Es gibt in Deutschland bereits seit langem, lange bevor von einer Energiewende die Rede war, die regenerative Erzeugung nutzbarer Energie mittels Wasserkraft und Biomasse. Während Wasserkraft heute ausschließlich elektrische Energie erzeugt, wird die Energie, die in Biomasse steckt, in vielfältiger Weise nutz- und verfügbar gemacht. Neben der Herstellung elektrischer Energie wird Biomasse vor allem in Form von Wärme und als Kraftstoff im Verkehrssektor verwendet. Das folgende Diagramm zeigt, dass Biomasse den größten Anteil an der Nutzbarmachung regenerativer Energie hat. Weil mit der Energiewende von den meisten Menschen eine „Stromwende“ verbunden wird, liegt „Biomasse nicht so stark im Fokus. Im Bereich Strom belegt Biomasse lediglich einen Anteil von 9%

Abbildung 1: Quelle

Wasserkraft wird praktisch ausschließlich zur Stromerzeugung genutzt und hat dort einen Anteil von 4%. Die Geomorphologie Deutschlands lässt einen Ausbau von Laufwasseranlagen nicht zu, so dass der prozentuale Anteil der Stromerzeugung mit dem weiteren Ausbau der Erneuerbaren immer kleiner werden wird. Ähnliches gilt auch für den Anteil der Biomasse. Eine erhebliche Steigerung der Erzeugung nutzbarer Energie aus Biomasse erscheint wegen der „Teller oder Tank“ – Frage wenig wahrscheinlich, so dass der Zubau von Windkraft- und PV-Anlagen prozentual immer mehr zu Buche schlagen wird.  Das nächste Diagramm belegt den „Stillstand des Ausbaus“ von Wasserkraft- und Biomasseanlagen aufgrund der nahezu gleichbleibenden Stromerzeugung über Jahre.

Abbildung 2: Quelle Seite 10

Warum der Einstieg mit Biomasse und Wasserkraft?

 
Mit diesen Formen der regenerativen Energieerzeugung ist eine im Strombereich grundlastfähige Bereitstellung elektrischer Energie möglich. Die Erzeugung nutzbarer Energie kann nach Bedarf ziemlich genau gesteuert werden. Es wäre sogar möglich, mehr Biomasse im Bereich elektrischer Energieerzeugung zu verwenden. Dann allerdings müsste die zum Beispiel im Wärmebereich fehlende, weil für Strom ´abgezwackte` Biomasse wiederum fossil ersetzt werden. Es wäre ein CO2-Nullsummenspiel.

Regenerativ erzeugte elektrische Energie per Wind- und Solarkraft

 
Diese Formen der Energiebereitstellung, der Stromerzeugung sind nicht grundlastfähig, weil der Mensch praktisch keinen Einfluss auf den Energieträger „Wetter“ hat. Es gibt allerdings   natürliche Gegebenheiten, die Meteorologie und Erfahrungswerte, die auf der einen Seite das Geschehen um Wind und Solar kalkulierbar machen, auf der anderen Seite aber unabänderlich sind. Dazu gehört die Tatsache, dass sich ein Bezugspunkt auf der Erde in 24 Stunden in die Sonnenstrahlung hinein- und hinausdreht. Wie lange dieser Vorgang dauert, hängt von der Jahreszeit ab, in der sich der Bezugspunkt aktuell befindet. Diese wiederum wird durch die Lage des Bezugspunktes bestimmt. Deutschland – unser Bezugspunkt – liegt auf der Nordhalbkugel der Erde. Im Herbst/Winter ist die Sonnenscheindauer fallend/steigend kurz, im Frühjahr/Sommer ist sie steigend/fallend lang. In der Summe scheint die Sonne von den 24 Stunden eines Tages 12 Stunden lang in Richtung Bezugspunkt, auf Deutschland. Warum nur „in Richtung“? Weil insbesondere eine eventuell vorhandene mehr oder weniger starke Bewölkung die Sonnenstrahlen daran hindert, den Erdboden/die Solarpaneele in Gänze zu erreichen. Die Wahrscheinlichkeit, dass im Herbst/Winter eine ohnehin tiefer als im Sommer stehende Sonne die Solarpaneele kräftig bestrahlt, weil noch ein wolkenfreier Himmel hinzukommt, ist recht selten. Viel öfter ist das Wetter trübe und  zusätzlich windig. Im Sommer hingegen ist das Wetter beim Bezugspunkt Deutschland öfter „schön“, der Wind weht nur schwach und die Solarpaneele wird dank weniger Wolken kräftig bis sehr stark bestrahlt.

Abbildung 3: Quelle Roter Trennungsstrich 21.3.2024 wurde von enexion eingefügt

Der Chart oben ist eine Komplettansicht vom 21.3.2023 bis 2.6.2024 über die Windkraft- und PV-Stromerzeugung sowie über die Stromerzeugung per Biomasse und Wasserkraft. Das grüne und violette Band am unteren Rand des Charts belegen die Gleichmäßigkeit dieser Formen der regenerativen Stromerzeugung. Aber eben auch die geringe und prozentual wahrscheinlich sinkende Menge Strom, die auf diese Art und Weise regenerativ erzeugt wird.

Im Zeitraum vom 21.3.2023 bis zum 2.6.2023 werden zwei 2 TWh PV-Strom weniger erzeugt als im gleichen Zeitraum 2024.  Der Stromzuwachs ist in erster Linie dem starken Zubau von PV-Anlagen in Deutschland des Jahres 2023 zu verdanken.

Abbildung 4: Quelle Seite 9

Die Besonderheit von PV-Strom liegt in der naturgemäß ungleichmäßigen, gleichwohl bekannten Verteilung über den Tagesverlauf. Während in der Nacht kein PV-Strom erzeugt wird, fällt der Hauptanteil dieses Stroms in den wenigen Stunden über die Mittagsspitze an. Beispiel:  Ein Werktag mit 63,3 GW Bedarf an elektrischer Energie um 13:00 Uhr Sommerzeit. Die Sonne steht im Zenit.

Abbildung 5: Quelle

Per Windkraft werden on- und offshore 17,2 GW erzeugt, Biomasse und Wasserkraft bringen um 13:00 Uhr Sommerzeit 6,0 GW Strom auf die Stromwaage. Der Anteil PV-Strom liegt um diese Zeit bei 46,5 GW. Hinzu kommt noch der konventionelle Stromanteil, der zwar nicht zur Bedarfsdeckung benötigt wird, aber zwecks Stabilisierung des Stromnetzes unabdingbar ist. Insgesamt wird um 13 Uhr der Strombedarf in Deutschland um 21,6% überschritten, was einen negativen Strompreis

(-43,0€/MWh) zur Folge hat, und den Stromkunden in dieser einen Stunde 544.810 € kostet. Die regenerative Stromerzeugung über Bedarf begann etwa um 10:20 Uhr und endete um kurz nach 16:00 Uhr. Genau zu diesen Zeitpunkten begann und endete die Negativpreisphase. Wenn wegen Feiertagen oder Wochenende der Bedarf ohnehin gering ist, verschärft sich die Lage bei Erzeugung hoher PV-Strommengen erheblich. Beispiel der 1. Mai 2024. An diesem sonnigen Feiertag wird die Deckung des Strombedarfs zeitweise fast allein durch PV-Strom gedeckt. Der Preis fiel entsprechend in den Negativbereich. Es mussten 120€/MWh den europäischen Abnehmern des überschüssigen Stroms mitgegeben werden. Sogar, wenn die Windstromerzeugung praktisch gegen Null geht, kann eine starke PV-Stromerzeugung den Preis auf die Null€-Linie und darunter drücken. Beispiel ist der 9.Mai 2024. Selbstverständlich machen sich die Verbände der Betreiber regenerativer Stromerzeuger Gedanken zur Lösung des Problems. Der Bundesverband Erneuerbare Energie e.V. hat am 10. Mai ein Papier herausgegeben, das sich intensiv mit den negativen Strompreisen, die durch die starke Konzentration der PV-Stromerzeugung auf die Mittagszeit und einer Änderung des Förderungsmechanismus beschäftigt. Die dort angedachte Umstellung der aktuellen zeitlichen Förderung auf eine zeitlich unabhängige Mengenförderung verschiebt das Kostenrisiko komplett auf Steuerzahler und Stromkunden. Denn der muss die einem negativen Strompreis innewohnende Vergütung für die Stromabnahme immer tragen.

Schwer kalkulierbare Windkraft

 
Die alleinige Betrachtung der Windstromerzeugung belegt die Schwankungsbreite, die Volatilität.

Abbildung 6: Quelle Abtrennungen und Bezeichnung der Jahreszeiten durch enexion

Die Unkalkulierbarkeit des Windaufkommens zu einem bestimmten Zeitpunkt ist offensichtlich. Ebenfalls ist es eine Tatsache, dass der Wind nicht nur im Frühling/Sommer, sondern auch im Herbst/Winter Phasen sehr geringe Stärkephasen, Einbrüche des Windaufkommens hat. Unstreitig ist, dass die Windstromerzeugung im Herbst/Winter erheblich stärker ist als im Frühling/Sommer. Genau umgekehrt ist es bei der PV-Stromerzeugung, wie dieser Chart und dieser  Vergleich belegen. Dadurch, dass die hauptsächliche und stärkste PV-Stromerzeugung auf lediglich vier bis sechs Stunden des 24-Stundentages beschränkt ist, kommt es in Fällen, insbesondere an Wochenend- und Feiertagen, wo der Strombedarf gering ist, zu keiner Ergänzung der Windkraft- und PV-Stromerzeugung, sondern zu einer kumulativen Übererzeugung von Strom. Was wiederum niedrige oder negative Strompreise zur Folge hat. Denn Speichermöglichkeiten gibt es in ausreichendem Umfang nicht.

Die Betrachtung des Frühjahrszeitraums vom 21.3.2024 bis zum 3.6.2024 belegt das oben gesagte nochmals differenzierter.

Abbildung 7: Quelle

Das gelbe Photovoltaikfeld „schmilzt“ wegen des Umfangs des angezeigten Zeitraumes zusammen. Ein kleinerer Zeitraum dokumentiert die Alltagserfahrung: Die Sonne scheint nur tagsüber.  Die gelben Spitzen in Abbildung 7 sind immer Mittagsspitzen. Fügt man die deutsche konventionelle Erzeugung und die erneuerbare Stromerzeugung mittels Wasserkraft und Biomasse hinzu, ergibt sich dieses Bild.

Abbildung 8: Quelle

Der Bereich bis zur Deckung des Strombereichs bleibt in Abbildung 8 in weiten Teil weiß, was fehlender Strom bedeutet. Stromimporte (rot) sorgen dafür, dass in Deutschland die Lichter nicht ausgehen.

Abbildung 9: Quelle

Zum Schluss noch die Strompreisentwicklung zum betrachteten Zeitraum. Die politisch Verantwortlichen betonen zwar gerne, dass Strom immer dann importiert würde, wenn er günstig sei. Der folgende Chart bestätigt das nicht.

Abbildung 10: Quelle

Die Preiserzählung ist die schöne Geschichte für den Bürger. Die wahre Geschichte ist die Tatsache, dass das das CO2, welches bei der Herstellung des Importstroms in den jeweiligen Ländern anfällt, dem deutschen CO2-Konto nicht angerechnet wird. Und: Die konventionellen Stromerzeuger Deutschlands haben enorme Kostenersparnisse, weil sie keine Ressourcen zwecks Herstellung des fehlenden Stroms einsetzen müssen. Sie bekommen für ihren hergestellten und eingespeisten Strom den gleichen, den hohen Importstrompreis, der allen Stromerzeugern gezahlt wird. Der Markt macht keinen Unterschied zwischen konventionell oder regenerativ erzeugtem Strom. Dort gilt Angebot und Nachfrage. Wenn Deutschland Strom nachfragt, zieht der Strompreis an. Besonders stark zu den Zeiten, an denen der Bedarf im Tagesverlauf hoch und das Angebot gering ist: Am frühen Vormittag und am frühen Abend. Die PV-Stromerzeugung ist zu diesen Zeiten noch schwach oder schon ganz zu Ende, während sie zur Höchstnachfragezeit des Tages, über die Mittagspitze, mittlerweile oft zu hoch ist. Übersteigt das Angebot die Nachfrage, auch wenn diese im Verhältnis hoch ist, fällt der Preis. Mit den bekannten Konsequenzen. Der Chart vom 1.5 bis zum 15.52024 belegt das Prinzip „Angebot, Nachfrage, Zeit und Preis“ eindrucksvoll.

Abbildung 11: Quelle

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