Energie: Welche Auswirkung hat die Dunkelflaute auf die Energiewende?
"Ueber allen Gipfeln/ Ist Ruh',/ In allen Wipfeln/ Spürest Du/ Kaum einen Hauch" , dichtete Johann Wolfgang von Goethe 1780(öffnet im neuen Fenster) . Das kurze Wandrers Nachtlied endet mit der Ansprache, bald werde man sich auch selbst zur Ruhe betten. Heute, in Zeiten der Energiewende, wird manch einem bei dieser Aussicht bange: Kein Wind bei Nacht – wer soll da Ruhe finden?
Dunkelflaute wird das Phänomen genannt, im schlimmsten Fall noch: kalte Dunkelflaute. Damit argumentieren Kritiker der erneuerbaren Energien gegen die Energiewende. Ohne Kohle- oder Atomkraftwerke droht ihrer Ansicht nach bei solchen Wetterlagen ein Stromausfall. Daten von Meteorologen sprechen allerdings dagegen.
Eine Dunkelflaute sei "eine wetter- und jahreszeitbedingte Dunkelheits- und Schwachwindphase mit gleichzeitig erhöhter Nachfrage" , so die Definition des Umweltbundesamts in seiner Klimawirkungs- und Risikoanalyse 2021 für Deutschland(öffnet im neuen Fenster) . Eine Analyse der Wetterdaten aus den Jahren 2006 bis 2016 habe ergeben, dass "der Zeitraum zwischen dem 23. Januar bis 6. Februar [...] besonders anfällig für eine Dunkelflaute" sei.
Fear of the Dark
Temperaturen von unter 0 Grad Celsius, spätestens um 18 Uhr ist es dunkel – und kaum ein Windhauch zu spüren: Wo soll unter solchen Bedingungen der Strom herkommen, der dafür sorgt dass es in der Wohnung behaglich warm und hell ist?
Unter dem Phänomen leiden nicht nur die Nutzer: Wenn sie keinen Strom haben, dann, weil keiner erzeugt wird. Das wiederum bedeutet, dass die Betreiber der Anlagen kein Geld verdienen. Mit den meteorologischen Vorhersagen des Deutsche Wetterdienst (DWD)(öffnet im neuen Fenster) lassen sich Leistungsprognosen erstellen, auf deren Basis die Betreiber ihren Strom an der Leipziger Strombörse anbieten.
Im vergangenen Jahrzehnt habe es eine Reihe großer Forschungsprojekte und damit auch eine enge Zusammenarbeit mit der Energiewirtschaft gegeben, erzählt Vanessa Fundel vom Geschäftsbereich Wettervorhersage des DWD im Gespräch mit Golem.de. Diese Forschungsprojekte hätten sehr geholfen, die Bedürfnisse und Anforderungen der Akteure zu verstehen und die Produkte und Leistungen darauf abzustimmen.
Das gilt nicht nur für die Erzeuger, sondern auch für die Netzbetreiber. Denn das Wetter hat nicht nur Einfluss auf die Erzeugung von Strom durch Wind und Sonne, sondern auch auf Freileitungen und Masten und damit den Stromtransport. Gute Prognosen sind deshalb wichtig.
Doch auch die haben ihre Grenzen: "Es gibt Wetterlagen, die nicht so einfach vorherzusagen sind" , sagt Fundel. "Darunter kann auch eine Dunkelflaute fallen, zum Beispiel wenn es um die Vorhersage strahlungsarmer Tage mit großflächigem Hochnebel geht. Das ist ein Prozess, der nicht so einfach vorherzusagen ist. Da gibt es große Unsicherheiten in der Vorhersage."
Sitzen wir also unvorhersagbar im Dunkeln?
Auswertung von Klimadaten
"Es ist ja unbestritten, dass das Wetter variabel ist. Nachts scheint keine Sonne, wir haben Situationen mit viel und mit wenig Wind" , sagt Fundels Kollege Frank Kaspar aus dem Geschäftsbereich Klima und Umwelt. Aber Dunkelflaute? Tatsächlich gibt es keine klare Definition im Sinne von Schwellenwerten für Windgeschwindigkeit oder Strahlungsmenge, ab denen die Situation kritisch wird.
"Dann wäre es ja einfach: Wir müssten nur auszählen, wie oft das eigentlich vorkommt" , sagt Kaspar. "Ich werde oft das gefragt: Wie oft passiert das denn? Weil es aber keine klare Definition gibt, ab wann es kritisch ist, ist es auch relativ sinnlos, die Angabe einer Anzahl zu ermitteln."
Der DWD beobachtet seit vielen Jahrzehnten das Wetter und kann mit diesen Daten nun auch diesem Phänomen auf den Grund gehen: Satelliten liefern flächendeckende Daten für die bodennahe Strahlung. Beim Wind ist die Datensammlung komplizierter. Das liege auch daran, dass das Messnetz des DWD nicht unbedingt dafür ausgelegt gewesen sei, erzählt Kaspar: Die Masten seien unregelmäßig verteilt und meist nur zehn Meter hoch. Die Naben der Windräder befinden sich jedoch in rund 100 Metern Höhe, wo ganz andere Windverhältnisse herrschen als in Bodennähe.
Es gibt Daten aus mehreren Jahrzehnten
Mit Hilfe numerischer Wettervorhersagemodelle, in die die Beobachtungsdaten eingespeist worden seien, sei es aber möglich gewesen, die Windgeschwindigkeiten in 100 Meter Höhe für mehrere Jahrzehnte nachzuberechnen. "Inzwischen haben wir also Datensätze, die für beide Parameter den Wetterverlauf der letzten Jahrzehnte in guter Qualität realitätsnah abbilden" , sagt der Forscher.
Die Auswertung in der Fachzeitschrift Advances in Science and Research(öffnet im neuen Fenster) ergab, dass sich – unter der Annahme einer gleichmäßigen Anlagenverteilung – Sonnen- und Windenergie über das Jahr die Waage halten: Im Winter steht durchschnittlich mehr Wind zur Verfügung, im Sommer mehr Solarstrom. Beide Energieformen ergänzen sich im durchschnittlichen Jahresverlauf also gut.
Das gilt für Deutschland und auch für ganz Europa. Wetterlagen mit wenig Wind und wenig Sonne kommen zweifellos vor. Die wichtige Frage ist, ob daraus ein Problem entsteht.
Kritische Wetterlagen seien in Deutschland eher im Winter zu erwarten, oft in Verbindung mit einem Hochdruckgebiet über Mitteleuropa, heißt es in einer Studie des DWD und der Goethe-Universität in Frankfurt im Fachmagazin Renewable Energy(öffnet im neuen Fenster) . Während dieses Wetterregimes sei das Potenzial an erneuerbaren Energien allerdings in anderen Regionen im Norden und Südosten Europas überdurchschnittlich hoch, so dass Engpässe in Deutschland wohl ausgeglichen werden könnten. Standen in Deutschland die Windräder still, wehte es beispielsweise in Skandinavien ganz ordentlich.
Doch was, wenn das nicht der Fall ist?
Keine Stromausfälle wegen einer Dunkelflaute
Windkraftanlagen (an Land und auf See) lieferten im vergangenen Jahr 25,1 Prozent der Nettostromerzeugung, Solarmodule 10,7 Prozent. Insgesamt lag der Anteil aller erneuerbaren Energien an der Nettostromerzeugung bei 49,6 Prozent. Und der Anteil wird steigen: Die Ampelkoalition will den Ausbau der erneuerbaren Energien weiter vorantreiben .
"Wenn man zurückschaut auf die letzten Jahre, ist das Ergebnis eindeutig" , sagt Kaspar: "Es gab keine Stromausfälle wegen einer sogenannten Dunkelflaute. Das heißt, man muss das immer im Kontext betrachten, wie das aktuelle Energiesystem eigentlich aussieht."
Die Frage ist also eher: Wo kommt in einer solchen Situation der Strom her? Bislang sorgten Gaskraftwerke dafür, die relativ schnell hochgefahren werden können. Dieser Engpass muss also anders ausgeglichen werden.
Das Netz muss ausgebaut werden
Dafür müssen in erster Linie die Netze ausgebaut und digitalisiert (g+) werden. Zudem müssen Speichersysteme (g+) eingerichtet werden, die Strom bereitstellen können , wenn zur Nacht über allen Gipfeln Ruh' ist. Schließlich kann es helfen, Erzeuger auszubauen, die nicht vom Wetter abhängig sind, wie Wasserkraft oder Geothermie (g+) .
Da gibt es sicher noch viel Handlungsbedarf, aber ein Blackout (g+) aufgrund eines meteorologischen Phänomens ist eher unwahrscheinlich.
Und die Dunkelflaute? "Manchmal werden in der Diskussion Dinge zugespitzt" , sagt Kaspar. "Ich hatte schon relativ frühzeitig den Eindruck, dass das Wort Dunkelflaute ein Versuch ist, ein scheinbares Problem sehr plakativ zu benennen."