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Samstag, 15. Dezember 2012

Jahresdauerkennlinie und Speicher

Woher kommt der Strom

Der Strom kommt jede Minute aus anderen Energiequellen. Und der Strombedarf ist in jeder Minute anders!
Diese zwei Tatsachen kann man mit einer Grafik veranschaulichen, in der man einfach über ein Jahr aufträgt, wie viel Strom aus welcher Quelle geliefert wird, wie in der ersten Abbildung.
Stromverbrauch im Jahr 2007, Quelle: IWES Gutachten Pumpspeicher 2010
Die schwarze Kurve zeigt, wie viel Strom tatsächlich verbraucht wurde, die unteren Kurven zeigen die Erzeugung durch verschiedene erneuerbare Energiequellen. Die "Rest" dazwischen wurde mit konventionellen Kraftwerken (Braunkohle, Steinkohle, Erdgas und Kernenergie) erzeugt.
Da diese Darstellung nicht besonders gut zu lesen ist, gibt es eine alternative Darstellung, die Jahresdauerkennlinie. Dabei zählt man, in wie vielen Stunden eine bestimmte Last auftritt und sortiert das Resultat zu einer hübschen Kurve:
Jahresdauerkennlinie 2007, Quelle: Fraunhofer IWES und BEE 2009
Damit erkennt man, dass 8000 Stunden lang der Verbrauch größer als 45GW war, 6000 Stunden lag er sogar über 53GW. Dies ist für die Planung von konventionellen Kraftwerken (Hier der graue Bereich) sehr praktisch, da damit die Auslastung schnell erkennbar ist. 
Wesentlich schwieriger wird es, wenn man damit die fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen einträgt. Diese halten sich nicht an den Bedarf und werden erzeugt, wenn eben gerade der Wind weht oder die Sonne scheint. Erstaunlich ist es, wenn man in der Literatur verschiedenen Jahresdauerkennlinien der Zukunft vergleicht.
Aus dem Bundesumweltministerium:
Strom im Jahr 2050, Quelle: BMU - FKZ 03MAP146





Das erstaunliche an dieser Studie ist, obwohl offensichtlich während der Spitzenlaststunden, siehe rechten Teile der Abbildung, die Sonne scheint, wird die Solarenergie (Photovoltaik) fälschlicherweise in der Jahresdauerkennlinie im wesentlichen bei den Schwachlaststunden eingetragen, wenn gerade niemand Strom braucht. 
Die Konsequenz ist, dass man dann mit unverhältnismäßig viel Speicher rechnen muss. Ob dieser Fehler Absicht oder einfach nur Inkompetenz ist, kann ich nicht beurteilen. Zumindest in der Studie des IWES, Abbildung darüber, ist die Photovoltaik noch links, das bedeutet bei hoher Netzlast, eingetragen.

Vereinfachung der Modelle

Alle obigen Modelle und Kurven entstammen umfangreichen Computersimulationen, für die Millionen ausgegeben wurden. Ich befürchte aber, dass es sich dabei um massives "over-computing" handelt. Es wird viel gerechnet, aber wenig nachgedacht. Denn Keiner kann genau sagen wie die Welt im Jahr 2050 aussieht, außer der Aussage, die Sonne wird auch in Zukunft am Tag scheinen und in der Nacht werden viele Menschen schlafen!
Ich habe es daher mit einer stark vereinfachten Jahresdauerkennlinie versucht:
Jahresdauerkennlinie bei 90% Wind- und Solarenergie
Dabei habe ich berücksichtigt, dass die Last unterschiedlich ist, die Sonne maximal 4400 Stunden im Jahr scheint und der Wind unterschiedlich stark weht. 
Man erkennt dabei sofort, dass der Überschuss (150TWh) so gewählt wurde, dass mit einem Speicher damit die Unterdeckung von 100TWh gut ausgeglichen werden kann. Insgesamt wurden 500TWh verbraucht und dafür 267TWh Wind, 178TWh Solar und 50 TWh sonstige Energie erzeugt. Dies könnte man mit einer Windkapazität von 150GW Leistung und 170GWpeak Photovoltaik erreichen.
Die Größe des notwendigen Speichers hängt allerdings von der Anzahl der Ladezyklen ab, bei zehn Zyklen wären 10TWh nötig, wie viele Computermodelle ebenfalls ergeben.
Der große Vorteil von einfachen Modellen ist, man kann wesentlich schneller erkennen, wo wirklich die Eckdaten liegen, zudem erkennt man dabei leichter Logikfehler, wie sie oben wohl gemacht wurden.