Das Stromnetz der Zukunft soll zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien bedient werden. Grundlastkraftwerke hätten darin keinen Platz. Doch es gibt begründete Zweifel, ob das geht.
Werden die deutschen Grundlastkraftwerke durch Atom- und Kohleausstieg abgeschaltet, müsste die Netzstabilität mit Importen gehalten werden, unter anderem mit Energie aus Steinkohle - hier ein Lager in Stettin.
Frank Urbansky
Derzeit sorgen Grundlastkraftwerke für die Absicherung des Grundbedarfs und die sichere Frequenz im zentralisierten Stromnetz in Deutschland. "Die mittlere Grundlast ist inzwischen auf ca. 30 GW, ca. 37 % der Spitzenlast, abgesunken. Die Braunkohle- und Kernkraftkraftwerke als Grundlastkraftwerke werden zunehmend durch die zeitlich schwankenden erneuerbaren Energieträger ersetzt", zeigt Springer-Autor Franz Joos in seinem Buchkapitel Die Energiewende – Handicap oder Chance? ab Seite 105 die derzeit nötige Kapazität auf und weist den Weg in die Zukunft, die ohne Grundlastkraftwerke auskommen soll.
Grundlast beschreibt dabei den andauernd benötigten Teil der elektrischen Leistung in einem Versorgungsgebiet. Streng genommen kann man damit die maximale Leistung meinen, die etwa nachts um drei Uhr zur Verfügung stehen muss – also dann, wenn die wenigsten Verbraucher eingeschaltet sind. Kommen mehr Verbraucher hinzu, etwa tagsüber, kommt man in den Bereich der Mittel- und Spitzenlast. Letztere tritt bis maximal 1.000 Stunden im Jahr auf.
Im besten Fall rund um die Uhr günstig
Die Grundlast in Deutschland wurde bisher vor allem mittels Kohle- und Kernkraft abgedeckt – mit Leistungen je Kraftwerksblock von etwa 1 GW. Kleinere Gaskraftwerke auf regionaler Ebene mit einer Leistung von 150 bis 500 MW dienen eher der Mittellastabdeckung. Da Grundlastkraftwerke stündig eine gewisse Leistung abdecken müssen, können sie rund um die Uhr laufen (sie haben also meist deutlich mehr als 5.000 Jahresarbeitsstunden) und müssen nicht sehr flexibel sein. Dafür sollten sie immer auf die günstigsten, aber auch ständig verfügbaren Energieträger zurückgreifen können.
Zudem arbeiten die Generatoren in solchen Kraftwerken mit einer Umdrehungszahl von 3.000 je Minute. Das wiederum erzeugt die nötige Netzfrequenz von 50 Hz quasi nebenbei. Ohne Grundlastkraftwerke müsste die Frequenz, deren Stromleistungsbedarf auf gut 170 MW geschätzt wird, anders gesichert werden. Das wäre etwa durch große Stromspeicher oder flexibel einspringende Gasturbinen möglich.
Mit dem ab nächstem Jahr komplett vollzogenen Atomausstieg und den durch die neue Bundesregierung auf 2030 vorgezogenen Kohleausstieg muss dafür jedoch Ersatz her. Der könnte in neuen Gaskraftwerken liegen. Doch die müssten im Zuge der Dekarbonisierung ebenfalls und spätestens 2045 stillgelegt oder mit grünem Wasserstoff betrieben werden. Doch dessen Potenziale sind zu gering, er ist zu teuer und scheidet damit als Erzeuger einer möglichst billigen Energieform für die Grundlast aus. Zudem wäre es widersinnig, grünen Strom, den man ja auch direkt verwenden könnte, über den ineffizienten Umweg der Wasserstoffherstellung wieder zu verstromen.
Deswegen werden aktuell andere Wege diskutiert. Einer wäre, die benötigte Leistung der Grundlastkraftwerke in die Mittellast zu schieben. Das wiederum käme dem – dann allerdings dauerhaften und deutlich längerfristigen – Betrieb von Gaskraftwerken entgegen.
Residuallast ersetzt Grundlast
Eine weitere Lösung läge in der Ausweitung der Residuallast, bis keine Grundlast mehr nötig wäre. Residuallast ist die Differenz zwischen benötigter Leistung und von nicht steuerbaren Kraftwerken erbrachter Leistung – also das, was Wind- und Solaranergie ins Netz einspeisen. Wasserkraft und Strom aus Biomasse gehören nicht dazu, da sie grundlastfähig wären, ihre Potenziale in Deutschland jedoch begrenzt sind.
Wenn man nun die Residuallast, etwa durch den Ausbau von Wind- und Solarkraftwerken, soweit erhöhen könnte, dass der komplette Bedarf der Grundlast mit abgedeckt würde (was ja die neue Bundesregierung auch vorantreiben möchte), hätte man eine ausreichende Vollversorgung durch erneuerbare Energien. Dabei müsste das Netz mit zusätzlichen Stromspeichern und intelligentem Netzmanagement stabil gehalten werden.
Doch ein Problem bleibt: Der Teil, der vorher mit Grundlastkraftwerken abgedeckt wurde, müsste gesichert sein, es müsste also genug Strom da sein. Das Potenzial etwa von Pumpspeicherkraftwerken (wie sie etwa in der Schweiz oder in Norwegen zur Netzstabilisierung beitragen), ist hierzulande mit 7 GW zu gering und nicht weiter ausbaubar. Für Laufwasserkraftwerke gilt ähnliches. Ihre Leistung geht zudem seit Jahren zurück. Biomasse in der Stromerzeugung wird auf maximal 11 GW geschätzt. Und Stromspeicher in der Größenordnung, also Batterien, wären nicht vorstellbar, weil einfach zu teuer.
Ohne Importe geht es nicht
Helfen könnten Stromimporte und -exporte, die bei einem Überschuss von Wind und Sonne ja schon heute praktiziert werden. Doch es ist vollkommen klar, wie sich die Stromimporte ausdehnen würden, da sie immer netznah erfolgen müssten. Im Westen kämen diese aus Frankreich mit einem Anteil von 70 Prozent Atomstrom. Im Osten und Südosten wäre die Hauptlieferanten Polen (75 Prozent Braun- und Steinkohlestrom) und Tschechien (25 Prozent Atomstrom mit weiteren Ausbauplänen, knapp 50 Prozent Kohlestrom). Nur im Süden stände mit Österreich ein Partner zur Verfügung, der seinen Strom zu 75 Prozent aus erneuerbaren Energien erzeugt. Setzt sich Frankreich zudem durch und wird Atomstrom durch die EU als grün eingestuft, dürfte sich der Anteil am Atomstrom bei den deutschen Stromimporten in den kommenden Jahrzehnten erhöhen und verstetigen.
Weitaus wahrscheinlicher ist deswegen der Einsatz von Gaskraftwerken für eine sich verringernde, aber eben nicht ganz verschwindende Grundlastsicherung. Eine Simulation des Fraunhofer-Instituts für Windenergiesysteme IWES für Agora Energiewende ergibt für 2033 nach dem Leitszenario des Netzentwicklungsplans 2013 eine über 6.000 Stunden im Jahr bestehende „residuale Grundlast“ von etwa 8 GW in Deutschland. Und diese müsste teils mit Wasserkraft und Biomasse, aber eben wohl auch mit Gaskraftwerken gedeckt werden.
Zur Absicherung eines solchen Konstrukts wären dennoch Speicher nötig. "Durch den Einsatz von Speichern erfolgt eine teilweise Entkopplung der Stromerzeugung vom Stromverbrauch. Sowohl wirtschaftlich als auch unter technischen Gesichtspunkten ist es vorteilhaft, wenn kurzzeitig auftretende Spitzen der Residuallast durch Speicher gedeckt werden können. Dadurch kann der Einsatz kostenintensiver Spitzenlastkraftwerke sowie der energetisch ungünstige Teillastbetrieb von Mittellastkraftwerken reduziert werden", beschreiben die Springer-Vieweg-Autoren Richard Zahoransky und Hans-Josef Allelein in ihrem Buchkapitel Energiespeicherung auf Seite 527 eine entsprechende Einbindung und deren Wirkung.