betreiber sind sie in der Lage, diese zu liefern. Damit diese versprochene Leistung eingespeist werden könnte, muss die gesamte Verteilnetz-Infrastruktur entsprechend dimensioniert, also ausgebaut sein.

Doch leider liefert die Ökoenergie in Wirklichkeit die meiste Zeit nur einen Bruchteil der versprochenen Leistung und die versprochene Planleistung praktisch nie.

Das Leitungsnetz mit seiner kompletten Infrastruktur muss bildlich gesprochen deshalb als Autobahn ausgebaut werden, obwohl für die wirkliche benötigte Menge an „Leistungsträgern“ locker eine Landstraße reichen würde.

Der Unterschied zur „alten = konventionellen“ Anschluss-Leistung 

Bei konventionellen Kraftwerken ist die Leistungsangabe ebenfalls eine Planungsgröße. Allerdings können sie diese auch wirklich „auf Knopfdruck“ bereitstellen (siehe Bild 3.1). Deshalb war es früher sinnvoll, Kraftwerke und vor allem auch das Verteilnetz nach der „versprochenen“ Leistung zu dimensionieren. Eine teure Über-Dimensionierung wie mit der Öko-Energie-Einspeisung war nicht erforderlich.

Anmerkung:

Im Blog wurde bemängelt, dass bei Ökoenergie mit Installationsleistung gerechnet wird. Dabei ist gerade die Betrachtung der Differenzen zwischen versprochener und wirklich angebotener Leistung besonders wichtig, denn sie zeigt wesentliche und fast unlösbare Problematiken der Ökoenergie. Ein Grund, warum es von Befürwortern konsequent „unter den Tisch gekehrt“ wird.

Das Abregeln

Selbst verständlich ist der Politik bekannt, dass die enorme Differenz zwischen versprochener und wirklich lieferbarer Öko-Leistung vorhanden ist und Probleme bereitet. Der Ökostrom hat aber eine eigene (Finanzierungs-)Physik. Damit gelang es, das Problem wie folgt zu lösen:                 

Ist die anbietbare Leistung größer als die benötigte (und steht kein Speicher zur Verfügung), wird die Einspeisung verhindert (in Neusprech: „Abregeln“). Das passiert immer häufiger, wenn im Norden ein Sturm weht oder mittags die Sonne besonders ungetrübt scheint, aber bei der Hitze das Volk keine großen Mittagsmenüs kochen will.

Leider hat diese Regelung einen Haken: Die nicht abgenommene Energie (Leistung x Zeit) muss vom Stromkunden trotzdem an den Bereitsteller bezahlt werden.

Die Energie

Energie berechnet sich nach der Formel:

–        Elektro- Energie = Leistung x Zeit = (Spannung x Strom) x Zeit

–        Dimensionen: Leistung = W x Stunden; meistens in Megawatt-Stunden MWh oder Gigawatt-Stunden GWh angegeben

–        Energie ist hier die „Rückschau“, was in der vergangenen Zeitspanne wirklich geleistet und nicht nur versprochen wurde.

Damit ist auch die Energie inzwischen vor allem eine Planungsgröße, wie das folgende Beispiel zeigt:

Beispiel Energie:

Im Bild 1 verspricht die rote Leistungslinie mit 85.583 MW im November die Abgabe einer Energie von 85.583 MW x 720 Stunden = 60.179,80 GWh. Das ist die Elektroenergie, welche sich für Solar und Windkraft in Deutschland aufgrund der Leistungsangaben ergeben.

Wirklich lieferbar war aber der Wert in Bild 2 (Tabelle) von 11.692 GWh.

Damit konnten im November von der versprochenen Öko-Energie in Wirklichkeit nur  19,43 % geliefert werden.

Vorrangeinspeisung

In Deutschland hat das EEG festgelegt, dass immer zuerst die angebotene Ökoenergie eingespeist werden muss. Konventionell erzeugter Strom darf niemals dem Ökostrom „den Weg“ versperren. Das auch in Talkshows oft unwidersprochen verkündete Gerücht, der billige oder „dreckige“ konventionelle Strom würde die Leitungen für Ökostrom „verstopfen“ ist eine glatte Lüge.

Die Darstellung mittels Ganglinien 

Das Bild 1 zeigt die sogenannten „Ganglinien“, also die zeitlichen Verläufe von Verbrauch,  Bereitstellungen und  Einspeisungen an Elektroenergie für den November.

Bild 2 zeigt daraus die Monats-Eckwerte tabelliert in Zahlen. 

Dargestellt werden im Detail

·       Inst. Leistung Wind + Solar (Hellblau mit roter Linie)

Das ist die Leistung in MW ( 1 MW = 1.000 kW), welche rechnerisch bereitgestellt werden könnte, falls der Wind zu 100 % weht und die Sonne zu 100 % scheint.

·       Load = Verbrauch

Das ist die zu diesem Zeitpunkt für bezahlende Kunden abgenommene Energie in GWh (1 GWh = 1.000 MWh)

·       Solarenergie Einspeisung ist

Das ist die zu diesem Zeitpunkt wirklich eingespeiste Solarenergie

·       Windenergie Einspeisung ist

Das ist die zu diesem Zeitpunkt wirklich eingespeiste Windenergie

Ökostrom-Einspeisung

An der Anschlussstelle des Versorgungsnetzes liefert ein Ökokraftwerk elektrischen Strom ins Netz. Deshalb spricht man von Ökostrom-Einspeisung. 

Der Strom alleine sagt aber nichts über die Leistung aus. Man muss dazu immer auch die an diesem Punkt herrschende Spannung wissen, weil nur dann die Leistung berechnet werden kann (Leistung = Strom x Spannung = W).

Erweitert man das mit der Zeit, über die diese Leistung geliefert werden konnte, hat man die gelieferte Energie (Energie = Strom x Spannung x Zeit = Leistung (W) x Zeit (h) = Wh).