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Phänomen „kalte Dunkelflaute“
Der Anteil der erneuerbaren Energien in der Stromversorgung steigt in Deutschland kontinuierlich: 2020 waren es ganze 46 Prozent. Doch in den Wintermonaten fehlen erneuerbaren Energiequellen oft die Antriebe und sie können nur noch einen Bruchteil ihrer Leistung liefern. Experten sprechen dann von einer kalten Dunkelflaute. Doch was genau ist dieses Phänomen und wie können wir Energiesysteme der Zukunft darauf vorbereiten? Dr. Yvonne Scholz vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt forscht daran.
Was ist die kalte Dunkelflaute?
Der Begriff bezeichnet Wetterlagen, die wörtlich kalt, dunkel und flau kombinieren. Im Winter steigt der Strombedarf, zum Beispiel fürs Heizen oder fürs Licht. Gleichzeitig sorgen Windstillen und die „dunkle Jahreszeit“ dafür, dass Photovoltaik- und Windenergieanlagen nur wenig Strom produzieren können. In Deutschland kann die Stromerzeugung dann zum Beispiel aus Windenergie auf unter 2 Prozent der installierten Leistung absinken.
Die Infrastruktur zur Stromversorgung muss diese Schwankungen ausgleichen. Sie muss also sowohl die momentane Stromerzeugung sicher decken, als auch einen ausreichenden Vorrat an Energie für die Dauer der Flaute bereitstellen. Bei einer Stromversorgung, die wesentlich auf diesen beiden Energieträgern beruht, müssen in dieser Zeit genügend andere Optionen verfügbar sein, zum Beispiel Stromspeicher oder Gasturbinen.
Wie könnten wir unseren Energiebedarf auch in einer Dunkelflaute sichern?
Um auch in kalten Dunkelflauten die Stromversorgung sicherzustellen, können Maßnahmen helfen, die räumliche und zeitliche Ausgleichseffekte haben. Das sind zum Beispiel Speicher, großräumige Verbundsysteme oder die Kopplung der Sektoren Strom, Mobilität und Wärme. Dadurch kann überschüssige Energie aus einem Sektor dort eingesetzt werden, wo sie in einem anderen Sektor gebraucht wird und so die schwankende Versorgung durch erneuerbare Energie ausgleichen.
Zum anderen können weiterhin regelbare Kraftwerke wie Gasturbinen die Stromversorgung sicherstellen, da sie schnell hochgefahren werden können und wetterunabhängig verfügbar sind. Um dennoch CO2-Emissionen zu vermeiden, können diese Kraftwerke mit erneuerbar erzeugten Brennstoffen wie Wasserstoff oder Methan betrieben werden.
Wie erforschen sie die kalte Dunkelflaute in der Helmholtz-Klima-Initiative?
Wir betrachten die Entwicklung von Wetterextremen sowie ihre Auswirkungen auf erneuerbare Stromerzeugung und den Strombedarf. Das tun wir zum einen anhand historischer Wetterdaten, andererseits anhand von Klimaszenarien. So können wir untersuchen, ob kalte Dunkelflauten zukünftig häufiger oder stärker ausgeprägt auftreten. Außerdem können wir Daten für die Modellierung von Energiesystemen bereitstellen, die das Zusammenspiel der Energiesektoren analysieren und kostengünstige Infrastrukturen für die Versorgung entwerfen.
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