Sunday, 26. June 2016
09.07.2011
 
 

Ab in die Zukunft: Wie sieht die Versorgung mit Windenergie bis 2050 aus?

Michael Treml

Um auch dem Laien die Verhältnisse der deutschen Stromversorgung klarzumachen, habe ich die folgenden Grafiken entworfen. Der untere Teil ist der Homepage von Prof. Dr.-Ing. H. Alt vom Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der FH Aachen entnommen (Hier). Ich habe die Leistungsskala vergrößert, um noch die maximale Netzlast von 80 GW im linearen Maßstab darstellen zu können. Das ist erst richtig beeindruckend. Alle Berechnungen gelten nur für den Monat März.

Die Grafik 1 zeigt die Windstromerzeugung vom 1. März 2011 bis 31. März 2011.

Man kann folgende Datenpunkte entnehmen (Angaben in Gigawatt):

  1. Maximale Windleistung 19 GW
  2. Minimale Windleistung 0,1 GW
  3. Mittlere Leistung 4,1 GW
  4. Installierte Windleistung 27,214 GW
  5. Installierte Windkraftanlagen 21.607 GW
  6. Geleistete Arbeit 3057 GWh
  7. Nutzungsgrad 15 %

Um die ungleichmäßige Windstromerzeugung zu glätten und damit einen kontinuierlichen Leistungsfluß zu erreichen, ist die elektrische Arbeit, die grün über der roten Mittelwertmarke gezeigt ist, dem Netz zu entnehmen und zu speichern, und in dem Bereich, der weiß unterhalb der roten Mittelwertlinie dargestellt ist, wieder dem Speicher zu entnehmen und dem Netz zuzufügen. Die obere grüne Fläche ist gleich groß wie die untere weiße Fläche. Für diese Aufgabe stehen gegenwärtig Pumpspeicherwerke mit einer maximalen Leistung von 7 GW für Pump- und Generatorbetrieb zur Verfügung. Um die Windleistung oberhalb der mittleren Leistung im Pumpbetrieb einspeichern zu können, ist aber eine maximale Pumpleistung von 14,9 GW erforderlich.

Erforderliche Pumpleistung = Maximale Windleistung – Mittlere Windleistung

Da die Pumpleistung sowie die Speicherkapazität der vorhandenen Pumpspeicherwerke – als blaue Fläche in der Grafik zum Vergleich dargestellt – nicht ausreichen, um die weißen Flächen zu füllen, wäre schon jetzt der Zubau an Pumpspeicherwerken auf die Größe von 14,9 GW Pumpleistung erforderlich.

Da der Windstrom fast vollständig in Norddeutschland gewonnen wird und Standorte für Pumpspeicherwerke wegen der erforderlichen Fallhöhe nur in Süddeutschland gefunden werden könnten, was ja kaum möglich ist, muss also, um einen gleichmäßigen Leistungsfluß von 4,1 GW aus Windenergie zu erreichen, 14,9 GW nach Süddeutschland gebracht und als Pumparbeit eingespeichert werden können. Eine solche Belastung für ein Hochspannungsnetz nur zur Speicherung ist einmalig auf der Erde. Die maximale Generatorleistung der Pumpspeicherwerke müsste bei 4,0 GW liegen.

Maximale Generatorleistung = Mittlere Windleistung – Minimale Windleistung

Die Einspeicherungskapazität der Pumpspeicherwerke müsste bei ca. 330 GWh liegen. Das ist notwendig, um die als weiße Fläche unterhalb der roten Linie dargestellte Arbeit abzudecken. Der Wert 330 GWh ist eine Abschätzung der Größe der weißen Fläche unterhalb der roten Linie. Dazu teilt man die untere Datumsskala statt in Tage in Stunden ein und kann dann die in diesen Bereich fallende Arbeit durch Multiplikation von Leistung und Zeit errechnen. Heute sind ca. 56 GWh Pumpspeicherkapazität installiert.

Speicherkapazität = 7 GW * 8 h =56 GWh

Wie man auch sehen kann, reicht am Monatsanfang die grüne Fläche nicht aus, um die weißen

Flächen unter der roten Mittelmarke zu füllen. Es ist also ein vorausschauendes Speichermanagement erforderlich, um Reserven im Vormonat anzulegen. Gedankenspiele der Politik, Speicher in Norwegen zu bauen, kann man als Utopie abhaken. Dann würden die Leitungen gegen den Willen der Bevölkerung durch Norwegen, Schweden und Dänemark oder als Kabel durch die Nordsee gehen müssen. Der dafür erforderliche Netzausbau ist riesengroß und dieses Beispiel zeigt ja nur den heutigen Zustand im März 2011. Von Netzverlusten und Wirkungsgraden soll in diesem Bericht, obwohl sie wichtig sind, nicht die Rede sein. Schon heute kann die Netzstabilität wegen fehlender Speicher nur von fossilen oder nuklearen Kraftwerken garantiert werden. In dieser Situation geht nun die Bundesregierung daran und will Deutschland voll auf Wind und Sonne umstellen.

 

Ich habe jetzt Folgendes gemacht. Ich habe die Grafik 1 umgerechnet auf den gleichen Monat des Jahres 2050. Zufällig sind in diesem Monat die gleichen Windverhältnisse wie 2011. Man hat kräftig neue Windkraftanlagen gebaut. Die installierte Leistung ist jetzt gleich mit der Maximalleistung von 80 GW mit 63.524 (16.000) Windkraftanlagen.

Inst. Windkraftanl. 2050 (Inst.Windleistung 2050/Inst.Windleistung 2011) x Inst.Windkraftanl. 2011

Wo die in Nord-und Ostsee stehen sollen, weiß nur die Bundesregierung.

Die Grafik 2 zeigt die Windstromerzeugung  vom 1. März 2050 bis 31. März 2050.

Sie ist durch die Multiplikation der Werte von 2011 mit 2,94 entstanden.

2,94 =Inst.Windleistung 2050/Inst.Windleistung 2011

Man kann folgende Datenpunkte entnehmen:

  1. Maximale Windleistung 56 GW
  2. Minimale Windleistung 0,3 GW
  3. Mittlere Leistung 12,05 GW
  4. Installierte Windleistung 80 GW
  5. Installierte Windkraftanlagen 63.524 (16.000)
  6. Geleistete Arbeit 8986 GWh
  7. Nutzungsgrad 15 %

Pumpspeicherwerke konnten in der vergangenen Zeit nicht gebaut werden wegen Standortmangel und Bürgerprotest. Auch die Norweger haben sich nicht so gezeigt, wie die deutschen Politiker es gerne gesehen hätten. Für die Berechnung tu ich mal so, als wäre tüchtig gebaut worden. Jetzt muss mit einer maximalen Pumpleistung von 43,95 GW eingespeichert werden.

Erforderliche Pumpleistung = Maximale Windleistung – Mittlere Windleistung

Für das Hochspannungsnetz ist diese Belastung einmalig auf der Welt, da sie ja nur fürs Speichern erforderlich ist. Eine Utopie!!! Die maximale Generatorleistung der Pumpspeicherwerke beträgt 11,75 GW.

Maximale Generatorleistung = Mittlere Windleistung – Minimale Windleistung

Eine Vollversorgung Deutschlands mit Windenergie ist nicht möglich. Dafür müssten im März 2050 406.524 (106.231) Windkraftanlagen installiert sein.

Erford. Windkraftanl. = (80 GW/mittlere Windleistung) x Inst. Windkraftanl.

Wie schon 2011 muss der Bereich zwischen mittlerer Leistung und tatsächlicher Leistung mit überwiegend fossilen oder nuklearen Energien abgedeckt werden. Wieviele Pumpspeicherwerke brauchen wir denn jetzt? Nehmen wir als Beispiel die Anlage Goldisthal. Diese hat eine Leistung von 1,05 GW und kann diese Leistung ca. 8 Stunden liefern. Dann ist der Speicher leer. Das ist eine Speicherkapatität von ca. 8,4 GWh. Um den Monat März zu überstehen, müssen wir 44 Anlagen dieser Art bauen, denn die Pumpleistung einer Anlage ist 1,05 GW, wir müssen aber 43,95 GW einsetzen, um zu speichern. Um die Abgabeleistung zu erreichen, müssten wir 12 Anlagen bauen.

Maximale Generatorleistung = Mittlere Windleistung – Minimale Windleistung

Dazu gehört auch ein gewaltiger Netzausbau, um die Leistung von 43,95 GW von Norddeutschland an die Standorte der Pumpspeicherwerke in Süddeutschland zu bringen. Alles gegen den Willen der Bevölkerung. Völlige Utopie!!!

Da ja keine Pumpspeicherwerke gebaut werden konnten, geht das nicht, daher muss jetzt wieder die fossile oder nukleare Energie ran. Man hat also in Windkraft Milliarden Euro investiert und ist keines der ungeliebten Dampfkraftwerke losgeworden. Aber Kohle, Öl und Nuklear will die Bundesregierung 2050 nicht mehr haben, dafür sollen gasgefeuerte GUD-Kraftwerke mit CCS-Technologie gebaut werden. Wieviele brauchen wir denn? Die größte von Siemens lieferbare Anlage  SCC5-8000H 1S hat eine Leistung von 570 MW. Um 80 GW abdecken zu können, müssten 140 Werke gebaut werden. Das ist alles gigantisch und utopisch. Weiß die Bundesregierung auch, wieviel flüssiges CO2 anfällt und wo es bleiben soll, für alle Ewigkeit und gegen den Willen der Bevölkerung ? Ich fürchte, das weiß sie nicht.

Ökofreunde werden jetzt nach Fotovoltaik rufen. Aber die hat täglich schlimmere Probleme als die Windenergie. Wie ist es mit Biogas, BHKW, Erdwärme, Sonnenkraft aus der Sahara, Wasserstoff, Luftspeicherkraftwerke. Alle diese Dinge haben nicht das Potenzial, 80 GW abzudecken und noch viel wichtiger, alle diese Dinge können nicht die Netzstabilität gewährleisten. Darunter ist zu verstehen:

  1. Netzfrequenz
  2. Netzspannung
  3. Kurzschlussleistung
  4. Blindleistungskompensation
  5. Schwarzstartfähigkeit (nur Luftspeicher, Laufwasser oder Pumpspeicher)

Wer bis jetzt die Unsinnigkeit des Vorhabens nicht bemerkt hat, bekommt jetzt die volle Ladung. Jetzt kommt die Berechnung für den Idealfall Vollversorgung mit Windenergie im Hochlastbereich im Winter 2050 mit dem Wind vom März 2050:

 

  1. Maximale Windleistung 371 GW (Utopie)
  2. Minimale Windleistung 2 GW (Utopie)
  3. Mittlere Leistung 80 GW entspricht der maximalen Netzlast
  4. Installierte Windleistung 531 GW (Utopie)
  5. Installierte Windkraftanlagen 406.524 = 0,86 km2/WKA (Utopie) 106.231 = 3,3 km2/WKA (Utopie)
  6. Installierte Leistung GuD 80 GW
  7. Installierte Anlagen GuD 140
  8. Installierte Speicherpumpen 291 GW = 277 mal Goldisthal (Utopie)
  9. Installierte Speichergeneratoren 80 GW = 76 mal Goldisthal (Utopie)

Die Bundesregierung setzt auf ein großes Einsparpotenzial, will aber bis zu 40 Millionen PKW als Elektrofahrzeuge auf die Straße bringen. Eine absolute Horrorvorstellung und Utopie. Wir können nur hoffen, dass die Bundesregierung weiß, was sie macht. Ich fürchte, sie weiß es nicht. Über die Kosten mache ich mir keine Gedanken. Die werden über das EEG an den Stromverbraucher weitergegeben. Null Problemo!!!!

Jetzt zu dem Geheimnis der fett gesetzten Zahlen. Die Berechnungen gingen von dem Bestand an WKA des Jahres 2011 aus. Zu dieser Zeit gab es noch kleine WKA, die man 2050 nicht mehr bauen würde und die auch 2050 nicht mehr existieren. Ich habe daher die Anzahl der WKA umgerechnet auf eine mittlere Leistung von 5 MW/WKA und diesen Wert als blaue Zahl in den Text gestellt. Trotzdem sind die sich ergebenden Stückzahlen gigantisch.

Da ich jetzt soweit gekommen bin, mit meinen Überlegungen kommt mir der Gedanke: Windkraftanlagen haben ja nur eine Lebensdauer von 20 Jahren. Wir brauchen dann ein Management für Bau und Abriss von WKA. Da kommen Ewigkeitskosten wie im Ruhrgebiet auf uns zu.

Wenn wir 2010 mit dem Bau von 400 WKA/Jahr kontinuierlich angefangen hätten, wären wir im Jahr 2030 schon bei 8.000 Stück angelangt. Nur sind die ältesten WKA jetzt 20 Jahre alt und müssen abgerissen werden. Wiederum mit 400 St/Jahr, sodass im Jahr 2050 keine dieser Anlagen mehr da ist. Gleichzeitig müssen wir ab 2030 die Produktion von WKA auf 800 Stück/Jahr steigern, damit wir 2050 auf 16.000 Stück kommen. Die ersten, die wir 2030 bauen, sind 2050 schon 20 Jahre alt und müssen abgerissen und ersetzt werden. Es ist also die Produktion von WKA auch nach 2050 für die Ewigkeit auf 800 Stück/Jahr zu halten. Die Kosten werden sich auf ca. 20 Milliarden Euro/Jahr belaufen. Dazu kommen die Abrisskosten von Schätzungsweise 10 Prozent des Neuwertes, also nochmals 2 Milliarden Euro/Jahr. Auch über diese Kosten mache ich mir keine Gedanken. Die werden über das EEG an den Stromverbraucher weitergegeben. Null Problemo!!!!

 

Grafik 1

 

Grafik 2

 

Dateien:

VersorgungmitWindenergie2011und2050.pdf

 

 

Quelle: EIKE

 

 


 

 

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