Verschollen im energiepolitischen Dreieck

Mit jedem Kohle- und mit jedem Kernkraftwerk, das vom Netz genommen wird, vermindert sich die Zuverlässigkeit unserer Stromversorgung. Denn politische Kompromisse können die Gesetze der Physik nicht aushebeln.

© Sean Gallup/Getty Images

Die mit der deutschen Energiepolitik verknüpften Risiken sind schon in ihrem konzeptionellen Fundament angelegt. Man will, so heißt es seitens der Bundesregierung, eine Energieversorgung etablieren, die gleichzeitig zuverlässig, bezahlbar und umweltschonend ist. Dieses sogenannte energiepolitische Dreieck hat sich als Dogma etabliert, dem niemand mehr widerspricht. Aus guten Gründen, eröffnet doch die Verknüpfung dreier miteinander unvereinbarer Zielmarken so manchen ideologisch gefestigten, aber von technischem Wissen eher unbelasteten Zeitgenossen einmalige Möglichkeiten, ihrer Agenda Gehör zu verschaffen. So unterliegt die Antwort auf die Frage, was als umweltfreundlich anzusehen ist, einer vielstimmigen emotionalen Beliebigkeit, deren zusammengefasstes Optimum in einem Energiesystem besteht, das auf vogelschnetzelnde Windräder, emittierende Kohle- und strahlende Kernkraftwerke ebenso verzichtet, wie auf toxische Solarzellen und intensivlandwirtschaftlich produzierte Biomasse. Die einzig wirklich umweltschonende Versorgung ist offensichtlich gar keine Versorgung. Die natürlich auch nichts kostet. So könnte eine Rückkehr zum steinzeitlichen Nomadenleben zwei der Anliegen des energiepolitischen Dreiecks bestmöglich erfüllen. Und das dritte wäre dann schlicht irrelevant. Was ist von einer Aufgabenstellung zu halten, deren unterschiedliche Vorgaben nur durch eine solche Lösung gleichermaßen perfekt umgesetzt werden?

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Tatsächlich ist Versorgungssicherheit das einzige Kriterium, das wirklich zählt. Denn Energie hat keinen Wert und keinen Nutzen, wenn sie nicht überall dort, wo man sie braucht, und immer dann, wenn man sie braucht, in der erforderlichen Form und Quantität zur Verfügung steht. Was könnte man mit einem Auto schon anfangen, bei dem das Tanken reine Glückssache wäre? Was mit einer Heizung, für die das Brennstoffangebot von Zufällen abhinge? Wer würde sich einen Fernseher kaufen, den man nicht einschalten kann, wann man will? Versorgungssicherheit ist kein Luxusgut, das man ohne größere Folgen aus der Perspektive eines wankelmütigen Zeitgeistes betrachten darf, sondern notwendige Basis für die Aufrechterhaltung einer freien und wohlhabenden modernen Gesellschaft. Die Zuverlässigkeit eines Versorgungssystems ist dabei nicht primär an der Menge der bereitgestellten Energie zu messen, sondern wesentlich an dessen Widerstandskraft gegen Fehler und Störungen. Es sollte unter widrigen, vom Idealzustand abweichenden Bedingungen nicht allzu leicht versagen. Und wenn es doch ausfällt, schnell wieder in Betrieb gehen können. Das energiepolitische Dreieck aber erzwingt mit der Energiewende Konzessionen zu Lasten genau dieser Aspekte. Versorgungssicherheit, die bei vielen Primärenergieträgern vor allem mittels einer effektiven Logistik dargestellt werden kann, unterliegt nämlich beim Strom spezifischen physikalischen Rahmenbedingungen. Hier kommt es nicht nur darauf an, genug elektrische Energie zu erzeugen. Es muss auch auf die richtige Weise geschehen.

Obwohl der Begriff solches leider nahelegt, besteht Strom nicht aus Elektronen, die durch Drähte fließen wie Gasmoleküle durch Rohrleitungen. Es wandern keine geladenen Teilchen aus Kraftwerken durch unsere Lampen, Waschmaschinen oder Fernseher, wenn wir diese einschalten. Vielmehr sind sie schon da, in den elektrischen Bauelementen unserer Geräte, völlig orientierungs- und richtungslos zwischen den in einer Gitterstruktur angeordneten Atomen eines metallischen Kabels herumirrend. Dieses Gewimmel kann zu Strom werden, wenn es einen Dirigenten gibt, der ihm Struktur verleiht.

Dies leisten die durch Turbinen in den großen thermischen Kraftwerken angetriebenen Generatoren, in denen rotierende Magneten die Elektronen in den Leitungen der sie umgebenden Spulen in einem exakt festgelegten Takt anstoßen. So wird Ordnung dem Chaos aufgeprägt. Exakt fünfzigmal pro Sekunde hüpfen die Ladungsträger auf der Stelle hin und her, eine regelmäßige Bewegung, zu der sie über die elektromagnetische Wechselwirkung auch alle anderen Elektronen in den angeschlossenen Leitungen und Geräten anregen. Es ist die durch diese Schwingung transportierte Energie, die wir anzapfen, wenn wir ein Endgerät einschalten, es ist die Dynamik dieses Tanzes, die wir über geeignete Mechanismen in Wärme, Licht oder mechanische Bewegung umsetzen.

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Die Festlegung der Netzfrequenz auf einen Wert von fünfzig Hertz folgt keiner physikalischen oder technischen Notwendigkeit, sondern spiegelt eine historisch gewachsene Vereinbarung wieder. Da diese nun aber verbindlich gilt, richten sich auch alle nach ihr, Verbraucher wie Versorger. Weicht die Netzfrequenz zu stark von ihrem Sollwert ab, funktionieren sehr viele elektrotechnische und elektronische Systeme nicht mehr besonders gut, viele überhaupt nicht mehr und manche können gar beschädigt oder zerstört werden. Dies gilt insbesondere für die Werkzeugmaschinen in der industriellen Produktion wie auch für die Einrichtungen des Netzbetriebs selbst, von den Kraftwerken bis zu den Transformatoren. Unterhalb von 47,5 und oberhalb von 51,5 Hertz wären beispielsweise die Generatoren vieler Erzeugungsanlagen gefährdet, was zu Notabschaltungen und einem vollständigen Zusammenbruch der Versorgung führen würde. Für einen optimalen Betrieb sollte die Netzfrequenz sogar immer in dem Band zwischen 49,98 und 50,02 Hertz liegen.

Es ist nicht ganz so einfach, dies zu gewährleisten. Jede Energieentnahme verlangsamt die Schwingung der Elektronen, die Netzfrequenz sinkt. Jede Energiezufuhr beschleunigt den Formationstanz der Ladungsträger, die Netzfrequenz steigt. Energiezuflüsse und Energieabflüsse müssen sich also immer die Waage halten, um der Anforderung nach einer konstanten Netzfrequenz zu genügen. Im alltäglichen Betrieb kann man das regeln. Zumal man über genug Erfahrungswerte verfügt, die es gestatten, den voraussichtlichen Bedarf für einen bestimmten Zeitpunkt in der Zukunft zu prognostizieren. Wind- und Sonnenstrom allerdings stellen in dieser Hinsicht Störfaktoren dar. Denn sie beteiligen sich aufgrund ihrer technischen Eigenschaften und ihrer volatilen, wetterabhängigen Erzeugungscharakteristik weder an der Definition der Netzfrequenz, noch an deren Haltung. Sie sind über Umrichter an das Netz angeschlossen, die sich eben nach irgendetwas „richten“ müssen, um die elektrische Energie aus Solarzellen und Windrädern an die Erfordernisse anzupassen. Die volatilen Quellen bedürfen dazu des konventionellen Kapellmeisters, der sie anleitet, sonst zerstören sie den Gleichklang des Erzeugerorchesters und verwandeln den Formationstanz der Elektronen in ein Durcheinander.

Eine Abrechnung
"Die Welt": Gescheiterte Energiewende
Oft gehörte Klagen von Befürwortern der Energiewende, die herkömmlichen Kraftwerke würden die Leitungen „verstopfen“ und dem Wind- und Sonnenstrom dadurch Zugänge versperren, sie wären gar verantwortlich für immer häufiger auftretende Produktionsüberschüsse, für deren Aufnahme zur Sicherung der Netzstabilität ausländische Abnehmer sogar prämiert werden müssen (negative Strompreise), sind daher entweder irreführende Propaganda, oder Ausdruck intellektuellen Schiffbruchs. Ohne den durch die Rotation der Läufer in den Generatoren der großen thermischen Kraftwerke vorgegebenen Takt gäbe es erst gar kein Stromnetz, in das noch andere Erzeuger integriert werden könnten. Allein dies macht eine hundertprozentige Versorgung auf Basis volatiler Quellen unmöglich. Aber der potentielle Anteil von Wind und Sonne an der Stromerzeugung ist noch durch einen anderen Aspekt begrenzt.

Was geschieht, wenn etwas schiefgeht? Wenn etwa auf einen Schlag mehrere große Kraftwerke ausfallen? Die Folge wäre ein unmittelbares und unaufhaltsames Absinken der Netzfrequenz unter ein noch zu verkraftendes Niveau und damit der Blackout. Da sich dieser Effekt blitzartig mit Lichtgeschwindigkeit im Netz ausbreitet, gäbe es keine Chance auf Gegenmaßnahmen.

Wären da nicht die Schwungmassen der herkömmlichen Meiler. Einige Dutzend Tonnen bringt so ein Läufer auf die Waage und in zweipoliger Ausführung rotiert er fünfundzwanzigmal in jeder Sekunde um die eigene Achse. Etwa zweitausend Tonnen drehen sich in dieser enormen Geschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt in den fünfzig größten deutschen Kraftwerken, die überwiegend mit Kohle, manche aber auch mit Erdgas und einige wenige noch mit Uran befeuert werden. Und diese träge Masse ist es, die dem Netz Widerstandskraft gegen Ausfälle und unvorhergesehene Bedarfsspitzen verleiht. Denn sie bremst jede Veränderung der Netzfrequenz auf ein beherrschbares Maß.

Die Geschwindigkeit, in der die Netzfrequenz ansteigt oder absinkt, darf nicht mehr als zwei Hertz pro Sekunde betragen. Nur dann können die verfügbaren Regelmechanismen greifen, die den Tanz der Elektronen zunächst stabilisieren, um ihn anschließend in die gewünschte Geschwindigkeit zurückzuführen. Wie hoch die konventionellen, auf rotierenden Massen beruhenden Erzeugerkapazitäten sein müssen, um dies zu gewährleisten, hängt vom Verhältnis der gesamten Netzlast zur Über- oder Unterdeckung ab. Will man einen Ausfall von zehn Prozent der aktuellen Netzlast überstehen, darf der Anteil der durch Schwungmassen eingespeisten Leistung 25% nicht unterschreiten. Will man sich gar gegen den plötzlichen Verlust von zwanzig Prozent der Erzeugerkapazität schützen, läge dieser Wert schon bei der Hälfte. Die Ausbaugrenze für volatile Erzeuger richtet sich nach dem angestrebten Sicherheitsniveau.

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Grundsätzlich aber gilt: Je geringer der Anteil konventioneller Großkraftwerke an der Stromerzeugung, desto größer die Gefahr eines flächendeckenden Stromausfalls im Falle einer Störung. Und mit steigendem Anteil von Sonnen- und Windstrom steigt auch der Anspruch an die Resilienz des Systems, weil Pannen wahrscheinlicher werden. Dazu tragen nicht nur die immer häufigeren Redispatch-Maßnahmen bei, die durch die Unstetigkeit der gesetzlich bevorzugten Zufallslieferanten erforderlich werden. Sondern auch die technischen Charakteristika der alternativen Quellen selbst. Man denke beispielsweise an große Offshore-Windparks, die nur über einige wenige Leitungen und einige wenige Konverterstationen mit dem Festland verbunden sind. Bereits der Ausfall nur einer Trasse vermag da eine Kettenreaktion auszulösen, die uns alle ins Dunkel taucht.

Mit jedem neuen Windrad, mit jeder neuen Photovoltaik-Anlage steigt also das Risiko für Störfälle und mit jedem konventionellen Kraftwerk, das zugunsten alternativer Erzeuger vom Netz geht, steigt die Gefahr, diese nicht mehr beherrschen zu können. Auf die Frage, wie viele Kohlekraftwerke in den kommenden Jahren vom Netz gehen könnten, ohne die Versorgungssicherheit zu reduzieren, gibt es daher nur eine Antwort: Kein einziges. Es sei denn, man ersetzt sie durch Gas- oder Kernkraftwerke.

Hierzulande diskutiert die Politik trotzdem über Kohlekapazitäten, die zusätzlich zu den Kernkraftwerken zeitnah abgeschaltet werden sollen. Das Lavieren im energiepolitischen Dreieck führt zu einer abstrusen Feilscherei, in der fünf, sieben oder gar elf Gigawatt ohne jede Scham in den Raum geworfen werden, als wären politische Kompromisse geeignet, die Gesetze der Physik außer Kraft zu setzen. Angesichts der Bedeutung, die eine verlässliche Stromversorgung für unser Gemeinwesen hat, angesichts der katastrophalen Folgen, die ein flächendeckender Stromausfall mit sich bringen würde, bleibt festzuhalten: Im Energie-politischen Dreieck versinken die Interessen der Wähler. Und tauchen daraus auch nie wieder auf.

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Kommentare ( 81 )

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Helmut Da stimmt etwas nicht. Bei 50 Hz muss er 2-pol. 3000 Umdr./Min. : 360 = 8,33 Umdr. /sec. haben. Ein Rotor mit 1,3 GW hat 95 to. Jetzt muss ich Annahmen treffen. Max. aufzubringende Leistung wenn Wind und PV ihren Dienst versagen (Dunkelflaute) Dez. 2017 und auch Jan. 2018 war es z. B. nahezu Null, Dunkelflaute 85 GW: 1,3 GW/Rotor = 65 Generatoren x 95 to = 6.175 to. da aber nicht so viele Große laufen sondern auch viele kleinere wird das Ges.-Gewicht der Rotationsmassen größer sein. Die langen Wellen am Rotor habe ich natürlich mit berücksichtigt. Aber der… Mehr

Helmut, Korrektur da habe ich einen schweren Fehler gemacht und zwar hat die min. 60 sec. und nicht 360. 3000 Umdr./Min :60= 50 mal/sec dreht sich der Läufer.

25 Umdrehungen pro Sekunde für tonnenschwere Konstrukte erscheinen mir arg viel, wir wollen ja nicht die Raumzeit krümmen. Wikipedia behauptet ca. 1500-3000 Umdrehungen pro Minute.

25 Umdrehungen/s *60s/min = 1500 Umdrehungen/min
Die Werte sind also identisch!

Wer sich ein Bild davon machen möchte, was in diesem Lande alles nicht mehr funktioniert, sollte es zu Störungen in der Stromversorgung kommen, mag den Bericht
des Bundestagsausschusses für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung aus April 2011 mit dem Titel „TA-Projekt: Gefährdung und Verletzbarkeit moderner Gesellschaften –am Beispiel eines großräumigen und langandauernden Ausfalls der Stromversorgung“ (BT-Drks. 17/5672) einmal lesen:

http://dipbt.bundestag.de/dip21/btd/17/056/1705672.pdf

Was die Politik mit der sog. Energiewende an Gefahren schafft, macht sie sehenden Auges. Denn jeder kann erwarten, daß Regierung und Abgeordnete den Inhalt der BT-Drucksache kennen.

>>Charakteristika der alternativen Quellen selbst. Man denke beispielsweise an große Offshore-Windparks, die nur über einige wenige Leitungen und einige wenige Konverterstationen mit dem Festland verbunden sind. Bereits der Ausfall nur einer Trasse vermag da eine Kettenreaktion auszulösen, die uns alle ins Dunkel taucht<<. + + + + + + + + + Brände sind bei (niemals ausschließbaren) gravierenden Störungen in Hochspannungsanlagen verheerend, da Lichtbögen entstehen. Wenn es da richtig rummst, könnten große Teile der Konverterstation für mehrere Monate unbrauchbar sein oder gar ganz abbrennen. Da es sich beim nachgeschalteten Netz um Gleichstrom-Trassen handelt, ist eine selektiv-örtliche Reserveeispeisung aus dem 380… Mehr

Wie immer super. Das Geschrei nach den ersten Blackouts wird fürchterlich sein.

… aber sicher wird man dann einen Betriebselektriker oder Wartungstechniker zu finden wissen, der an dem Malheur „Schuld“ sein wird.

Sehr schön!
Sehr deutlich wird das Wolkenkuckuksheim, die weltfremde BELIEBIGKEIT mit der nur im Traum erreichbare Ziele (nicht nur DIESES) versprochen werden. –
Siehe auch den gewaltig strapazierten Begriff „Gerechtigkeit“. Der – ganz nach Standpunkt und Betrachtungsweise der jeweiligen Situation – schillert wie eine BELIEBIGE Seifenblase. –
– EIGENTLICH kann man nur „Kindern“ solchen Blödsinn „verkaufen“. –

Wenn die Instabilität des Netzes zu immer häufigeren und längeren Blackouts führen wird, werden Politik und Medien reagieren wie in der Flüchtlingskrise: Schultz, Merkel,Kleber, Slomka, Will et al werden ein noch gigantischeren Ausbau der. regenerativen Energie fordern und den Untergang der Welt heraufbeschwören. Ingenieure und Physiker und Fachleute,die sich nicht kaufen liessen werden als die neuen Nazis und Rassisten denunziert werden, denen man das Recht auf ihre Meinung absprechen wird und die Fussballclubs werden sie aussperren.Das wird erst enden, wenn das Fernsehen nicht mehr senden kann, das Telekommunikationsnetz zusammenbricht, Züge nicht mehr fahren und das Flutlicht in den Arenen nicht… Mehr

Im Poststrukturalismus sind auch Naturgesetze nur eine gesellschaftliche Schöpfung die das geneigte Individuum einfach ignoriert, dann gelten die auch nicht.

Fachlich sehr guter Artikel. Allerdings teile ich die Schlussfolgerungen nicht. Das Problem sind nicht die eher unsteten alternativen Energiererzeuger, das Problem ist das Netz und sein Management. Hier liegt der Hase im Pfeffer. Große Generatoren mit Ihren Schwungmassen sind eine, aber nicht die einzige Möglichkeit einer Stabilisierung. Um insgesamt effizienter und umweltfreundlicher zu werden muss das zentral organisierte Stromnetz auf ein dezentral organisiertes umgestellt werden. Dann können auch lokale Kraft-Wärme-Anlagen eingebunden werden und die Energieerzeugung rückt näher an den -verbrauch. Das führt zu weniger Leitungsverlusten und einer gesteigerten Effizienz. Der kritische Ausfall einer großen Anlage erzeugt keine Kaskadeneffekte mehr. Neues… Mehr

Hallo einSödernundkaudernhier:
Unser Netz läßt jedem Haushalt 1 kW zu,(Gesetz der großen Zahl) im Einzelnen sogar 30 kW. Ein kleinteiliges, zellulares Netz kann das niemals abdecken.

Ich habe das so verstanden, dass das gerade nicht möglich ist. Dezentral sind die Windmühlenparks ja nun schon. Von den Solardächern ganz zu schweigen. Auf diese Weise könnten nur lokale Netze stabilfrequent betrieben werden. Das verbietet sich jedoch aufgrund der lokal ja unsteten Versorgung mit Primärenergiequellen, also Wind und Sonne. Dafür bräuchte es dann ebeb große Netze, die das leisten können, welchen es aber wiederum an Frequenzstabilität mangelt. Wie sie es drehen und wenden, Mist bleibt Mist und Murks ist Murks.

Der einzig mögliche Schluss aus dem dargelegten Sachverhalt ist: Wir werden von Idioten regiert – ob politisch korrekt ausgedrückt oder nicht, spielt da keine Rolle mehr

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