Die Herausforderung der Dunkelflaute: Lösungen für ein stabiles Energiesystem.
Die Dunkelflaute ist eine immense Herausforderung für die Energiewende. Was ist die Dunkelflaute genau? Und wie lässt sie sich überwinden?
Dunkelflaute: Wenn der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint
Die Dunkelflaute beschreibt einen Zeitraum, in dem weder Solarstrom noch Windenergie zur Verfügung steht. Diese oft mehrtägigen Phasen sind Wolken verhangen und es herrscht Windstille – das bedeutet eine fehlende Stromproduktion aus regenerativen Energien, die die Energiewende sonst stützen.
Diese meteorologisch bedingten Schwankungen stellen eine zentrale Herausforderung dar, da sie die Versorgungssicherheit gefährden. Eine sichere Stromversorgung ohne konventionelle Energiequellen in solchen Situationen setzt daher zuverlässige Alternativen voraus.
Energiespeicher als zentrales Element in der Dunkelflaute
Energiespeicher für erneuerbare Energien gelten als Schlüssel zur Bewältigung von Dunkelflauten. Sie übernehmen die Funktion einer Pufferlösung und können überschüssige Energie bei hoher Produktion speichern, um sie bei Bedarf wieder freizugeben. So wie eine Photovoltaik-Anlage mit Speicher im Privathaushalt die tagsüber produzierte Energie zum späteren Eigenverbrauch bereithält, können Energiespeicher auch im großen Stil eingesetzt werden. Dabei kommen jedoch verschiedene Technologien zum Einsatz:
- Batteriespeicher: Sie bieten eine schnelle Einspeisung, sind jedoch in der Kapazität begrenzt und vergleichsweise kostspielig.
- Pumpspeicherkraftwerke: Seit Jahrzehnten bewährt, speichern diese Kraftwerke überschüssige Energie durch das Hochpumpen von Wasser, das bei Bedarf durch Generatoren wieder in Strom umgewandelt wird.
- Power-to-Gas (P2G): Durch die Umwandlung von überschüssigem Strom in Wasserstoff oder Methan lässt sich Energie für längere Zeiträume speichern. Diese Technologie ist noch im Ausbau, aber für Langzeitspeicherung in der Dunkelflaute vielversprechend.
Auch innovative Forschung setzt an der Entwicklung neuer Speichertechnologien an, etwa an thermischen Speichern und Power-to-Liquid-Verfahren, um fossile Brennstoffe in Dunkelflauten vollständig zu ersetzen.
Flexible Netze und intelligente Steuerung
Neben der Energiespeicherung gewinnt das Thema der intelligenten Stromnetzsteuerung zunehmend an Bedeutung. Smart Grids – intelligente Stromnetze – regulieren die Nachfrage dynamisch. In der Dunkelflaute können sie Verbraucher steuern und so die Netzstabilität sichern.
Gleichzeitig ermöglichen Smart Grids, lokal erzeugte Energie schnell und gezielt dorthin zu leiten, wo sie benötigt wird. In diesem Netzwerk spielen auch private Photovoltaik-Anlagen und lokale Speicher eine Rolle, da sie zur Stabilisierung des regionalen Stromnetzes beitragen können.
Reservekraftwerke: Fossile Energie als Übergangslösung?
Noch kommen in Dunkelflauten oft fossile Energieträger wie Öl oder Kohle zum Einsatz, um den kurzfristigen Bedarf zu decken. Diese Reservekraftwerke werden als flexible Backup-Systeme eingesetzt. Langfristig jedoch sollen erneuerbare Energien die fossilen Kraftwerke vollständig ersetzen, sobald genug Speicher- und Netzkapazitäten ausgebaut sind. Temporäre Lösungen, wie die Bioenergie-Nutzung oder synthetische grüne Gase, die mit Hilfe von erneuerbaren Energien erzeugt werden, könnten diese Übergangsphase unterstützen.
Was der Ausbau der Infrastruktur zur Bewältigung beiträgt
Um die Dunkelflaute zu überwinden, muss die Infrastruktur der erneuerbaren Energien nicht nur in Deutschland, sondern in ganz Europa kontinuierlich wachsen. Der grenzüberschreitende Energieaustausch über große Entfernungen hilft dabei, Engpässe auszugleichen.
Verbundsysteme in Europa könnten hier für Versorgungssicherheit sorgen, indem Regionen mit hohem Wind- oder Solaraufkommen Energie in andere Regionen exportieren. Mit dem Ausbau solcher europäischen Netzwerke lässt sich die Auswirkung der Dunkelflaute auf das gesamte Stromsystem minimieren.
Deutschland hat hier bereits ein großes Engagement in Form von Hochspannungsleitungen quer durch das Land gezeigt. Doch der Ausbau muss weiter forciert werden, um eine stabile Versorgung auch in den Wintermonaten, wenn die Dunkelflaute häufiger auftritt, gewährleisten zu können.
Forschung und Entwicklung: Neue Ansätze gegen die Dunkelflaute
Die Forschung arbeitet an neuen Technologien, die den Herausforderungen der Dunkelflaute begegnen sollen. Ein Beispiel ist die Entwicklung von Hochtemperatur-Solarzellen, die auch bei weniger Sonneneinstrahlung leistungsstark bleiben und so auch an bewölkten Tagen Energie erzeugen.
Weitere interessante Entwicklungen betreffen thermische Speichersysteme, die Wärmeenergie in Form von geschmolzenem Salz oder anderen Substanzen speichern und bei Bedarf Strom erzeugen können. Auch innovative Projekte wie der Einsatz von Schwungradspeichern, die durch Rotation Energie speichern, bieten Lösungen für kurzzeitige Versorgungsausfälle.
Die Zukunft der Energieversorgung in Zeiten der Dunkelflaute
Die Dunkelflaute stellt eine der größten Herausforderungen für die Energiewende dar. Um den vollständigen Ausstieg aus fossilen Energieträgern zu erreichen, ist eine Kombination aus Energiespeicherung, Netzausbau, Sektorenkopplung und intelligenter Steuerung notwendig. Langfristig wird es entscheidend sein, Speicherkapazitäten weiter auszubauen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.
Häufig gestellte Fragen zur Dunkelflaute
Welche Rolle spielen Batteriespeicher in der Dunkelflaute?
Batteriespeicher sind eine Option, um Energie kurzzeitig zu puffern. Allerdings sind sie für längere Dunkelflauten aufgrund hoher Kosten und geringer Kapazität bisher weniger geeignet.
Warum sind fossile Energien in Dunkelflauten noch im Einsatz?
Aktuell dienen fossile Energien in Dunkelflauten als Backup-Systeme, bis genug erneuerbare Speicherlösungen zur Verfügung stehen, um Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
Welche alternativen Speicherformen gibt es zur Überwindung der Dunkelflaute?
Zu den Alternativen zählen Pumpspeicherkraftwerke, Power-to-Gas und thermische Speicher, die sich besonders für längere Speicherphasen eignen.