Der Kohleausstieg hat viele Wirkungen – unter anderem auf die Strompreise, den CO2-Ausstoß, den Strommix und nicht zuletzt die Stabilität der Stromnetze. Denn die Trägheit der konventionellen Kraftwerksgeneratoren sorgt mit dafür, dass die Frequenz von 50 Hertz gehalten wird. Wenn ein Kraftwerk ausfällt, dämpft diese Momentanreserve die Frequenzabweichung aufgrund des Leistungsungleichgewichts zwischen Erzeugung und Last, welches wegen des Ausfalls entsteht. Dies verschafft der Primärregelleistung Zeit zur Aktivierung, um das Leistungsungleichgewicht wieder ausgleichen zu können.
Mit konventionellen Generatoren werden also kritische Netzzustände vermieden, die im schlimmsten Fall zu Stromausfällen führen könnten. Weil sie zunehmend abgeschaltet werden, hat ein Team des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln (EWI) gemeinsam mit dem Beratungsunternehmen EF Ruhr GmbH untersucht, wie sich der Kohleausstieg in Deutschland auf die Momentanreserve im Energieversorgungssystem auswirkt.
Reserve reicht nicht
Die im Auftrag der Siemens AG erstellten Studie zeigt: Um die Frequenzstabilität des Energieversorgungssystems auch im Jahr 2040 zu gewährleisten, sind die dann noch aktiven konventionellen Kraftwerke nicht ausreichend, und es müssen aktiv Maßnahmen zur Steigerung der Momentanreserve bzw. Frequenzstabilisierung getroffen werden. Das haben die Wissenschaftler Eglantine Künle, Philipp Theile und Christian Wagner mithilfe des EWI-eigenen Modells „Dimension“ festgestellt.
Die Wissenschaftler haben für das Jahr 2040 in zwei Szenarien der Entwicklung im Kraftwerkssektor angenommen. Beide Szenarien bilden den von der Kohlekommission beschlossenen deutschen Kohleausstieg ab: erstens einen normativen Ausfall von 3 GW Kraftwerksleistung und zweitens einen System-Split-Fall, worunter ein Zerfall des Europäischen Verbundsystems in mehrere Netzinseln zu verstehen ist. Ein solcher System-Split-Fall ist im Jahr 2006 übrigens schon einmal eingetreten.
Zwei Lösungsansätze
Mehr Strom aus erneuerbaren Energien und weniger Strom aus konventionellen Kohlekraftwerken senken die Momentanreserve. Im Szenariojahr 2040 würde laut Berechnungen von EWI und EF Ruhr im Fall eines normativen Ausfalls das zulässige Frequenzminimum im Europäischen Verbundbetrieb unterschritten. Im System-Split-Fall würde der Frequenzgradient kritisch ansteigen. Beides verursacht kritische Systemzustände, die es für eine sichere und unterbrechungsfreie Stromversorgung unbedingt zu vermeiden gilt.
Zur Lösung schlagen die Wissenschaftler vor, die Frequenzstabilität durch konkrete Maßnahmen zu sichern: Die Erhöhung der Momentanreserve durch entsprechende Umrichter von erneuerbaren Energieanlagen wäre eine Möglichkeit. Eine weitere Möglichkeit ist eine schnellere Frequenzregelung. Die Primärregelleistung könnte hierzu beschleunigt werden, oder es könnte eine zusätzliche schnellere Form der Primärregelung, die „Fast Frequency Response“, etabliert werden. Diese könnte sowohl von konventionellen Kraftwerken, aber beispielsweise auch von Windkraftanlagen, Batteriespeichern, Schwungrädern oder auch von leistungselektronischen Bauteilen wie HGÜ-Verbindungen erbracht werden. (sig)
