China plant, seinen enorm steigen­den Bedarf an Elektro­en­er­gie auch durch einen weite­ren massi­ven Zubau von Kohle­kraft­wer­ken zu decken. 2020 soll deren Leistung 1.100 GW betra­gen, 2035 sogar 1.400 GW. Zum Vergleich: Die Kohle­kraft­werke der EU verfü­gen über eine Leistung von 150 GW (1 GW = 1 Gigawatt sind 1 Million Kilowatt). Der deutsche Anteil beträgt derzeit noch 44 GW. Doch Deutsch­land möchte als erstes Land komplett aus der Kohle ausstei­gen und begrün­det dies mit dem Anspruch, als Vorrei­ter der Welt zeigen zu müssen, dass ein solcher Ausstieg technisch und ökono­misch reali­sier­bar sei. Darüber hinaus sollen auch die Kernkraft­werke in Deutsch­land still­ge­legt werden, die Strom nahezu CO₂-emissi­ons­frei erzeu­gen können. Das Ziel ist es, Strom zu hundert Prozent aus regene­ra­ti­ven Energie­quel­len bereit­zu­stel­len. Profes­sor Sigis­mund Kobe erklärt im EIFELON-Gespräch, dass dies in Deutsch­land aus physi­ka­li­schen Gründen nicht möglich ist, solange es noch keine Speicher mit gigan­tisch großen Speicher­ka­pa­zi­tä­ten gibt. Grund­vor­aus­set­zung für ein hochin­dus­tria­li­sier­tes Land ist eine sichere stabile Strom­ver­sor­gung, die auf Abruf jeder­zeit die Energie liefern kann, die gerade benötigt wird. Dr. Sigis­mund Kobe, Jahrgang 1940, ist emeri­tier­ter Physik-Profes­sor an der Techni­schen Univer­si­tät Dresden. Sein Forschungs­schwer­punkt ist die Optimie­rung komple­xer Systeme (magne­ti­sche Festkör­per, neuro­nale Netze, Prote­ine, Windenergie).

„Einer der Fehler, den die meisten Befür­wor­ter der Energie­wende machen, ist es, alle erneu­er­ba­ren Energie­quel­len in einen Topf zu werfen, anstatt sie diffe­ren­ziert zu betrach­ten“, sagt Kobe.

Aber erneu­er­bar sei nicht gleich erneu­er­bar. Mit Wasser­kraft- und Biogas­an­la­gen lasse sich Strom weitge­hend nach den Bedürf­nis­sen der Verbrau­cher bereit­stel­len, Windkraft- und Solar­an­la­gen dagegen seien aus physi­ka­li­schen Gründen dazu nicht in der Lage. Ein weite­rer Zubau von Wasser­kraft­wer­ken ist geolo­gisch und meteo­ro­lo­gisch begrenzt: Deutsch­land hat anders als z.B. Norwe­gen und die Schweiz aufgrund seiner Topolo­gie nicht genügend Regio­nen mit den erfor­der­li­chen Höhen­un­ter­schie­den. Zudem reicht die jährli­che Regen­menge für diesen Zweck nicht aus. Auch die landwirt­schaft­lich nutzba­ren Flächen in Deutsch­land seien bereits hinrei­chend aufge­teilt in solche für die Lebens­mit­tel- und Futter­mit­tel­pro­duk­tion und solche für bioen­er­ge­ti­sche Nutzung. „Diese beiden erneu­er­ba­ren Energie­quel­len haben in Deutsch­land kein größe­res Ausbau­po­ten­zial mehr“, lautet das Fazit von Profes­sor Kobe.

Windrä­der liefern zu einem Drittel der Zeit kaum bis keinen Strom
Für einen gedach­ten weite­ren Zubau erneu­er­ba­rer Energie­quel­len in Deutsch­land verblei­ben also nur Wind und Sonne. Diese haben aller­dings die unange­nehme Eigen­schaft, dass der damit erzeugte Strom volatil sei, d.h. zeitlich schwanke, so Kobe weiter. Mal weht der Wind und dann drehen sich die Räder, mal weht er nicht und dann drehen sie sich nicht. Der letzt­ge­nannte Zustand ist sogar häufi­ger als allge­mein bekannt. Statis­tisch gesehen ist der Beitrag aller Windener­gie­an­la­gen an der Strom­erzeu­gung in Deutsch­land an einem Drittel der 8.760 Stunden eines Jahres gering bzw. sogar vernach­läs­sig­bar. Bei den Solar­an­la­gen sieht es nicht besser aus. Der weitaus überwie­gende Teil des jährli­chen Anteils von Strom aus Photo­vol­taik-Anlagen an der Strom­pro­duk­tion wird im Sommer und dann wiederum vor allem in wenigen Stunden um die Mittags­zeit einge­speist, vorher und nachher ist der Anteil gering und nachts scheint die Sonne nie.

Seit jeher ist das Netz auf das Auftre­ten von Schwan­kun­gen ausge­legt, muss doch die Anpas­sung an den unregel­mä­ßi­gen Bedarf durch die Verbrau­cher sicher­ge­stellt werden. Nun waren in der Vergan­gen­heit bei gerin­gem Anteil von Wind- und Sonnen­strom die dadurch beding­ten zusätz­li­chen Schwan­kun­gen auch kein beson­de­res Problem. Profes­sor Kobe:

Quanti­ta­tiv sind wir aller­dings an eine Grenze gelangt, an der das Netz diese zusätz­li­chen Erzeu­gungs­schwan­kun­gen nicht mehr verkraf­ten kann.

Die aktuelle Grafik des Energie-Empiri­kers Rolf Schus­ter zeigt die Situa­tion für Novem­ber 2019: Sonnen­strom (gelb) spielt fast keine Rolle. Zeiten mit gerin­ger Einspei­sung der volati­len Erzeu­ger, die sogenann­ten „Dunkel­flau­ten“, und Zeiten mit hohem Windauf­kom­men (blau), in denen dieses einen großen Teil des Bedarfs der Verbrau­cher (Last, braun) abdeckt, wechseln sich ab.

Die folgende Grafik, die jeweils die Einspei­sung von Wind- und Sonnen­strom im Monat Novem­ber in verschie­de­nen Jahren zeigt, macht deutlich, dass trotz starkem Zubau, charak­te­ri­siert durch die instal­lierte Leistung (hellblaue Fläche, rote Linie), die tatsäch­lich erbrachte Leistung vergleichs­weise gering geblie­ben ist.

Profes­sor Kobe fragt daher:

Was passiert, wenn, wie aktuell vielfach gefor­dert wird, noch mehr Wind- und Solar­an­la­gen zugebaut werden? Lassen sich dadurch die Probleme bei Dunkel­flaute und bei den Spitzen­wer­ten der Einspei­sung beheben?

und liefert die Antwort gleich selbst: Null bleibe Null, d.h. die Probleme bei Dunkel­flaute werden nicht dadurch gelöst, dass z.B. 10.000 statt 10 Windan­la­gen neu aufge­stellt werden. Das zeigt auch die nachfol­gende Grafik der Einspei­sung für Novem­ber, bei der simuliert wurde, dass jede einzelne Anlage in Deutsch­land am selben Ort durch drei gleich­wer­tige ersetzt wird:

Wenn in ganz Deutsch­land kein Wind weht, bewegt sich kein einzi­ges Windrad. Wenn anderer­seits zu viel Sonne scheint und zu viel Wind weht, die Anlagen also mehr produ­zie­ren als alle Verbrau­cher in Deutsch­land abneh­men können (in der letzten Grafik kommt dies mehrmals im Monat vor), dann ist die Versor­gungs­si­cher­heit ebenfalls gefähr­det. In einem solchen Fall müssten Sofort­maß­nah­men getrof­fen werden, um zusätz­li­che Lasten zuzuschal­ten bzw. Erzeu­ger abzuschal­ten. Nur so kann das ganze System stabil gehal­ten werden.

Die Einbin­dung von volati­lem Strom aus Wind- und Sonnen­an­la­gen in das öffent­li­che Netz ist eine hoch komplexe Aufgabe. Die in jedem Moment durch die Verbrau­cher benötigte und abgeru­fene Leistung – die Last – ist zeitlich schwan­kend, aber natür­lich folgen diese Schwan­kun­gen überwie­gend nicht dem zur gleichen Zeit einge­speis­ten Energie-Angebot der Windrä­der und Solar­pa­neele. Für die Diffe­renz zwischen momen­ta­ner Last, die von den Verbrau­chern abgefor­dert wird, und der Leistung, die Wind- und Sonnen­strom liefern, wird der Begriff „Residu­al­last“ als verblei­bende Lücke der Versor­gung verwen­det. Sie muss durch andere, insbe­son­dere konven­tio­nelle Kraft­werke erbracht werden.

Lobby­is­ten täuschen Bürger
Die Residu­al­last in der Einheit Gigawatt ist eine Schlüs­sel­größe, wenn die Energie­wende analy­siert werden soll. Deshalb hat Rolf Schus­ter für jede Stunde des Jahres 2011 diese Größe als Punkt in einer Grafik einge­tra­gen. Auf der zweiten Achse der Grafik wird der Börsen­preis des Stroms zur gleichen Zeit markiert. Dadurch entsteht für jedes Jahr eine „Punkt­wolke“ mit 8.760 Stunden-Punkten. Je mehr Wind- und Sonnen­strom in das Netz drängt, umso gerin­ger ist die Residu­al­last und um so niedri­ger ist auch der Börsenpreis.

„Dieser Sachver­halt wird von den Lobby­is­ten zur Täuschung der Öffent­lich­keit verwen­det und als Beweis dafür angeführt, dass Strom aus Wind und Sonne zu einer Verrin­ge­rung des Strom­prei­ses führen würde“, meint Kobe. „Verschwie­gen wird geflis­sent­lich, dass Strom aus den Erneu­er­ba­ren überhaupt nicht am Markt­ge­sche­hen und somit auch nicht an der direk­ten Preis­bil­dung an der Strom­börse betei­ligt ist, da dieser ja gemäß EEG mit einem subven­tio­nier­ten Festpreis vergü­tet wird.“

Die ganze Drama­tik der aktuel­len Situa­tion wird deutlich, wenn die Schuster’sche Analyse für das Jahr 2019 wieder­holt wird:

Der im Laufe eines Jahres auftre­tende Minimal­wert der Residu­al­last ist seit 2011 von Jahr zu Jahr immer kleiner gewor­den und betrug 2019 nur noch 3 Gigawatt. Wind und Sonne können demnach zu einigen Stunden des Jahres bereits fast den gesam­ten Strom­be­darf Deutsch­lands decken. Wenn manche Befür­wor­ter der Energie­wende dies als Zeichen für eine bald bevor­ste­hende Vollver­sor­gung mit Erneu­er­ba­ren werten, so ist das leider ein Trugschluss. Es wird dabei „verges­sen“, dass zu anderen Zeiten kein Beitrag von Wind und Sonne kommt und diese Situa­tion sich nicht im Gerings­ten dadurch ändert, dass immer mehr volatile Erzeu­ger zugebaut werden.

Ausland macht Reibach – Deutsche Strom­kun­den zahlen
Mit der Zunahme von Wind- und Sonnen­strom im Netz nehmen die Börsen­preise immer häufi­ger negative Werte an: „2019 musste an 232 Stunden überflüs­si­ger Strom durch Zuzah­lung einer Entsor­gungs­ge­bühr verklappt werden“, so Kobe. Immer dann, wenn zu viel Wind- und Solar­strom ins Netz drängt und dieser im Land nicht verbraucht werden kann, verkauft ihn Deutsch­land zu „negati­ven Preisen“ an das Ausland. So verdie­nen z.B. die Betrei­ber öster­rei­chi­scher Pumpspei­cher­werke doppelt am deutschen Strom: Bei negati­vem Börsen­preis pumpen sie mit diesem Strom Wasser in die Oberbe­cken und werden für die Abnahme des Stroms auch noch von Deutsch­land bezahlt. Später, wenn bei uns Dunkel­flaute herrscht, werfen sie die Turbi­nen an und verkau­fen uns Strom zu höheren Preisen zurück. Verlie­rer sind die Strom­kun­den, denn sie müssen für die EEG-Umlage aufkom­men, einer für die Dauer von 20 Jahren staat­lich zugesi­cher­ter Festver­gü­tung für die Betrei­ber von erneu­er­ba­ren Energiequellen.

Beim Betrach­ten dieser Schus­ter-Grafik werde Profes­sor Kobe stets an den Fisch erinnert, der bekannt­lich ‚zuerst vom Kopf und vom Schwanz her stinke‘. Sowohl die immer weiter anstei­gende Zahl von Stunden mit negati­ven Börsen­prei­sen, als auch die anwach­sen­den Kosten für den Zukauf von teurem Regel­strom zum Kompen­sie­ren fehlen­der Erzeu­ger­leis­tung bei Dunkel­flau­ten werde letzt­lich das gesamte System kolla­bie­ren lassen.

„Als profun­der Kenner und tiefgrün­di­ger Analyst der Energie­wende“ weise Rolf Schus­ter in der folgen­den Grafik auf ein weite­res ernstes Problem hin, fährt Kobe fort. Hierbei gehe es um die sogenann­ten Leistungs­gra­di­en­ten, d.h. die Änderung der Einspei­se­leis­tung pro Zeitein­heit. Unter­sucht wurde die größte stünd­li­che Zunahme (grün) bzw. Abnahme (rot) eines jeden Tages seit 2010. Beide sind sowohl in den Extrem­wer­ten, als auch im Mittel stetig angestie­gen, so dass es immer schwie­ri­ger wird, die notwen­dige Kompen­sa­tion durch konven­tio­nelle Erzeu­gung in immer kürze­rer Zeit zu realisieren.

„Strom ist nun einmal die verderb­lichste Handels­ware der Welt“, so Kobe. Im selben Moment, in dem der Strom erzeugt wird, muss er auch verbraucht werden. Da die Ausbrei­tungs­ge­schwin­dig­keit von Elektro­en­er­gie gleich der Licht­ge­schwin­dig­keit ist, können Erzeu­ger und Verbrau­cher durch­aus weit vonein­an­der entfernt sein, wenn eine Verknüp­fung durch das Strom­netz besteht. Aller­dings können Strom­über­schüsse im Netz selbst nicht gespei­chert werden.

Deutsch­land hat nicht die benötig­ten Strom­spei­cher
Eine Lösung bestünde darin, den momen­tan zu viel erzeug­ten Strom zu speichern. Oft wird jedoch verschwie­gen, dass Deutsch­land solche Speicher mit der notwen­di­gen gigan­ti­schen Speicher­ka­pa­zi­tät weder jetzt zur Verfü­gung stehen, noch in abseh­ba­rer Zeit zur Verfü­gung stehen werden. „In den Medien werden manch­mal große zusam­men­ge­schal­tete Akkumu­la­to­ren als Beispiele für Großspei­cher vorge­führt. Diese dienten in Wirklich­keit aber nicht der Strom­spei­che­rung, sondern der Feinre­gu­lie­rung der Netzfre­quenz“, erklärt der Physi­ker. Und was ist mit der Idee, die Akkus der Elektro­au­tos als Strom­spei­cher einzu­set­zen? Unter­stelle man eine maximal mögli­che Speicher­ka­pa­zi­tät aller PkWs in Deutsch­land (voraus­ge­setzt alle diese 47 Millio­nen Autos wären bereits Stromer) von maximal 2.000 GWh und verglei­che diese mit dem Bedarf bei einer Dunkel­flaute von z.B. zehn Tagen, komme man schnell zu dem Ergeb­nis, dass sie bei weitem nicht als Speicher ausreich­ten. Dazu komme, dass niemand ohne Entschä­di­gung bereit sei, die Kosten für die Zwischen­spei­che­rung von öffent­lich benötig­ter Elektro­en­er­gie zu tragen, denn jeder Lade-Entlade-Vorgang lasse die Akkus altern. Kobe nennt Kosten von derzeit 3 bis 10 ct/kWh, die dabei zusätz­lich entste­hen. Der Autobe­sit­zer müsse dann früher als geplant einen teuren neuen Akku kaufen.

Auch das Argument, die Akkus der E‑Autos seien ja nicht als Langzeit­spei­cher gedacht, sondern sollten Regel­en­er­gie bereit­stel­len, lässt der Profes­sor nicht gelten. Für diesen Zweck würde die Gesamt­spei­cher­ka­pa­zi­tät zwar reichen. Trotz­dem sei die Idee unsin­nig, weil Regel­en­er­gie im Bedarfs­fall inner­halb von Minuten bereit­ste­hen müsse. „Wie soll das reali­siert werden? Vielleicht mit einem Alarm: ´Sofort alle E‑Autos an die nächste Ladesäule zum Entla­den!‘, fragt Kobe. Bevor in Deutsch­land die Speicher­frage nicht gelöst sei, nütze auch eine Nord-Südtrasse nichts. Der Flatter­strom aus dem Norden würde über diese Verbin­dung augen­blick­lich im Süden ankom­men, aber natür­lich wieder als Flatter­strom. Die Probleme würden damit nur verla­gert, aber nicht gelöst.

Bliebe schließ­lich noch die Möglich­keit, volatile Strom­erzeu­ger notfalls abzure­geln. Dass wir auch dabei längst an der Grenze des noch Vertret­ba­ren angekom­men sind, zeigt die Situa­tion bei den zahlrei­chen Windener­gie­an­la­gen in Schles­wig-Holstein. Diese allein sind bereits jetzt von mehr als der Hälfte aller Abschal­tun­gen in Deutsch­land betrof­fen. Allein im ersten Quartal 2019 hätten in diesem Bundes­land 1.800 GWh Strom mehr in das Netz einge­speist werden können. Aber auch dieser „Geister­strom“ muss laut EEG den Anlage­be­trei­bern vergü­tet werden. Nach Schät­zun­gen der Bundes­netz­agen­tur summie­ren sich die Entschä­di­gungs­zah­lun­gen für sogenannte Einspei­se­ma­nage­ment-Maßnah­men im ersten Quartal 2019 in Deutsch­land auf 394 Millio­nen Euro. Sie sind demnach gegen­über dem gleichen Vorjah­res­zeit­raum um 60 Prozent gestie­gen. Profes­sor Kobe:

Welche Volks­wirt­schaft der Welt kann es sich auf Dauer leisten, mehr als eine Million Euro pro Tag zum Fenster hinaus zu werfen?”

Monito­ring­be­richte sind Augen­wi­sche­rei
Die größte Sorge bereite Profes­sor Kobe die Versor­gungs­si­cher­heit. Wenn Politi­ker den angeb­li­chen Erfolg der Energie­wende preisen, dem Bürger einen hohen jahres­ku­mu­lier­ten Strom­ertrag von Wind- und Solar­an­la­gen präsen­tie­ren und diesen mit dem von konven­tio­nel­ler Kraft­werke verglei­chen, aber die nicht vorhan­dene sekun­den­ge­naue Verfüg­bar­keit von Wind- und Solar­ener­gie verschwei­gen, begehen sie Augen­wi­sche­rei. „Man schaue sich z.B. den Monito­ring­be­richt des Bundes­mi­nis­te­ri­ums für Wirtschaft und Energie nach § 63 i.V.m. § 51 EnWG zur Versor­gungs­si­cher­heit im Bereich der leitungs­ge­bun­de­nen Versor­gung mit Elektri­zi­tät vom Juni 2019 an. Sofort fällt auf: Dieser Bericht ist anonym, niemand will vermut­lich seine Hand für die dort getrof­fe­nen Schluss­fol­ge­run­gen ins Feuer legen. Dort heißt es u.a.: ‚Insge­samt ist die Verfüg­bar­keit der Energie­trä­ger für die Strom­erzeu­gung als gesichert einzu­schät­zen.‘ Fachkun­dige sind entsetzt und schla­gen Alarm“, sagt Kobe.

Das Energie­sys­tem ist sehr komplex, die techno­lo­gi­schen Anfor­de­run­gen unter den Bedin­gun­gen von zeitlich schwan­ken­der Strom­ein­spei­sung wurden in der Vergan­gen­heit „sträf­lichst vernach­läs­sigt“. Darin sieht Kobe den Haupt­grund für die aktuell immer deutli­cher werden­den Konflikte bei der Umset­zung der Maßnah­men der Energie­wende. Die Schul­di­gen seien eben gerade nicht dieje­ni­gen Bürger, sich gegen einen weite­ren Ausbau von Windener­gie­an­la­gen organi­sie­ren und die sich deshalb auch schon mal mit dem Begriff „Anti-Windkraft-Taliban“ beschimp­fen lassen müssen. Profes­sor Kobe:

Wenn weiter­hin wie bisher natur- und ingenieur­wis­sen­schaft­li­chen Prinzi­pien ausge­blen­det werden, wird das gesamte bishe­rige Konzept der Energie­wende platzen wie eine bunte Seifen­blase. Die Energie­wende hat nur einen einzi­gen Feind, die Unwis­sen­heit über die physi­ka­li­schen Gesetze, die ihr zugrunde liegen.