Intelligente Rationierung

Die schwankende Stromnachfrage kann immer weniger durch regelbare Kraftwerke abgesichert werden. Dunkelflauten wie auch Hellbrisen bringen das System an den Rand der Funktionsfähigkeit. Man muss beginnen, an der Schraube auf der anderen Seite zu drehen.

IMAGO / Hans Blossey
Symbolbild

Viele „energieflexible Fabriken“ sollen künftig zur zeitlichen Entkopplung von Stromangebot und -nachfrage führen. Digitalisierung, Flexibilisierung, Effektivität als Leitplanken auf dem Weg in die dekarbonisierte Welt. Vision oder belastbarer Ansatz?

Auf dem Weg in die lichte Energiewende-Zukunft wird immer mehr Beteiligten klar, dass diese etwas düster ausfallen könnte, wenn man sich nicht etwas Neues abseits des Mantras „mehr Wind, mehr Sonne“ einfallen lässt. Der Verband Deutscher Ingenieure (VDI) veröffentlichte Anfang November eine Studie zum Thema „Die energieflexible Fabrik“. Darin werden Flexibilitätsoptionen in der Industrie untersucht, mit denen dem schwankenden, wetterabhängigen und immer weniger regelfähigen Stromangebot begegnet werden soll.

Die „erzeugungsorientierte Verbrauchersteuerung“ soll projektbezogen untersucht, eine zeitliche Entkopplung der Produktionsschritte zwecks Verbrauchsregelung angestrebt werden. Es seien in den Betrieben interdisziplinäre Projekte aufzusetzen, deren Kosten, wie in solchen Studien üblich, nicht thematisiert werden. Unterschätzt wird auch der Rückgang des künftigen Stromangebots. An Beispielen aus der Lebensmittel-, Aluminium- und Papierindustrie sowie bei Luftzerlegungsanlagen und beim Fahrzeugflottenmanagement werden Möglichkeiten aufgezeigt. Technisch ist vieles machbar, bemängeln muss man die hochtheoretische Herangehensweise und die Nichtbeachtung wirtschaftlicher wie energetischer Zusammenhänge.

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Wir leben in einem – noch – hochindustrialisierten Land mit einem hohen Grad an Arbeitsteilung und Just-in-Time-Lieferketten. Große Teile der Grundstoffindustrie arbeiten rund um die Uhr, weil die kapitalintensiven Produktionsmittel eine Amortisation des eingesetzten Kapitals nur dann ermöglichen, wenn die Betriebsstundenzahl möglichst hoch ist. Im TE-Magazin (12/21, Seite 66, „Rohstoff der Digitalwelt“) beschrieb Holger Douglas eindrucksvoll eine Chipfabrik, für deren 20-Milliarden-Investition die Auslastung über Jahre im 24/7/365-Modus gesichert sein muss. In Taiwan ist offenbar die durchgehende Stromversorgung solcher Boliden kein Problem.

Stillstandszeiten kosten Geld und belasten die Wirtschaftlichkeit der Betriebe. Die wirtschaftlichen Folgen schwankender oder unterbrochener Produktion werden in der Studie kaum ausgeführt. Auch eignen sich bei Weitem nicht alle Industriebetriebe für solchen energieflexiblen Betrieb. Eine Aluminiumschmelze kann mit zusätzlichem Aufwand mit schwankendem Strom betrieben werden, eine Glasschmelze nicht. Wenn diese erkaltet, muss man die Wanne komplett abreißen. Desgleichen erfordern viele Technologien der Stahlindustrie und der Chemieindustrie konstanten Strom.

Gehen wir wie die Studie von der Dekarbonisierung bis 2045 aus, dann stehen eingeschränkt regelfähig nur noch Erzeuger aus Biomasse, Wasserkraft und Reststoffverbrennung sowie eine nicht vorhersagbare Menge Importstrom zur Verfügung. Dies reicht bei Weitem nicht für die Grundlast. Überschussstrom für die Gewinnung grünen Wasserstoffs wird es kaum geben, weil an wind- und sonnenreichen Tagen die Produktionsrückstände aufgeholt werden müssten. Bereits in diesem Jahr werden sich die Stunden negativer Preise – Zeichen für deutlichen Überschuss des am Bedarf vorbei produzierten Stroms – gegenüber 2020 etwa halbieren. Wie viel grünen Wasserstoff wir dann importieren können (und zu welchem Preis), weiß heute niemand.

Nicht berücksichtigt wurde die Schwankungsbreite im künftigen dekarbonisierten System. Mit etwas Hoch- und Herunterregeln der Verbraucherseite ist die Sache nicht getan, eine mehrtägige Dunkelflaute würde nicht nur zum Drosseln der Produktion, sondern zu deren Einstellung führen.

Gewürfelte Produktion

Die Folgen einer solchen flexiblen Fahrweise bleiben komplett unerwähnt. Wie viele Rohstoffe kann man als Firma für das kommende Quartal bestellen? Welche terminierten Lieferzusagen sind möglich? Windprognosen sind für maximal drei Tage zutreffend und auch dann noch unsicher. Dazu eine überschlägige Rechnung: Wir haben derzeit eine installierte Windleistung von etwa 64 Gigawatt (GW) bei etwa 30.000 Anlagen. Nehmen wir also vereinfachend an, es handelt sich bei allen Anlagen um solche der 2-Megawatt-Klasse. Anhand der Kennlinie einer beispielhaften Enercon E82-E2-2.000 wirkt sich eine Fehlprognose um nur einen Meter pro Sekunde (m/s) Windgeschwindigkeit wie folgt aus:

– Die vorhergesagte Windgeschwindigkeit beträgt zum Beispiel 10 m/s;
– in der Realität treten dann nur 9 m/s auf (das entspricht einer Abweichung nach unten von 36 auf 32 Kilometer pro Stunde);
– die realisierte Windstromeinspeisung weicht dann um 13.000 Megawatt von der Prognose ab; das entspricht der Leistung von mehr als acht Kernkraftwerken.

Tichys Einblick in die Welt der Zahlen
Nachgerechnet: Wie viel leistet eine Windturbine?
Die gesamte Schwankungsbreite des Windstromangebots umfasste bereits im Oktober 2021 einen Bereich von mehr als 46 Gigawatt (7.10./7:30 Uhr: 0,35 GW / 21.10./11 Uhr: 46,68 GW). Hinzu kommen die extremen Schwankungen der Solarstromeinspeisung. Ohne vollständiges Backup hilft künftig nur das Abschalten. Bei dem zu erwartenden weiteren Ausbau der Wind- und Solarenergie nehmen die Unwägbarkeiten weiter zu.

Die Echtzeit-Differenzen müssten bei den industriellen Verbrauchern in unplanbaren Feuerwehraktionen ab- oder hochgeregelt werden. Zusätzlich entfallen die bisher kostenlose Momentanreserve und die Primärregelleistung der konventionellen Kraftwerke, durch die schnelle und kleine Frequenzabweichungen quasi im Selbstlauf glattgebügelt werden. Diese Funktionen könnten durch feinfühlige Verbrauchersteuerung ersetzt werden, es könnte Primärregelleistung angeboten und vermarktet werden. Auch geeignet wären dafür Großbatterien, die verzögerungsfrei arbeiten, aber in einer Größenordnung von etwa drei Gigawatt installiert sein müssten. Investoren und Termine: unbekannt. Diese Form der Feinregelung hilft jedoch nicht gegen die große Schwankungsbreite volatiler Erzeugung.

Hoch und runter

Man stelle sich vor, bei Tesla in Grünheide treten die 800 Leute der Frühschicht nach einer Stunde wieder den Heimweg an, weil die Produktion flexibel gefahren wird. Was würde wohl Elon Musk dazu sagen? Er denkt global und zöge Konsequenzen. Beim abgeregelten Trimet-Konzern steht ein Liefertermin in Frage. Lässt sich der Kunde vertrösten, ohne seine nächste Bestellung woanders aufzugeben?

Die Abregelung von einzelnen Betriebsteilen eröffnet neue Logistikprobleme. Stehen die Trocknungsöfen in der Lackiererei, kommt die vorgelagerte Produktion nach einiger Zeit auch zum Erliegen, es sei denn, man schafft neue Lagerflächen. Werden zuerst die vorgelagerten Herstellungsschritte, zum Beispiel die Druckgussmaschinen, gestoppt, bricht der nachfolgende Prozess zusammen.

Null radioaktiv, aber viel Dampf
Vorurteile füttern statt informieren
Wie soll der Personaleinsatz koordiniert werden? Tarifverträge sehen üblicherweise für flexibel geänderte Arbeitszeiten Ankündigungsfristen von drei bis sieben Tagen vor. Das wäre unter den betrachteten Bedingungen nicht mehr möglich, die Arbeitnehmer müssten buchstäblich auf Zuruf zur Arbeit kommen oder gehen – auch am Wochenende. In Zeiten längerer Flauten stellt sich dann die Frage der Kurzarbeit, für die die Beschäftigten ihre Beiträge einzahlen, die aber nicht für solche Fälle gedacht ist.

Ein System energieflexibler Fabriken kann zudem nicht nur wie heute auf vertraglicher Basis zwischen Betrieb und Netzbetreiber realisiert werden. Derzeit gibt es Vereinbarungen zu sofort abschaltbaren Lasten und schnell (innerhalb von 15 Minuten) abschaltbaren Lasten. Um überhaupt die nötigen Kapazitäten zu erschließen, müssten diese Regelungen auf die gesamte Industrie ausgeweitet werden. Ein solches System der „angebotsorientierten Versorgung“ (© by Bündnis 90 / Die Grünen, Sylvia Kotting-Uhl) ließe sich auch nicht solitär für die Industrie umsetzen, es würde Öffentlichkeit und Haushalte ebenso betreffen. Deshalb wäre der Staat mit im Boot, der die sozialen Folgen im Auge haben muss.

Dabei stellen sich komplizierte und detaillierte Fragen der Abwägung und Priorisierung; der Staat käme um die Strom-Triage nicht herum:

– Eher ins Lademanagement von E-Mobilen eingreifen oder in den Bahnverkehr?
– Eher Haushalte abschalten oder Lebensmittelhersteller?
– Wärmepumpen abschalten oder Ladestationen?
– Behörden abschalten oder Handwerksbetriebe?
– Eher große Lastsenken abschalten (Industriezentren/Städte) oder flächendeckend die Provinz?

Je nach Lastlage in den regionalen Netzen können sich diese Fragen täglich anders stellen. Umfangreiche Gesetzesänderungen und eine weitere Re-Regulierung würden die Folge sein. Ackern im nationalen regulatorischen Schrebergarten gegen den globalen Klimawandel wäre die Folge. Zu den vorhandenen 13.750 Einzelnormen im Energierecht kämen weitere hinzu, die den Bürokratieaufwand und damit die Kosten treiben.

Auch das Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) würde novelliert werden müssen, es spricht im Paragrafen 1 von „möglichst sicherer, preisgünstiger, verbraucherfreundlicher, effizienter und umweltverträglicher leitungsgebundener Versorgung“. Abgesehen davon, dass es schon heute permanent verletzt wird, impliziert der Begriff der „Versorgung“ immer eine Bedarfsgerechtheit seitens der Lieferanten, die dann nicht mehr einzuhalten wäre.

Das ABC von Energiewende und Grünsprech 100 - Strombedarf
Entlastend wirkt die bereits eingesetzte Abwanderung oder Schließung energieintensiver Unternehmen, es folgen Zulieferindustrie und Teile des Mittelstands. Die Automobilindustrie fährt auch bereits die Rampe hinab. Selbst wenn dieser Prozess nur langsam geht oder hoffentlich beschränkt bleibt, werden ausländische Investoren nicht mehr kommen. Elon Musk baut seine Fabrik nicht bei uns, weil die Bedingungen dafür so toll sind, sondern weil er es sich leisten kann, im Mutterland des Automobils ein Zeichen zu setzen.

Am Ende erfolgt fast zwangsläufig – einer Ingenieursorganisation im Grunde unwürdig – der Ruf nach mehr Staat und mehr Geld vom Staat. Es müssten mehr „Anreize“ gesetzt werden, natürlich kann es der Markt nicht mehr richten. Das Geld könne aus den Einnahmen der CO2-Steuer kommen (dann fehlt es zur Entlastung der Bürger vom Strompreis) oder eben aus dem Staatshaushalt. Dieser ist beliebig dehnbar, und der Weg des Euro zu einer Weichwährung ist bereits eingeschlagen.

So bleibt die VDI-Studie vergleichbar mit vielen anderen Ausführungen von Instituten und Einrichtungen, die am grünen Tisch Zahlen hin und her schieben und wesentliche Auswirkungen auf das Umfeld ignorieren. Niemand sagte den Mangel an Ammoniak nach steigenden Gaspreisen voraus, und niemand weiß, welche Querverbindungen sich auftun, wenn Strom noch teurer und dann noch knapp wird. Zudem sind die wichtigen Fragen der Kosten, der Auswirkungen im globalen Wettbewerb und der Akzeptanz nicht betrachtet worden.

Nun wird grüne Politik die Weichen stellen. Cannabis statt Kohle, Quote statt Qualität. Wir regeln dann mal ab.


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Kommentare ( 40 )

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H. Heinz
1 Monat her

Wie schon zu einem anderen Thema bereits gesagt: Alles ist gesagt, die Argumente ausgetauscht. Der Rest ist Ideologie und das maximale Abgreifen von Subventionen. Unverständlich zumindest für mich, dass Industrie und Gewerkschaften unisono ins selbe grüne Horn stoßen wie die Mehrzahl unserer „Voksvertreter“. Woran liegt das, das es hier eine solche Verbrüderung sonst konträrer Auffassungen gibt? Hat das Greta Phänomen einen solchen Einfluß selbst auf Vorstandsvorsitzende und Gewerkschaftsvertreter die damit sehenden Auges eine Industrie zu Grunde richten, oder haben wir es hier nur noch mit Angepaßten zu tun. Sie müßten doch eigentlich aus langer Erfahrung wissen, dass Politik und vor… Mehr

Deutscher
1 Monat her
Antworten an  H. Heinz

„Unverständlich zumindest für mich, dass Industrie und Gewerkschaften unisono ins selbe grüne Horn stoßen wie die Mehrzahl unserer „Voksvertreter“.“

Warum wohl? Weil es ein riesiger neuer Markt ist. Da ist auf Jahrzehnte hin richtig was zu verdienen. Ob das hinterher funktioniert, kann der Industrie egal sein: Wenn nicht, um so besser – dann wird am Rückbau und erneuten Umbau nochmal ordentlich verdient. Und wenn die Industrie brummt, ist es ja auch im Sinne der Gewerkschaften.

phoess
1 Monat her

Eine Zusatzinfo zu „Hoch- und Herunterregeln der Verbraucherseite“:

Für DSM (Demand Side Management) werden von Grünen allgemein gerne phantastische Energieeinsparungen bis hoch zu 30% genannt.

Das bayerische Wirtschaftsministerium hat von 01/14 bis 05/16 ein Experiment durchgeführt. Von den 600.000 Firmen Bayerns wurden 400 Erfolgversprechende ausgesucht,davon reagierten 166 auf ein Anschreiben, 52 davon ließen sich einen Maßnahmenkatalog zusenden.

30 von 600.000 Firmen nahmen schlußendlich teil. Diese 30 (ausgesucht passendsten) hatten nach knapp 2,5 Jahren eine beeindruckende Ersparnis von sagenhaften 0,1%, also immerhin 1 Promille.

Am 19.4.16 war ein Seminar zu dem Thema am Ifo Institut:   https://www.ifo.de/en/node/41224

Juergen P. Schneider
1 Monat her

Wir leben in einem Land, in dem sich nur noch wenige trauen, die Wirklichkeit und ihre Anforderungen offen zu beschreiben. In publizierten Stellungnahmen und Gutachten erfolgt immer zuerst der Kotau vor den politischen Irrsinnsplänen einer weltfremden links-grünen Gesinnungsblase. Zuerst kommt die Affirmation, dann die Beschreibung von Tatsachen, die eigentlich der offiziellen Erzählung widersprechen. Anschließend wird alles zur politisch derzeit gewünschten Konsenssoße zusammengerührt. Widersprüche zum politisch Gewünschten werden entweder kommentarlos übergangen oder einfach ins Gegenteil verkehrt. Selbst bei physikalisch-technischen Zusammenhängen lässt sich mit dieser Methode ein Gesamtbild beim Laien erzeugen, das mit den Realitäten wenig, mit politisch präferierten Wunschbildern jedoch sehr… Mehr

RS
1 Monat her

Irgendwann könnte es sich lohnen, im grenznahen Ausland Kraftwerke zu bauen, nur oder zumindest primär zu dem Zweck, Deutschland mit Importstrom zu beliefern. Es könnte aber auch passieren, daß der deutsche Strombedarf signifikant sinkt. Dann, wenn die Abwanderungswelle in der Industrie erst einmal richtig Fahrt aufgenommen hat.
Ich bin mir sicher, das wird sich alles von selbst ausbalancieren. Wir müssen uns nur alle den nötigen Zynismus zulegen. Oder eben Alternativen im Ausland suchen. Denn der Niedergang des Landes wird sehr lange anhalten.

Positivsteuerung
1 Monat her

Momentan können in DE ca 83 Mio Leute leben, weil wir Zugriff auf Fremdenergie haben, und weil wir Devisen zum Kauf von Lebensmitteln, Energie und Futtermitteln haben. Wenn entsprechend weniger Fremdenergie zur Verfügung steht, und das gilt jetzt für DE, aber langfristig weltweit, dann wird die Anzahl der Menschen sich diesem Wert anpassen. Das wird eine Entwicklung, die nicht politisch korrekt benannt werden kann und sich mit Verteilungskämpfen nur andeuten lässt.

brennnessel
1 Monat her

Was nicht passt, wird passend gemacht.

thomasp
1 Monat her

Das „neue“ Konzept der sogenannten Thorium Reaktoren sind seit den 60ern bekannt. Die Gefahr für Fukushisma Events gibt es dabei eher nicht, aber eine Haltbarkeit über 40-50 Jahre? Mit welchen Baustoffen? Natrium reagiert sehr aggressiv – jeder der im Chemie Unterricht aufgepasst hat, weiß das – und die finale Kühlung ist doch wieder Wasser. Es kann nicht beliebiger Atommüll genutzt werden und die nach dem Abbrand nachfolgend notwendigen Wiederaufbereitungen verschlingen Unmengen an Energie und sind großtechnisch zur Zeit noch überhaupt nicht ansatzweise in Planung, also weite Zukunftsmusik. Und letztlich ist es egal wie man es sieht ein Verschieben der Probleme… Mehr

H. Heinz
1 Monat her
Antworten an  thomasp

Allerdings sind auch Landschaftsresourcen endlich, auf denen jetzt weitere Windmühlen und Solarflächen erstellt werden. Glauben Sie wirklich, dass mit 2% der Landschaftsflächen die für Windenergie zuzüglich Solar und Biogas eingeplant sind, eine komplette Volkswirtschaft mit Strom versorgt werden kann (Stand heute)? Grüne Wasserstoffproduktion ist hier nicht eingerechnet, ebensowenig eine Flotte von 45 mio Batterieautos, flächendeckende Nutzung von elektrischen Wärmepumpen etc. Nur mal so zur Veranschaulichung: Allein ein mittleres Stahlwerk verbraucht an einem Tag soviel Strom wie wie eine Großstadt mit 120.000 Einwohnern

oHenri
1 Monat her
Antworten an  H. Heinz

„Allein ein mittleres Stahlwerk verbraucht an einem Tag soviel Strom wie wie eine Großstadt mit 120.000 Einwohnern“ Weder das Stahlwerk noch die Grosstadt wird in naher Zukunft dauerhaft Energie bekommen. Aber hey – wer bracht denn noch Stahl und Energie ? Früher hatte man ja Häuser aus Holz und Lehm, da gings ja auch ohne Stahl ! Und überhaupt, Energie! Deutschland ist auf dem richtigen Weg, die Grundlast muss weg, die Spitzenlast auch, übrig bleibt dann – nichts. Lasten weg, Problem gelöst ! Da seht ihr – ohne die Grünen (also CDU, Merkel, und ja, die Grünen) wärt ihr nie… Mehr

santacroce
1 Monat her

Diese Konsequenzen waren eigentlich schon vor den Wahlen bekannt. Dann sollte man sie auch ohne Murren ertragen. Die in Teilen neu-woke Industrie ist doch begeistert gewesen, da gab es genug Äußerungen von Vorständen. Jetzt aber bitte nicht scheinheilig sein. Die Aktivisten sind nach oben gekommen, ein zurück gibt es nur noch unter echten Schmerzen.
Die Mehrheit hat es so gewollt.

Don Martin
1 Monat her

Ich sehe Webestuhl und Spinnrad, Hammer, Amboss und den guten alten Pflug als neue High-End-Techprodukte. Auf gehts: In den Heimatmuseen stehen noch die Vorbilder—-

Thorsten
1 Monat her

Ich wandere aus in ein modernes und zukunftsfähiges Land. Entweder Russland oder Australien.
Diese Maßnahmen lassen darauf schliessen, dass es in wenigen Jahren auch wieder Reisebeschränkungen gibt. Vermutlich muss man sein ganzes Vermögen bei der Ausreise zur „Bereicherung“ abgeben.

H. Heinz
1 Monat her
Antworten an  Thorsten

Alles an Grundbesitz verkaufen und Geld sowie Wertpapierdepots auflösen und ins Land des zukünftigen 1. Wohnsitzes transferieren, so lange es noch geht. Wenn erst die Wegzugsbesteuerung auch auf liquide Mittel kommt, ist Schicht im Schacht. Man wird sein Geld dann nicht mehr aus dem Land bringen können ohne Steuern zu bezahlen so meine Vermutung.