Seite 2: Ladungsabweichung bei Windenergie

Ein idealisierter Speicher würde, von seinem Anfangsladezustand ausgehend, Ladung aufnehmen, wenn ein temporäres Überangebot volatiler Windleistung vorliegt. Ladung müsste entnommen werden, wenn die verfügbare Windleistung nicht ausreicht, um die Nachfrage zu decken. Am Ende des Untersuchungszeitraums in dem genau so viel Energie eingespeist, wie verbraucht worden wäre, hätte der ideale Speicher wieder die gleiche Ladung wie am Anfang. Die Abweichung der Speicherladung vom Anfangs- und Endzustand wird als Ladungsabweichung bezeichnet. Sie kann in Tagesladungen in Bezug auf die im Langzeitdurchschnitt nachgefragte Leistung anschaulich angegeben werden. Mit einer Tagesladung könnte ein Speicher die volle Versorgung für einen Tag mit der im Durchschnitt nachgefragten Last übernehmen, wenn wegen Flaute keine volatile Erzeugung stattfände.

Die in Abbildung 4 beispielhaft erklärte Ladungsabweichung ist besser, als die in Abbildung 1 gezeigte Leistungskurve geeignet, das Einspeiseverhalten volatiler Energieanlagen über einen längeren Zeitraum zu charakterisieren. Die Ladungsabweichung gibt einen deutlichen Hinweis auf den Ausgleichsbedarf, den eine bedarfsgerechte Stromversorgung erfordern würde.

In der Dissertation wurde die Ladungsabweichung der Windenergie über 39 Jahre, von 1970 bis 2008, für alle Länder Europas untersucht. Ein Ergebnis ist in Abbildung 5 wiedergegeben:

Es zeigt sich für alle Länder Europas ein typischer Verlauf. Im Herbst und im Winter nimmt die Ladungsabweichung zu - die Speicher werden aufgeladen, im Frühjahr und im Sommer nimmt die Ladungsabweichung ab - die Speicher werden entleert. Das globale Wettergeschehen sorgt folglich in allen europäischen Ländern für stärkere Winde im Winter als im Sommer. Dieser kontinentale Effekt ließe sich folglich auch durch eine leistungsstarke Vernetzung Europas nicht ausgleichen. Abbildung 5 zeigt auch, dass die einzelnen Windjahre in den Ländern Europas, auch kumuliert, erhebliche Unterschiede aufweisen.

Ladungsabweichung und Benutzungsgrad von Windenergieanlagen

Aus Abbildung 1 geht hervor, dass hohe Windleistungen im Vergleich zur installierten Nennleistung im deutschen Windpark relativ selten vorkommen. Würde man die Windenergieanlagen mit niedrigeren Generatorleistungen ausstatten, dann würde ihr Benutzungsgrad steigen, ohne dass es zu großen Einbußen bei der insgesamt umwandelbaren Windenergie käme. Dieses ginge einher mit einer deutlichen Reduzierung der Ladungsabweichungen.

Der Abbildung 1 kann unschwer entnommen werden, dass das Leitungsnetz bei Windenergieanlagen mit 20% Benutzungsgrad auf die fünffache Leistung ausgelegt sein müsste, um Überschüsse abnehmen zu können, die über der durchschnittlichen Leistung liegen, mit der die Verbraucher dauerhaft versorgt werden könnten. Auch die Einrichtungen zur Aufladung der Speicher müssten, um die Leistungsspitzen aufnehmen zu können, etwa vier Mal höher ausgelegt werden, als diese an Abgabeleistung zur Versorgung bei Flauten benötigen würden. Niedrigere Nennleistungen führen zu höheren Benutzungsgraden von Windenergieanlagen. Auf diese Weise ließe sich ein Gesamtsystem zur bedarfsgerechten Versorgung mit niedrigeren Übertragungs- und Speicherladeleistungen aufbauen.

Ladungsabweichung der Solarenergie

Ebenso wie beim Wind, kann die Ladungsabweichung auch für die Solarenergie bestimmt werden. Hierfür stand über das physikalische Institut der Universität Oldenburg eine europaweite Datenbasis aus Satellitenmessungen von Meteosat über 13 Jahre von 1996 bis 2008 zur Verfügung. Die europäischen Ladungsabweichungen der Solarenergie sind in Abbildung 6 wiedergegeben.

Erwartungsgemäß kann hier ein gegenläufiges Verhalten festgestellt werden. Speicher würden sich im Sommer füllen (Ladungszunahme) und im Winter leeren (Ladungsabnahme). Abbildung 6 zeigt, dass die jährlichen Ladungsabweichungen der Solarenergie in nördlichen Ländern deutlich stärker ausfallen als in den südlichen, was klar auf die größeren Unterschiede in den Tageslängen im Jahresverlauf zurückzuführen ist.