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VGB-Studie Windenergie in Deutschland und Europa. Status quo, Potenziale und Herausforderungen in der Grundversorgung mit Elektrizität Teil 1: Entwicklungen in Deutschland seit dem Jahr 2010 Thomas Linnemann und Guido S. Vallana Erschienen in VGB POWERTECH 6 (2017)
VGB PowerTech 6 l 2017 Windenergie in Deutschland und Europa − Teil 1
Windenergie in Deutschland
und Europa
Status quo, Potenziale und Herausforderungen in der
Grundversorgung mit Elektrizität
Teil 1: Entwicklungen in Deutschland seit dem Jahr 2010
Thomas Linnemann und Guido S. Vallana
Abstract Die installierte Nennleistung sämtlicher Länder, veröffentlicht durch die nationalen
Windenergieanlagen in Deutschland hat und europäischen Übertragungsnetzbetrei
Wind energy in Germany and Europe sich in den letzten 16 Jahren, von Anfang ber im Internet.
Status, potentials and challenges for 2001 bis Ende 2016, auf 50.000 Megawatt Die VGB-Windstudie 2017 besteht aus
baseload application (MW) verachtfacht. In 18 betrachteten eu zwei Teilen: Im ersten Teil geht es um lang
Part 1: Developments in ropäischen Ländern, die Windenergie heu jährige Entwicklungen in Deutschland im
Germany since 2010 te nutzen, erhöhte sich die Nennleistung Zeitraum von 2010 bis 2016. Der zweite
im gleichen Zeitraum um das Zwölffache Teil behandelt die Windenergienutzung in
In Germany the installed nominal capacity of auf mehr als 150.000 MW.
all wind turbines has increased eightfold over 18 Ländern Europas im Jahr 2016 und geht
the last 16 years to 50,000 megawatts today. Eine wesentliche physikalische Eigenschaft der Frage nach, ob im europäischen Netz
In the 18 most important European countries der Windenergie ist ihre starke raumzeit verbund gemäß dem Motto „irgendwo
using wind energy today, the nominal capacity liche Variation aufgrund der Fluktuationen weht immer Wind“ ausreichende gegen
rose by twelve times to more than 150,000 der Windgeschwindigkeit. Meteorologisch seitige Ausgleichsmöglichkeiten bestehen.
megawatts. betrachtet wird die aus Windenergieanla
One essential physical property of wind energy gen eingespeiste elektrische Leistung Einleitung
is its large spatiotemporal variation due to durch Wetterlagen mit typischen Korrelati
wind speed fluctuations. From a meteorologi- onslängen von mehreren hundert Kilome Vor dem Hintergrund internationaler Kli
cal point of view, the electrical power output of tern bestimmt. Im Ergebnis ist die aufsum maschutzverpflichtungen verfolgt die
wind turbines is determined by weather condi- mierte eingespeiste Leistung der europa deutsche Bundesregierung einen als Ener
tions with typical correlation lengths of several weit über mehrere tausend Kilometer giewende 1) bezeichneten ambitionierten
hundred kilometres. As a result, the total wind sowohl in Nord-Süd- als auch Ost-West- Umbau vor allem der Elektrizitätsversor
fleet output of 18 European countries extend-
Richtung verteilten Windenergieanlagen gung, der mit einem Verzicht auf jahrzehn
ing over several thousand kilometres in north-
south and east-west direction is highly volatile hoch volatil, gekennzeichnet durch ein telang bewährte Kraftwerkstechnik ein
and exhibits a strong intermittent character. breites Leistungsspektrum. hergeht und auf die Bereitstellung elektri
An intuitively expectable significant smooth- Die intuitive Erwartung einer deutlichen scher Energie aus regenerativen Energien
ing of this wind fleet output to an amount, Glättung der Gesamtleistung in einem ausgerichtet ist.
which would allow a reduction of backup pow- Maße, das einen Verzicht auf Backup-Kraft Aus diesen energiepolitischen Zielvorga
er plant capacity, however, does not occur. In
werksleistung ermöglichen würde, tritt al ben resultiert ein Mangel an kraftwerks
contrast, a highly intermittent wind fleet pow-
er output showing significant peaks and mini- lerdings nicht ein. Das Gegenteil ist der technischen Alternativen für eine bedarfs
ma is observed not only for a single country, Fall, nicht nur für ein einzelnes Land, son gerechte Grundversorgung mit Elektrizität
but also for the whole of the 18 European dern auch für die große Leistungsspitzen sowie an nutzbaren Energieträgern, dem
countries. Wind energy therefore requires a und -minima zeigende Summenzeitreihe die momentane Konzentration auf Solar
practically 100 % backup. As the (also com- der Windstromproduktion 18 europäischer energie (Photovoltaik) und Windenergie
bined) capacities of all known storage tech- Länder. Für das Jahr 2016 weist die ent als Hoffnungsträger der Energiewende ge
nologies are (and increasingly will be) insig- sprechende Zeitreihe (Stundenwerte) ei schuldet ist:
nificant in comparison to the required de- nen Mittelwert von 33.000 MW und ein
mand, backup must be provided by Kernenergie ist hierzulande wie Braun-
Minimum von weniger als 6.500 MW auf. und Steinkohle 2) energiepolitisch uner
conventional power plants, with their business
Dies entspricht trotz der europaweit verteil wünscht.
cases fundamentally being impaired in the ab-
sence of capacity markets. l ten Windparkstandorte gerade einmal 4 %
der in den betrachteten 18 Ländern insge
1 Unter dem Begriff der Energiewende ist ei
samt installierten Nennleistung.
gentlich eine Stromwende zu verstehen: Der
Windenergie trägt damit praktisch nicht Anteil elektrischer Energie am Endenergie
zur Versorgungssicherheit bei und erfor einsatz in Deutschland beträgt heute 21 %,
dert 100 % planbare Backup-Systeme nach der Anteil der dafür in den Kraftwerken einge
heutigem Stand der Technik. setzten Primärenergie am Primärenergieauf
kommen Deutschlands beträgt 31 %, so dass
Die VGB-Geschäftsstelle ist Fragen zur Deutschland nach vollständiger Umsetzung
Windenergienutzung in Deutschland und 17 der Stromwende erst ein überschaubares Teil
europäischen Nachbarländern nachgegan stück des Gesamtweges zurückgelegt haben
Autoren gen und hat im Rahmen eines Faktenchecks wird [1, 2].
2 Diese Aussage gilt mangels öffentlicher Ak
Plausibilitätsbetrachtungen durchgeführt.
Thomas Linnemann zeptanz auch für Kraftwerkstechnologien mit
Guido S. Vallana Die Betrachtungen beruhen auf frei zu Abscheidung von Kohlendioxid aus dem
VGB PowerTech e.V., Essen, Deutschland gänglichen Realdaten zur elektrischen Leis Rauchgas und nachgelagerter Speicherung
tungseinspeisung aus Windenergie für 18 des Kohlendioxids im Untergrund.
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Windenergie in Deutschland und Europa − Teil 1 VGB PowerTech 6 l 2017
Erdgas gilt vor dem Hintergrund der Kli fert die Photovoltaik zudem deutlich gerin Hierzulande können alle Pumpspeicher
maschutzbestrebungen Deutschlands al gere Beiträge zur Stromversorgung als in kraftwerke zusammengerechnet im Turbi
lenfalls als Brückentechnologie, da auch Sommermonaten. nenbetrieb mit einem vollständigen Entla
bei seiner Nutzung und Verbrennung so Windenergie ist ebenfalls allein unzurei dezyklus über rund sechs Stunden eine
wohl Kohlendioxid- als auch Methan-Emis chend, denn als dargebotsabhängige Ener elektrische Leistung von rund 7.000 MW
sionen entstehen, allerdings in etwas ge gieform ist sie unstet verfügbar. Eine we erbringen und rund 0,04 Terawattstunden
ringerem Umfang als bei anderen kohlen sentliche physikalische Eigenschaft der (TWh) an elektrischer Energie liefern. Da
wasserstoffbasierten Brennstoffen. Ein Windenergie ist ihre starke raumzeitliche nach sind die oberen Speicherbecken erst
weiterer Aspekt: Bei künftig verstärkter Variation aufgrund der Fluktuationen der wieder im Pumpbetrieb unter Aufnahme
Nutzung dieses heute vorwiegend für Pro Windgeschwindigkeit. Meteorologisch be elektrischer Energie aufzufüllen. Dazu ein
zesswärme- und Heizzwecke sowie als trachtet wird die aus Windenergieanlagen beispielhaft-perspektivischer Ausblick auf
Grundstoff in der chemischen Industrie in das Stromnetz eingespeiste elektrische Deutschland: Allein zur Überbrückung ei
eingesetzten Primärenergieträgers im Leistung durch Wetterlagen mit typischen ner hierzulande nicht seltenen zweiwöchi
Stromsektor würde sich Deutschlands oh Korrelationslängen von mehreren hundert gen Schwachwindphase im Winterhalbjahr
nehin schon hohe Abhängigkeit von Kilometern bestimmt. („Dunkelflaute“) wären rund 21 TWh zur
Importenergien weiter erhöhen. Weitere Deckung des Strombedarfes über ein Back
Nachteile sind hohe Kosten, die für diesen Im Ergebnis ist die aufsummierte Leistung up-System bereitzustellen 5).
zusätzlichen Nutzungszweck fehlenden aus Windenergieanlagen hoch volatil und
durch ein breites Leistungsspektrum ge Sollten diese 21 TWh aus Pumpspeicher
Erdgasspeicher und die mangelnde Akzep kraftwerken mit einer Leistung von durch
tanz gegenüber der für eine Erweiterung kennzeichnet, das große Leistungsspit
zen und Leistungsminima zeigt. Für eine schnittlich rund 200 MW 6) über einen ma
der heimischen Erdgasförderung notwen ximal möglichen sechsstündigen Turbi
digen Fracking-Technik. gleichermaßen sichere wie zuverlässige
Elektrizitätsversorgung ist die dargebots nenbetrieb gedeckt werden, wären 17.500
Biomasse ist nur eingeschränkt verfügbar, abhängige Windenergie wie Photovoltaik zusätzliche Pumpspeicherkraftwerke die
begünstigt die Entstehung und Ausweitung auf Komplementärtechnologien angewie ser Größe vonnöten. Zum Vergleich: Das
von Monokulturen mit absehbaren Konse sen, die bei Abweichungen von prognosti derzeit größte Pumpspeicherkraftwerk
quenzen für die Biodiversität und steht in zierten Leistungseinspeisungen, Schwach Deutschlands im thüringischen Goldisthal
Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduk windphasen oder Sturmabschaltungen mit einer Nennleistung im Turbinenbe
tion. Abseits daraus ableitbarer ethischer kurzfristig einspringen können müssen. trieb von 1.060 MW liefert im Anforde
Fragen muss Biomasse aus Sicht der Wis rungsfall über maximal acht Stunden rund
senschaft zukünftig perspektivisch eher für Als Komplementärtechnologien für diese 0,009 TWh Energie. Vergleichbar günstige
Backup-Funktion kommen heute grund
die Versorgung Deutschlands mit Kraft- topografische Standorte sind in Deutsch
und Treibstoffen zur Verfügung stehen. sätzlich in Bereitschaft vorgehaltene kon land allerdings äußerst rar.
ventionell fossil befeuerte Kraftwerke,
Wasserkraft ist hierzulande ebenfalls nur Kernkraftwerke oder Pumpspeicherkraft Der mitunter propagierte mehrstufige che
eingeschränkt verfügbar. Ihr Ausbaupoten werke in Frage. misch-verfahrenstechnische Umwand
zial ist begrenzt und heute praktisch weit lungsprozess einer Wasserstoff-Elektrolyse
Kernkraftwerke, Braun- und Steinkohle
gehend ausgeschöpft. mit nachgeschalteter Methanisierung des
kraftwerke sind hierzulande allerdings po
Geothermie weist im Vergleich mit Was Wasserstoffgases unter Zufuhr von Kohlen
litisch nicht mehr erwünscht und Erdgas dioxid, auch als Power-to-gas-Verfahren
serdampfkreisläufen konventioneller kraftwerke als Brückentechnologien allen
Kraftwerke deutlich niedrigere Tempera bezeichnet, ist bei seriöser Bewertung
falls für begrenzte Zeiträume politisch nicht als Energiespeicherprozess zu be
turniveaus auf und kommt allenfalls in vertretbar, da sie weiterhin Kohlendioxid
bestimmten Regionen Deutschlands für zeichnen, sondern „Energievernichtung“:
freisetzen und mit ihnen die ohnehin be Während bei Pumpspeicherkraftwerken
eine Stromerzeugung über andere Ar reits hohe Abhängigkeit von der Import
beitsmedien als Wasser 3) sinnvoll in Be etwa 25 % der Eingangsenergie verloren
energie Erdgas weiter zunehmen würde. gehen und somit 75 % nach der Speiche
tracht. Ihr Ausbaupotenzial ist äußerst
begrenzt, und ihr Beitrag zur Stromver Ein Ausbau jahrzehntelang erprobter und rung als Nutzenergie zur Verfügung ste
sorgung dürfte in absehbarer Zukunft bewährter Pumpspeicherkraftwerke, der hen, sind beim mehrstufigen Power-to-gas-
überschaubar bleiben. bisher einzigen großtechnisch verfügbaren Umwandlungsprozess von der Wasserstoff-
Speichertechnologie, wäre zwar wün Elektrolyse über die Methanisierung und
Weitere Optionen wie Deponie-, Klär- und schenswert, ist aufgrund der topografi Speicherung im Gasnetz bis zum Brenn
Grubengas oder Hausmüll (biogener An- schen Gegebenheiten Deutschlands jedoch stoffeinsatz in Gaskraftwerken Verluste
teil) liefern heute einen begrenzten Bei sehr begrenzt möglich und stößt aufgrund
trag von etwa 5 % zur Stromversorgung sichtbarer Umwelteingriffe bei den zu er 3 Aufgrund des geringen zur Verfügung stehen
Deutschlands. Ihr Ausbaupotenzial dürfte richtenden Speicherbecken nicht selten den Temperaturgefälles zwischen Wärme
ebenfalls überschaubar sein. auf Akzeptanzprobleme, vor allem in der quelle und -senke kommen häufig organische
Damit verbleiben unter den heutigen ener Lokalbevölkerung. Fluide mit relativ niedrigen Siedetemperatu
ren zum Einsatz, weswegen solche Kreispro
giepolitischen Rahmenbedingungen prak Ein weiterer Aspekt: Heutige Pumpspei zesse im englischsprachigen Raum auch Or
tisch nur Solarenergie (Photovoltaik) und cherkraftwerke waren seit jeher auf den ganic Rankine Cycle (ORC) heißen.
Windenergie als weiter ausbaufähige Tech Bedarf von konventionellen Kraftwerken 4
nologien für die angestrebte Energiewende. Bedarfsspitzen treten jeweils etwa zur Mit
ausgerichtet und für den kurzfristigen Spit tagszeit und in den frühen Abendstunden auf.
Solarenergie ist allerdings allein unzurei zenlastausgleich über den Tagesverlauf 4) In den späten Nachtstunden erreicht die
chend und erfordert Komplementärtech ausgelegt. Für einen zukünftig verstärkt Nachfrage nach elektrischer Energie regelmä
nologien zur Überbrückung von Tages- notwendigen saisonalen Ausgleich wären ßig ihr Minimum.
und Jahreszeiten, in denen Solarstrahlung Pumpspeicherkraftwerke mit großen 5 Bei einem inländischen Gesamtstromver
nur in geringem Umfang oder gar nicht Speicherbecken für Arbeitsvolumina im brauch (inklusive Netzverluste) von rund 550
verfügbar ist: Tagsüber − etwa bei dichter ein- bis zweistelligen Terawattstundenbe TWh pro Jahr beträgt der zu deckende durch
Bewölkung − kann der Beitrag der Photo reich erforderlich. Die entscheidende Fra schnittliche Tagesbedarf 1,5 TWh.
voltaik zur Stromversorgung sehr deutlich ge lautet, ob sich für saisonale Zwischen 6 Dies entspricht der durchschnittlichen Leis
eingeschränkt sein, während nachts kein speicherzwecke ausgelegte Großanlagen tung eines deutschen Pumpspeicherkraft
Beitrag möglich ist. In Wintermonaten lie überhaupt rentabel betreiben ließen. werks im Turbinenbetrieb.
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VGB PowerTech 6 l 2017 Windenergie in Deutschland und Europa − Teil 1
von mindestens vier Fünfteln der elektri lich mitzutragen, wenn deren Ausmaß aufzubauen wäre 11). Etwa ein Viertel dieser
schen Eingangsenergie zu erwarten, wenn sichtbar wird und sich im alltäglichen Le Liefermenge würde mindestens als Über
intermittierende Betriebsweise sowie Her bensumfeld der Bürger auswirkt. schussenergie anfallen. Zusätzlich wären
kunft und Energieaufwand des Kohlendi Weitere als Alternative zum Aufbau der be von einem Jahr auf das andere Jahr wetter
oxids für den Methanisierungsschritt seri nötigten Backup-Systeme diskutierte bedingte Schwankungen dieser Liefermen
ös einkalkuliert werden [3]. Die Kosten der Optionen sind die Absenkung (Effizienzstei ge von etwa ±15 % einzukalkulieren.
elektrischen Ausgangsenergie müssten in gerungen) und Steuerung des Endenergie Zur Gewährleistung der Versorgungssi
diesen Fällen um mindestens das Fünffa verbrauches (Lastmanagement). Angesichts cherheit und im Sinne einer zusammenfas
che höher sein als die Kosten der elektri der Entwicklungen beim Bruttoinlands senden Betrachtung wären außerdem
schen Eingangsenergie. stromverbrauch in Deutschland in den letz Backup-Leistungen von etwa 89 % der Jah
Dazu ein Beispiel: Für jede EEG-geförder ten 16 Jahren, der bei beträchtlichen Effizi reshöchstlast in Deutschland vorzuhalten.
te 7) elektrische Kilowattstunde aus Wind enzanstrengungen um durchschnittlich Weitere Analysen [1] zur Speicherung der
energie war im zurückliegenden Jahr 2016 0,2 % pro Jahr gestiegen ist, und gleichzeiti volatilen elektrischen Leistungsabgabe aus
eine Vergütung von durchschnittlich ger Zukunftsstrategien, die zum Beispiel für Windenergie- und Photovoltaikanlagen in
9 €Ct/kWh fällig. Der Markterlös betrug einen Ausbau der Elektromobilität oder Deutschland geben zusätzliche Hinweise,
2 €Ct/kWh, so dass nicht-privilegierte elektrisch betriebener Wärmepumpen plä wie groß diese Herausforderungen sind.
Endverbraucher in Deutschland Mehrkos dieren, mit denen die Nachfrage nach Elekt
rizität weiter ansteigen würde, scheint mehr Die hierzulande geübte Praxis eines Kapa
ten von 7 €Ct/kWh zu tragen hatten [4].
Realismus angeraten, insbesondere hin zitätsmarktes „im stillen Kämmerlein“, bei
Eine Kilowattstunde (kWh) elektrischer dem die Bundesnetzagentur zur Abschal
Ausgangsenergie aus einer Power-to-gas- sichtlich der Bereitschaft der Bevölkerung
für ein auf Suffizienz ausgerichtetes Grund tung angemeldete konventionelle Kraft
Anlage würde heute bei wirtschaftlicher werke aus Sicht der Stromnetzstabilität als
Betriebsweise mit Windstrom als elektri verhalten.
systemrelevant einstuft und Vorhaltkosten
scher Eingangsenergie demnach mindes Andere öffentlich und medial diskutierte für diese Kraftwerke über Netzentgelte auf
tens 45 €Ct/kWh kosten müssen. Darin sind Speicheroptionen wie Batterien, Elektro alle Endverbraucher umlegt, erscheint als
weder notwendige Gewinne des Power-to- mobilität, Betonkugeln am Meeresboden sehr fragwürdiger Ansatz. Hier wäre an
gas-Anlagenbetreibers, noch die Netzent oder Ringwallspeicher verkennen gemein stelle staatlicher Eingriffe und im Verbrau
gelte, Steuern und weitere staatliche Abga hin die Dimension künftig ein- und auszu cherinteresse eine Rückbesinnung auf
ben (ohne EEG-Umlage) enthalten, für die speichernder Energiemengen sowie tech Wettbewerb und Kosteneffizienz ange
allein ein Durchschnittshaushalt mit einem nischer Herausforderungen und werden zeigt, zum Beispiel über einen wettbewerb
Jahresbedarf von 3.500 kWh im zurücklie absehbar weder im erforderlichen Umfang lich ausgerichteten (kompetitiven) Kapazi
genden Jahr knapp 57 % des Endkunden noch zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten tätsmarkt.
strompreises zu zahlen hatte [4]. verfügbar sein, so dass der konventionelle
Kraftwerkspark die benötigte Backup- Hinzu kommt, dass das deutsche Stromver
Für das Power-to-gas-Verfahren sprechen Funktion weiterhin übernehmen muss. sorgungssystem bereits heute nur noch
die im deutschen Gasnetz speicherbare durch einen dargebotsabhängigen, vorü
Energie von mehr als 200 TWh und viel- Durch den gesetzlichen Einspeisevorrang bergehenden Export erheblicher Über
fältige sektorielle Einsatzmöglichkeiten. der regenerativen Energien und die mit ih schussleistungen, wie zum Beispiel am 26.
Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die rem Ausbau verbundene zunehmend gerin Dezember 2016 mit 15 GW, zu immer häu
bestehende Infrastruktur mit Leitungen gere Ausnutzung der benötigten Backup- figer negativen Strompreisen stabil zu be
und Untertage-Gasspeichern auf Belange Systeme (zurzeit: konventionelle Kraftwer treiben ist. Sobald direkte Nachbarländer
heutiger Gasverbraucher ausgelegt ist, so ke) ist deren Wirtschaftlichkeit hierzulande Deutschlands einen ähnlichen Ausbaugrad
dass bei erweiterter Nutzung dieser Infra vielfach heute schon in Frage gestellt. Oder der Windenergienutzung erreicht haben
struktur als Backup-System für den Aus anders ausgedrückt: Die „Stromwende“ in werden, wird diese Option entfallen.
gleich von Windenergie und Photovoltaik Deutschland nach dem heutigen Stand der Bei allen Betrachtungen zur Stromversor
ein deutlicher Ausbau unabdingbar wäre. Technik ist durch eine Doppelstruktur ge gung Deutschlands muss die Versorgungs
prägt. Diese besteht aus einem wachsenden sicherheit im Blickpunkt des Interesses ste
Ohne Berücksichtigung der beträchtlichen regenerativen Kraftwerkspark, der einen
Umwandlungsverluste und damit verbunde hen 12), denn Produktion und Verbrauch
Ausbau der Stromnetze in allen Span von Elektrizität sind jederzeit in einem
ner ökonomischer Auswirkungen könnten nungsebenen erfordert, und einem konven
die zum Ausgleich intermittierender regene strengen Gleichgewicht zu halten, um
tionellen Backup-Kraftwerkspark von etwa Netzausfälle zu vermeiden.
rativer Energiesysteme (iRES) wie Wind gleicher Leistungsgröße wie der heutige
energie und Photovoltaik benötigten Ener konventionelle Kraftwerkspark 10) zur Ge 7
giemengen über chemische Speicherung in EEG: Erneuerbare-Energien-Gesetz
währleistung der Versorgungssicherheit, 8
Kohlenwasserstoffen aus technischer Pers Die Vernetzung der drei Sektoren der Ener
allerdings bei sinkender Auslastung. giewirtschaft – Elektrizität, Wärmeversor
pektive möglich sein: Bei Ausweitung des
Im Jahr 2016 haben Windenergie und Pho gung und Verkehr – wird als Sektorkopplung
Betrachtungshorizontes auf andere Sekto bezeichnet.
ren wie Verkehr (Kraftstoffe), Haushalte, tovoltaik mit rund 116 TWh oder 21 % zum
9 Beispiele für mögliche Konsequenzen sind:
Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleis inländischen Gesamtstrombedarf von 550
TWh (inklusive Netzverluste) beigetragen. dargebotsabhängige Nutzung der elektri
tungen (Heiz- und Prozesswärme) wäre syn schen Energie, noch höhere Strompreise für
thetisiertes Methan oder Methanol (Kraft Zur Umsetzung der „Stromwende“ nach Privathaushalte als heute (In Europa belegt
stoff) auch an vielen anderen Stellen sinn heutigem Stand der Technik liegt der Fo Deutschland heute den zweiten Rang. Nur in
voll einsetzbar. Das könnte den zuletzt zu kus auf den intermittierenden regenerati Dänemark ist der Strompreis höher.).
10 Inklusive notwendiger Reserve zur Gewähr
beobachtenden bundesministerialen und ven Energiesystemen (iRES) Windenergie
öffentlich-medialen „Hype“ um das Thema und Photovoltaik. leistung des vorgegebenen Versorgungs
Sektorkopplung 8) erklären helfen. sicherheitsniveaus.
Analysen zur Stromversorgung Deutsch 11 Zum Vergleich: Am Jahresende 2016 war in
Die entscheidende Frage lautet, ob die lands mit einem postulierten iRES-Anteil Deutschland eine iRES-Nennleistung von
deutsche Bevölkerung willens und in der von 100 % auf Basis einer definierten Jah rund 90.000 MW installiert.
Lage ist, die mit einer Sektorkopplung ver resliefermenge von 500 TWh zeigen [5 bis 12 Weitere energiewirtschaftliche Zielkriterien
bundenen zusätzlichen wirtschaftlichen 8], dass dafür eine installierte iRES-Nenn sind Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglich
und persönlichen Konsequenzen 9) tatsäch leistung von durchschnittlich 330.000 MW keit und Akzeptanz.
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Windenergie in Deutschland und Europa − Teil 1 VGB PowerTech 6 l 2017
Vor diesem Hintergrund kündigte das Datenpunkten. Im Rahmen der Überprü
Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) VGB-Windstudie 2017 fung der Vollständigkeit der Zeitreihen wa
im Juni 2015 eine Zeitenwende bei der Eine ausführliche Darstellung zu Er ren folgende Fälle zu beachten:
Versorgungssicherheit an und teilte öffent gebnissen der VGB-Studie zum Sta –– Datenpunkte mit niedrigen Leistungen
lich mit [9], in Zukunft werde Deutsch tus quo der Windenergie in Deutsch im Bereich von 0 MW, die unverändert
land bei der Stromversorgung noch enger land und Europa sowie zu Potenzia blieben, wenn direkt benachbarte Daten
mit seinen europäischen Nachbarn zusam len und Herausforderungen in der punkte ebenfalls niedrige Werte aufwie
menarbeiten. So trage der Stromaustausch Grundversorgung mit Elektrizität ist sen (Kriterium: hohe Plausibilität für
über Ländergrenzen hinweg dazu bei, die in Folienform über die VGB-Home eine Schwachwindphase oder Flaute).
sichere und kosteneffiziente Versorgung page abrufbar: –– Fehlende Datenpunkte mit direkten
bei Verbrauchsspitzen und Flauten bei der Nachbardatenpunkten, die Leistungs
Einspeisung zu gewährleisten, zum Bei Teil 1: Entwicklungen in Deutsch
land seit dem Jahr 2010 werte deutlich oberhalb einiger hundert
spiel, weil der Wind nicht weht oder die bis tausend Megawatt aufwiesen. Solche
Sonne nicht scheint. Wie die Erfahrung Teil 2: Europäische Situation im Fehlstellen traten bei 0,1 % aller Daten
zeige, trete die höchste Nachfrage nach Jahr 2016 punkte auf. In diesen Fällen erfolgte eine
Strom in den Ländern nicht gleichzeitig Korrektur der Nullwerte durch den arith
auf und auch der Wind wehe fast immer metischen Mittelwert der benachbarten
irgendwo in Europa. Es gehe um reale Sy Methodik Datenpunkte (Kriterium: hohe Plausibi
nergien: Im regionalen Verbund werde lität für fehlerhaften Wert).
weniger gesicherte Leistung benötigt. Der Ausgangspunkt der VGB-Auswertungen –– Zusammenhängende Lücken von Daten
Verbund ermögliche erhebliche Kosten bildeten im Internet zugängliche Transpa punkten über mehrere Viertelstunden,
einsparungen. renzdaten des Verbandes europäischer Stunden oder Tage. Solche Fehlstellen
Ein Artikel in der Zeitschrift „Energiewirt Übertragungsnetzbetreiber ENTSO-E 14) traten bei 0,01 % aller Datenpunkte auf.
schaftliche Tagesfragen“ im Dezember und der deutschen Übertragungsnetzbe Eine Korrektur erfolgte wahlweise über
2015 [10] stellte hingegen öffentlich und treiber 50 Hertz Transmission, Amprion, lineare Interpolation (kleine Lücken)
medial häufig formulierte Aussagen in Tennet TSO und Transnet BW sowie der oder anhand von Daten vergleichbarer
Frage, der weitere Ausbau der Windener Leipziger Börse EEX 15) [11 bis 16]. Wochentage in direkt benachbarten Wo
gie führe zur Glättung der eingespeisten Über diese Transparenzplattformen sind chen.
elektrischen Leistung und ermögliche das Zeitreihen zur eingespeisten elektrischen Diesem ersten Schritt schloss sich ein
Abschalten konventioneller Kraftwerks Leistung unterschiedlicher Kraftwerksar zweiter Überprüfungs- und Plausibilisie
leistung. Die Leistungsspitzen des deut ten, darunter Photovoltaikanlagen, Wind rungsschritt an. Dieser umfasste einen
schen Windparks 13) seien durch den Aus energieanlagen an Land (onshore) und Vergleich der aus den einzelnen Zeitreihen
bau seit dem Jahr 2010 stetig angestiegen, auf dem Meer (offshore), sowie zur Nach errechneten Jahresarbeit mit den für
während die jährlichen Leistungsminima frage der Verbraucher (Last) in viertel Deutschland verfügbaren energiewirt
trotz eines Nennleistungszuwachses um stündlicher bis stündlicher Auflösung ab schaftlichen Statistikdaten der Arbeitsge
40 % von 2010 bis 2014 unverändert in ei rufbar. meinschaft Energiebilanzen (AGEB) [2],
nem Bereich von etwa 100 MW lägen. Auf Der Verband europäischer Übertragungs des Bundesministeriums für Wirtschaft
grund der Korrelation der Einspeisungen netzbetreiber ENTSO-E hatte seine Trans und Energie (BMWi) [17, 18], des Bundes
aus den deutschlandweit verteilten Wind parenzplattform zum Jahresanfang 2015 verbandes der Energie- und Wasserwirt
energieanlagen sei keine Glättung erkenn neu aufgebaut und alle Transparenzdaten schaft (BDEW) [4] und des Bundesverban
bar, und beim Ausbau der Windenergie zeitlich synchronisiert, ein wichtiger Fak des Windenergie (BWE) [19].
seien weiter wachsende Fluktuationen zu tor, wenn Zeitreihen einzelner Ländern Für die Analysen zur Windenergienutzung
erwarten. zeitlich korrekt zu überlagern und Analy in Europa im Jahr 2016 fiel die Auswahl für
Die VGB-Geschäftsstelle nahm diese Veröf sen zum jeweils momentanen Leistungs den Datenabruf von der ENTSO-E-Transpa
fentlichungen zum Anlass, diesen und wei gleichgewicht zwischen Verbrauch (Last) renzplattform auf die Rangfolge der wich
teren Aussagen zur Windenergienutzung und Erzeugung durchzuführen sind. tigsten 18 Länder nach Nennleistung mit
in Deutschland und 17 europäischen Nach weitgehend intakten Zeitreihen, hier in al
Mit der neu strukturierten ENTSO-E-Trans
barländern nachzugehen und im Zuge ei phabetischer Reihenfolge: Belgien, Däne
parenzplattform war somit ein einheitli
nes Faktenchecks Plausibilitätsbetrachtun mark, Deutschland, Finnland, Frankreich,
cher Abruf der Datenpunkte dort erfasster
gen durchzuführen. Die Betrachtungen Griechenland, Großbritannien, Irland, Ita
Länder gemäß der koordinierten Weltzeit
beruhen auf frei zugänglichen Realdaten lien, Niederlande, Norwegen, Österreich,
UTC 16) möglich.
zu den Leistungseinspeisungen aus Wind Polen, Portugal, Rumänien, Schweden,
energie, die nationale und europäische Da Zeitreihen einzelner Länder dort nicht
Spanien und Tschechien.
Übertragungsnetzbetreiber im Internet für mehrere Jahre verfügbar waren, erfolg
ten die Auswertungen zur Windenergie Bei der anschließenden Datenauswertung
veröffentlichen.
nutzung in Deutschland von 2010 bis 2016 waren wegen des im Vergleich zu Deutsch
Die VGB-Windstudie 2017 besteht aus zwei land kurzen Zeitraums von einem Jahr le
anhand von Daten der deutschen Übertra
Teilen: Im ersten Teil geht es um langjähri diglich rund 1,2 Millionen Datenpunkte zu
gungsnetzbetreiber (ÜNB) und der EEX-
ge Entwicklungen in Deutschland im Zeit überprüfen und zu plausibilisieren.
Transparenzplattform.
raum von 2010 bis 2016. Der zweite Teil
behandelt die Windenergienutzung in Die dort abgerufenen Datenpunkte (Vier
18 Ländern Europas im Jahr 2016 und telstundenwerte) für die elektrischen 13 Unter dem Begriff „deutscher Windpark“ oder
geht der Frage nach, ob im europäi Leistung aus inländischen Onshore- und
„Windpark“ ist in diesem Artikel durchweg die
schen Netzverbund gemäß dem Motto „ir Offshore-Windenergieanlagen repräsen Summe aller Windenergieanlagen in Deutsch
gendwo weht immer Wind“ ausreichende tieren Hochrechnungen auf Basis einer land zu verstehen.
gegenseitige Ausgleichsmöglichkeiten be begrenzten Anzahl gemessener Referenz 14 ENTSO-E: European Network of Transmission
stehen. standorte [13].
System Operators
Insgesamt basierte die Auswertung zur 15 EEX: European Energy Exchange
mehrjährigen Windenergienutzung in
Deutschland auf rund fünf Millionen 16 UTC: Coordinated Universal Time
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VGB PowerTech 6 l 2017 Windenergie in Deutschland und Europa − Teil 1
Das Vorgehen bei der Überprüfung der Da Bis zum Jahresende 2016 kamen auf dem Im Jahr 2016 trat das Minimum PMin von
ten entsprach dem Vorgehen für Deutsch Land rund 19.000 MW Nennleistung hinzu 135 MW (Stundenwert) bzw. von 141 MW
land. Die energiewirtschaftlichen Statistik und auf dem Meer rund 4.000 MW Nenn (Viertelstundenwert) am 24. Juli 2016 auf.
daten des BP Statistical Review of World leistung, so dass der Windpark über eine An diesem Sommertag lieferte der Wind
Energy 2017 bildeten die Grundlage für die installierte Nennleistung von insgesamt park in sieben der 24 Stunden durchge
Überprüfung und Plausibilisierung der rund 50.000 MW verfügte. Etwa 92 % da hend weniger als 500 MW, also weniger als
Zeitreihen [20]. von entfielen auf Onshore-Windenergie 1 % der am Jahresanfang bereits installier
und die verbleibenden 8 % auf Offshore- ten Nennleistung. Ähnlich niedrige Werte
Windenergie. über jeweils mehrere aufeinanderfolgende
Ergebnisse
Die Zeitreihe der im Jahr 2016 stündlich Stunden traten auch im Januar, Mai, Juni,
Nachfolgend sind Ergebnisse der Auswer eingespeisten elektrischen Leistung des August, September, Oktober und Dezem
tungen zur Windstromproduktion in deutschen Windparks und die auf Onshore- ber 2016 auf.
Deutschland im Zeitraum von 2010 bis Windenergie sowie Offshore-Windenergie Entgegen anderslautender Aussagen, Off
2016 dargestellt. Die Ergebnisse zur Wind entfallenden Leistungsbeiträge sind im shore-Windenergie sei prinzipiell grund
stromproduktion in 18 Ländern Europas B i l d 1 dargestellt. lastfähig und könne konventionelle Kraft
im Jahr 2016 werden Gegenstand eines Die Leistung des Windparks zeigt über den werksleistung ersetzen, fiel die Leistung
Folgeartikels sein [21]. gesamten Jahresverlauf große Fluktuatio des Offshore-Windparks im Jahr 2016 in
Am Jahresende 2010 verfügte der deutsche nen, die in vielen Stunden bei Onshore- 256 der 8.784 Stunden auf 1 % seiner
Windpark über eine kumulierte installierte und Offshore-Windenergie simultan auf Nennleistung oder weniger ab (2015: 290
Nennleistung PN von knapp 27.000 MW treten. Darüber hinaus sind ausgeprägte Stunden). Solche Schwachwindphasen
[18]. Davon entfielen 99,7 % auf Wind Schwachwindphasen erkennbar, in denen traten im letzten Jahr somit durchschnitt
energieanlagen an Land (onshore) und der Leistungsoutput des Windparks rapide lich fünfmal pro Woche auf, ein für den
0,3 % auf Windenergieanlagen auf dem bis auf wenige Prozent der installierten Ausbau der Offshore-Windenergie wichti
Meer (offshore). Nennleistung zurückfällt. ger Umstand, denn ansonsten wären die
Windturbinen kaum auf See zu errichten.
Bei ausgeprägten Flauten im Juni und De
zember 2016 sank die Leistung des Off
Stundenwerte
35.000 shore-Windparks zeitweise sogar bis auf
Windenergie an Land (onshore) und auf See (offshore) 0 MW ab. Im Jahr 2015 hatte es ähnliche
Flauten im Januar und August gegeben.
30.000
Das belegt, dass Schwachwindphasen
ganzjährig auftreten können, sowohl an
25.000 Land als auch auf dem Meer.
Die permanent verfügbare Offshore-Leis
20.000 tung lag somit in den letzten zwei Jahren
Leistung in MW
jeweils bei 0 MW. Offshore-Windenergie
lieferte keinen Beitrag zur gesicherten
15.000 Leistung und benötigte praktisch ein
100 %-Backup durch konventionelle Kraft
10.000 werke.
In den Wintermonaten sind erfahrungsge
5.000 mäß die höchsten Leistungswerte zu beob
achten. Das Leistungsmaximum PMax des
gesamten deutschen Windparks von
0 33.834 MW trat im Februar 2016 auf und
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
35.000 erreichte umgerechnet knapp 75 % der
Onshore-Windenergie zum Jahresanfang installierten Nennleis
Offshore-Windenergie
tung. Ähnlich hohe Leistungswerte über
30.000
mehrere aufeinanderfolgende Stunden
waren auch im November und Dezember
25.000 2016 zu verzeichnen.
Aus der im B i l d 1 dargestellten Zeitreihe
20.000 der stündlichen Leistungswerte des deut
Leistung in MW
schen Windparks ergibt sich eine aufsum
mierte Jahresproduktion von 76,9 TWh.
15.000
Im Vergleich dazu weist die Arbeitsgemein
schaft Energiebilanzen für die deutsche
10.000 Stromerzeugung aus Windenergie einen
Jahreswert von 77,4 TWh aus [2]. Die Jah
reswerte weichen nur um 0,6 % voneinan
5.000
der ab und sind somit plausibel.
Im B i l d 2 sind relevante Kennzahlen für
0
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez die Entwicklung der Windenergie in
Deutschland im Zeitraum von 2010 bis
Jahr 2016 Quelle: ENTSO-E 2016 dargestellt.
Demnach hat sich die kumulierte instal
Bild 1. Z
eitreihen der Stromproduktion 2016 aus Windenergie in Deutschland (oben) sowie der lierte Nennleistung des deutschen Wind
auf Windenergie an Land und auf dem Meer entfallenen Leistungsbeiträge (unten). parks von 26.903 MW am Jahresende 2010
69
Windenergie in Deutschland und Europa − Teil 1 VGB PowerTech 6 l 2017
bis zum Jahresende 2016 fast verdoppelt.
Anlagenzahl zum Jahresende (gerundet) Viertelstundenwerte
Die Anzahl der Windenergieanlagen, je 60.000
21.600 WEA 22.300 WEA 23.000 WEA 23.800 WEA 25.100 WEA 26.800 WEA 28.200 WEA
weils zum Jahresende und gerundet, er
55.000
höhte sich zeitgleich von 21.600 auf 28.200
Aggregate. 50.000
Die durchschnittliche Nennleistung jeder 45.000
neu zugebauten Onshore-Windenergiean Nennleistung PN
40.000
lage lag im Jahr 2010 bei 2,0 MW. Bis zum
Jahr 2016 erhöhte sich dieser Durch 35.000
Leistung in MW
schnittswert auf 2,8 MW (Offshore-Wind 30.000
Maximum PMax
energie: 5,2 MW pro Anlage).
25.000
Neben der kumulierten installierten Nenn
leistung des deutschen Windparks sind im 20.000
B i l d 2 jährliche Maxima PMax, Minima 15.000
PMin und arithmetische Mittelwerte Pµ der Mittelwert Pµ
10.000
Zeitreihen der elektrischen Leistung des
Minimum PMin
deutschen Windparks (Viertelstunden 5.000
werte) ausgewiesen. 0
Zunächst fällt auf, dass die aufsummierte 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Leistung der Windenergieanlagen in WEA: Windenergieanlagen Jahr Quellen: BMWi, BWE, ÜNB
Deutschland in den letzten sieben Jahren
durchweg jährliche Maxima unterhalb der Bild 2. Kennzahlen zur Windenergienutzung in Deutschland von 2010 bis 2016.
Anlagenauslegung im Bereich von knapp
68 bis 81 % der kumulierten Nennleistung über dem Vorjahreswert auf 8.852 MW zu Bei den vorherigen Betrachtungen sind
erreichte. verzeichnen. Der sprunghafte Anstieg ist zwei Einflussfaktoren gemeinsam berück
Die Differenz zwischen Nennleistung und auf das sehr gute Windjahr mit einem über sichtigt: Das Winddargebot und der Net
jährlichem Maximalwert hat offenkundig durchschnittlichen Winddargebot zurück tozubau von Windenergieanlagen über
mit dem Ausbau zugenommen. Die Ursa zuführen [4]: Im November und Dezember den Jahresverlauf. Die Frage, ob der
chen für diesen Zusammenhang sind uns erreichte die monatliche Stromproduktion sprunghafte Anstieg des Mittelwertes im
nicht bekannt. Möglicherweise sinkt mit zu jeweils neue Allzeithochs jenseits der zu Jahr 2015 plausibel ist, lässt sich bei Nor
nehmender Anzahl deutschlandweit verteil vor noch nie überschrittenen Marke von mierung auf eine repräsentative Nenn
ter Anlagenstandorte die Wahrscheinlich 10 TWh. Darüber hinaus war die Strompro leistung des betreffenden Jahres klären.
keit, dass Höchstwerte zeitgleich deutsch duktion in elf der zwölf Monate des Jahres Das resultierende Verhältnis aus mittlerer
landweit auftreten. Ein weiterer beitragen 2015 höher als im Vorjahr. Leistung zu potenzieller Leistung (Nenn
der Faktor könnte sein, dass Standorte mit Der Mittelwert des Folgejahres 2016 lag mit leistung) wird auch als Ausnutzung ηA
guten Windhöffigkeiten 17) frühzeitig zum 8.769 MW zwar auf vergleichbar hohem Ni bezeichnet. Die Ausnutzung ist dimensi
Zuge kamen und somit nicht mehr für den veau. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass onslos und als Maß für die Anzahl der
weiteren Ausbau zur Verfügung stehen, so in diesem Jahr aufgrund des kontinuierli Jahresstunden zu verstehen, in denen der
dass mehr und mehr auf weniger windhöffi chen Ausbaus des deutschen Windparks Windpark umgerechnet seine Nennleis
ge Standorte zurückzugreifen ist. knapp ein Drittel mehr Nennleistung als im tung erbrachte. Multipliziert mit der An
Jahr 2014 zur Verfügung stand, so dass eher zahl der Jahresstunden 18) ergeben sich
Der arithmetische Mittelwert ist ein Maß
von einem durchschnittlichen Windjahr zu die Volllaststunden 19) des Windparks im
für die jährlich bereitgestellte Energie und
sprechen ist. Die 10-TWh-Marke der monat betreffenden Jahr.
spiegelt die konstante Leistung wider, die
ein Kraftwerk für diese Energie bei kons lichen Windstromproduktion wurde im Ein Vergleich langjähriger Daten zur Aus
tanter Fahrweise über ein Jahr erbringen Jahr 2016 trotz des Nennleistungszuwach nutzung des deutschen Windparks seit
müsste. Definitionsgemäß müssen im Be ses nicht wieder erreicht. dem Jahr 1990 (B i l d 3 ) bestätigt, dass im
trachtungszeitraum alle Leistungsanteile
oberhalb des Mittelwertes (Überschüsse)
23 2.000
aufintegriert dieselbe Energie ergeben wie
die aufintegrierten Leistungsanteile unter 22 1.900
halb des Mittelwertes (Unterdeckung). 21
1.800
Die Mittelwerte der Zeitreihen stiegen im 20
1.700
Zeitraum von 2010 bis 2014 mit durch 19
schnittlich 11 % pro Jahr auf 5.840 MW an. 1.600
18
Für das Jahr 2015 ist dagegen ein nahezu 1.500
Ausnutzung in h/a
17
Ausnutzung in %
fünffach höherer Anstieg von 52 % gegen
16 1.400
15 1.300
14
1.200
17 13
Eignung von Windstandorten für eine hohe 1.100
Energieausbeute. 12
Langjähriger Mittelwert: 16,9 % oder 1.482 Volllaststunden pro Jahr 1.000
18 11
In einem Normaljahr sind es 8.760 Stunden,
10 900
in einem Schaltjahr 8.784 Stunden.
19 9 800
Darunter ist die Anzahl der Stunden in einem 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Jahr zu verstehen, in denen eine Windener
gieanlage mit ihrer installierten Nennleistung Jahr Quelle: BMWi
laufen müsste, um die tatsächlich gelieferte
Jahresenergie exakt zu erbringen. Bild 3. Ausnutzung des deutschen Windparks von 1990 bis 2016.
70
VGB PowerTech 6 l 2017 Windenergie in Deutschland und Europa − Teil 1
Jahr 2015 tatsächlich gute Windbedingun
Europäische Länder: AT, BE, DE, DK, ES, FI, FR, GR, IE, IT, NL, NO, PL, PT, SE, UK
gen herrschten und im Jahr 2016 durch 3.500
schnittliche [18].
Im langjährigen Mittel verzeichnet der 3.000
deutsche Windpark eine Ausnutzung von
16,9 %. Der bisherige Höchstwert von 2.500
21,0 % ist für das Jahr 1993 zu verzeich
nen, gefolgt von 20,5 % im Jahr 2007 und
2.000
Ausnutzung in h/a
20,3 % im Jahr 2008. Die im Jahr 2015 er
reichte Ausnutzung von 19,7 % entspricht
dem viertbesten Wert seit 1990. 1.500
Von 2010 bis 2016 erreichte die Ausnutzung
einen Durchschnittswert von rund 18 %. Die 1.000
Jahresstromproduktion aus dem deutschen Bandbreite europäischer Länder
Windpark erhöhte sich zeitgleich von Deutschland
500
38 TWh auf mehr als 77 TWh [2].
In der statistischen Gesamtschau der Ar
0
beitsgemeinschaft Energiebilanzen
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
(AGEB) zur Bruttostromerzeugung in
Deutschland finden sich für das Jahr 2010
Jahr Quelle: BP Statistical Review of World Energy
lediglich Beiträge aus Windenergieanlagen
an Land (onshore). Sichtbare Beiträge aus
Bild 4. E
ffizienz der Windstromproduktion in Europa von 2000 bis 2016: Bandbreite der
Windenergieanlagen auf dem Meer (off Ausnutzung in Europa und in Deutschland in Volllaststunden pro Jahr.
shore) sind dort erstmals für das Jahr 2013
mit 0,9 TWh ausgewiesen [2]. Weitere Länder Europas wie Finnland liche Veränderungen voranzutreiben, teil
Im zurückliegenden Jahr 2016 lieferte Off (+25 %), Schweden (+23 %), Niederlande weise unter Vernachlässigung anerkannter
shore-Windenergie hierzulande bereits (+21 %) und Polen (+17 %) sowie Öster Kriterien des Arten-, Umwelt- und Natur
mehr als 12 TWh Strom, bei einer Ausnut reich (+16 %) und Belgien (+10 %) errei schutzes und unter Berufung auf eine zu
zung von 33 %. Dies entsprach knapp 2 % chen im Durchschnitt ebenfalls eine höhe stimmende Mehrheit der Bevölkerung zur
der Bruttostromerzeugung in Deutschland re Ausnutzung ihrer Windparks als Umsetzung der Energiewende [23].
von 648 TWh. Deutschland, während die mittlere Aus
Auf dem Meer (Nord- und Ostsee) sind
nutzung des französischen Windparks
Bei der Beantwortung der Frage, welche Winddargebot und Ausnutzung insgesamt
(+4 %) und die des italienischen Wind
Rolle die Windenergie hierzulande künftig besser und Standorte für einen Weiteraus
parks (+2 %) mit der Ausnutzung des
in der Grundversorgung mit elektrischer bau vorhanden. Im Gegensatz zu Deutsch
deutschen Windparks vergleichbar sind.
Energie spielen könnte, lohnt auch ein land erreichen viele andere europäische
Blick auf Europa und die in dieser Studie Im Vorgriff auf den zweiten Teil der VGB- Länder mit ihren Windparks eine deutlich
untersuchten 18 Länder: Dort hat sich die Windstudie 2017 [21] ist erwähnenswert, höhere Ausnutzung. Bei sachlicher Abwä
installierte Nennleistung von insge dass die aus den Zeitreihen für die aufsum gung eines europäischen Windenergieaus
samt rund 83.000 MW am Jahresende mierte elektrische Leistung aus Windener baus und aus Gründen der Kosteneffizienz
2010 bis zum Jahresende 2016 auf rund gie in den obigen europäischen Ländern wären solche europäischen Standorte
152.000 MW ebenfalls nahezu verdoppelt, für das Jahr 2016 abgeleiteten Minimal deutschen eigentlich vorzuziehen.
während sich die jährliche Stromprodukti werte (stündlich) und somit die perma Da in den letzten Jahren in Deutschland
on aus Windenergie ausgehend von rund nent verfügbaren Leistungen gleichzeitig verstärkt Offshore-Windenergieanlagen
148 TWh bis auf 297 TWh mehr als verdop allesamt kleiner als 1,1 % der in diesen Län mit einer Ausnutzung von typischerweise
pelte. Zum Vergleich: Die jährliche Strom dern jeweils installierten Nennleistung wa mehr als 30 % ihren Betrieb aufgenommen
erzeugung in diesen europäischen Ländern ren. Demnach besteht aus Sicht der Versor haben, könnte sich der langjährige Mittel
liegt heute auf einem Niveau von rund gungssicherheit praktisch kein Unterschied wert der Ausnutzung des deutschen Wind
3.200 TWh [20, 22]. Die Windenergie er zu Deutschland. parks beim weiteren Ausbau des Offshore-
reicht damit einen Anteil von rund 10 % an Hinsichtlich einer effizienten Nutzung des Windparks trotz der großen Hebelwirkung
der Stromproduktion dieser Länder. Winddargebotes in Europa ist Deutschland der bereits vorhandenen Onshore-Wind
Im B i l d 4 ist die jeweilige Ausnutzung somit als Windstandort (onshore) nicht energieanlagen künftig erhöhen.
der Windparks ausgewählter europäischer prädestiniert. Da in den letzten Jahrzehn Hinsichtlich des Beitrags der Windenergie
Länder als Bandbreite mit überlagerter ten bereits viele windhöffige Standorte an zur Versorgungssicherheit gibt insbesonde
Ausnutzung des deutschen Windparks dar Land für die Windenergie genutzt wurden, re die Entwicklung der jährlichen Minima
gestellt [20]. stehen in Deutschland heute weniger der Leistungszeitreihen gemäß B i l d 2
Es fällt auf, dass die Ausnutzung des Wind windhöffige Standorte für den weiteren Aufschluss: Diese Werte liegen seit 2010 er
dargebotes in vielen anderen europäischen Ausbau der Windenergie zur Verfügung. staunlicherweise auf unverändert niedri
Ländern signifikant höher ist als in Die Nennleistung des deutschen Wind gem Niveau von durchschnittlich 100 MW,
Deutschland: Die Ausnutzung des deut parks ist indes noch um ein Mehrfaches zu obwohl sich die Nennleistung des deutschen
schen Windparks beträgt im Zeitraum von steigern, wenn das Ziel einer weitgehend Windparks zeitgleich fast verdoppelt hat.
2000 bis 2016 durchschnittlich 1.526 Voll auf regenerativen Energien basierenden Offenbar hat sich die intuitive Erwartung,
laststunden im Jahr. Versorgung Deutschlands mit elektrischer dass der Minimalwert bei einem Ausbau
Der irische Windpark erreicht mit 2.262 h/a Energie erreichbar bleiben soll. Dies könn deutschlandweit verteilter Windenergie
eine um rund 48 % höhere Ausnutzung als te aktuelle Bestrebungen einiger Bundes anlagenstandorte nach dem Motto „irgend
der deutsche Windpark, gefolgt von Groß länder erklären, den Bau von Windenergie wo weht immer Wind“ ansteigt und der
britannien, Norwegen und Dänemark anlagen zunehmend sogar in Wäldern, Ausbau der Windenergienutzung in zuneh
(+45 %), Griechenland (+41 %), Spanien Naherholungs- und Naturschutzgebieten mendem Maße eine Substitution konventi
(+35 %) und Portugal (+33 %). in Betracht zu ziehen und durch baurecht oneller Kraftwerksleistung ermöglicht,
71
Windenergie in Deutschland und Europa − Teil 1 VGB PowerTech 6 l 2017
Nennwindgeschwindigkeit Ausschaltgeschwindigkeit
trizität geeignet und immer auf Komple
mentärtechnologien angewiesen, die im
2,5
Nennleistung Bedarfsfall kurzfristig als Backup ein
springen können müssen („Feuerwehr
funktion“).
2,0 Eine technische Ursache für das seit Jahren
unverändert niedrige Niveau der Minimal
Elektrische Leistung P in MW
werte der elektrischen Leistungsabgabe
1,5
könnte die Schwachlastfähigkeit heutiger
auf maximale Energieausbeute ausgelegter
Windenergieanlagen sein (B i l d 5 ): De
P~v
3 Volllast
ren Rotoren nehmen erst bei Windge
1,0 schwindigkeiten von ca. 2 bis 4 m/s Fahrt
Teillast
auf (Einschaltgeschwindigkeit).
Die Leistungsabgabe bei kleinen Windge
0,5 schwindigkeiten ist außerdem nicht pro
portional zur installierten Nennleistung.
Im Teillastbereich steigt die Leistungsabga
0,0 be einer modernen Windenergieanlage an
nähernd proportional zur dritten Potenz
0 5 10 15 20 25
der Windgeschwindigkeit an. Bei verdop
Einschaltgeschwindigkeit Windgeschwindigkeit v in m/s pelter Windgeschwindigkeit verachtfacht
sich die Leistung und bei halbierter Wind
Bild 5. Typische Kennlinie einer modernen Windenergieanlage.
geschwindigkeit fällt sie auf ein Achtel des
vorherigen Wertes zurück.
nicht erfüllt: Der Ausbau in den letzten sie höchstlast in Deutschland für den deut
ben Jahren hat konventionelle Kraftwerks schen Windpark trotz des deutlichen Zu Mit dem Erreichen und Überschreiten der
leistung von etwa 100 MW ersetzt. Zum baus von einer Nichtverfügbarkeit von un Nennwindgeschwindigkeit liefert die Anla
Vergleich: Im Jahr 2015 trat die Jahres verändert 99 % ausgehen [24]. ge dann solange ihre installierte Nennleis
höchstlast am 24. November um 17:30 Uhr tung auf konstantem Niveau, bis die Aus
Darüber hinaus finden sich im Leistungsbi
auf und betrug 78.200 MW [24]. schaltgeschwindigkeit erreicht wird.
lanzbericht 2015 ergänzende Aussagen,
Die permanent verfügbare (gesicherte) dass für die Nachfrage (Last) in den Län Neben dieser technischen Ursache für das
Leistung des deutschen Windparks lag da dern Europas aufgrund der Gleichzeitig niedrige Niveau der Minimalwerte dürften
mit immer deutlich unter einem Prozent keit ein positiver länderübergreifender auch Aspekte der Energiemeteorologie
seiner Nennleistung oder anders ausge Ausgleichseffekt zum kritischsten Zeit eine Rolle spielen. Die Energiemeteorolo
drückt: Im jedem Jahr gab es immer min punkt des Jahres nachweislich nicht sicher gie widmet sich unter anderem der Be
destens eine Viertelstunde, in der mehr als gegeben sei. Die übertragbare Leistung schreibung und Modellierung der raum
99 % der Nennleistung des deutschen zwischen einzelnen Ländern sei nicht be zeitlichen Charakteristik und statistischen
Windparks nicht verfügbar waren und liebig hoch und sinke an manchen Grenzen Verteilung von Windfeldern. Vor diesem
praktisch ein Bedarf an 100 % planbarer mit steigender Last oder hoher Wind Hintergrund kommen auch statistische Be
Backup-Leistung herrschte. Dies findet stromeinspeisung. trachtungen für eine Erklärung der Mini
sich durchgängig auch in den Berichten Vor dem Hintergrund des heute schon er malwerte in Frage: Ein Blick auf die Häu
der deutschen Übertragungsnetzbetreiber reichten hohen Ausbauniveaus ist Wind figkeitsverteilung bzw. Wahrscheinlich
energie allein nicht für eine zuverlässige keitsdichte 20) der Leistung des deutschen
zu den Leistungsbilanzen von 2012 bis
Grundversorgung Deutschlands mit Elek- Windparks im Jahr 2016 (B i l d 6 ) belegt,
2016 wieder, die zum Zeitpunkt der Jahres
dass keine Normalverteilung vorliegt und
geringe Leistungen offensichtlich wesent
μ-σ μ μ+σ Viertelstundenwerte
lich häufiger auftreten als hohe Leistungen.
10
σ σ Bei der statistischen Bewertung von Zu
9 Realdaten 2016 fallsvariablen (hier: viertelstündliche Leis
μ = 8.769 MW tungswerte) spielen der arithmetische Mit
8 σ = 6.854 MW telwert µ (Erwartungswert) und die Stan
dardabweichung σ als Maß für die Breite
7
der Häufigkeitsverteilung der betrachteten
Relative Häufigkeit in % (PDF)
6 Zufallszahlen eine Rolle.
Aus der Leistungszeitreihe des deutschen
5
Windparks im Jahr 2016 (Viertelstunden
4 werte) ergeben sich ein arithmetischer
Mittelwert von 8.769 MW und eine Stan
3 dardabweichung von 6.854 MW. Aus der
2
Häufigkeitsverteilung der elektrischen
Leistung des deutschen Windparks für das
1 Jahr 2016 (B i l d 6 ) lassen sich kumulierte
Eintrittswahrscheinlichkeiten von 60 % für
0
Leistungen unterhalb des Mittelwertes ab
0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000
leiten und von 40 % für Leistungen ober
PDF: Probability density function Leistung in MW Quelle: ENTSO-E halb des Mittelwertes. Darüber hinaus be
20 Probability density function
Bild 6. Häufigkeitsverteilung der Leistung des deutschen Windparks im Jahr 2016.
72
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