Grundlastkraftwerke und Energiemarktpreise

Am 15. April 2023 sind in Deutschland die letzten Atomkraftwerke vom Netz gegangen und damit eine weitere Form der grundlastfähigen Erzeugungskapazitäten.

Grundlast bezeichnet die konstant benötigte Energie innerhalb eines Versorgungsgebietes und stellt die niedrigste Tagesbelastung des Stromnetzes dar, die nicht unterschritten werden darf (meist in der Nacht). Verantwortlich für die benötigte Grundlast sind vor allem:

Industrieanlagen (kontinuierlicher Betrieb)
Dauerverbraucher in Privathaushalten und Gewerbe
Straßenbeleuchtung

Die Grundlast ist kein fester Wert, sondern schwankt abhängig von bspw. der Tages- oder Jahreszeit. Der Strom zur Deckung des Mindestbedarfs an Strom stammt typischerweise aus Grundlastkraftwerken.

Ein Kraftwerk ist dann grundlastfähig, wenn es rund um die Uhr Strom produzieren kann und im besten Fall niedrige variable Kosten aufweist. Grundlastfähig sind klassischerweise Wasser-, Atom- und Kohlekraftwerke. Gaskraftwerke sind zwar grundlastfähig, werden aber wegen ihrer hohen variablen Kosten im Bereich der Spitzenlast eingesetzt. Energiequellen wie Wind und Solar gelten aufgrund ihrer Wetterabhängigkeit nicht als grundlastfähig.

Industrienationen wie Deutschland oder Frankreich weisen eine hohe Grundlast auf, welche von grundlastfähigen Kraftwerken gedeckt werden muss. Im Gegensatz dazu stehen Länder wie Dänemark oder Portugal, welche nicht zu Industriestaaten zählen und u.a. dadurch eine vielfach geringere Netzlast aufweisen.

Nicht-Industriestaaten können vermehrt auf Erneuerbare Energien (EE) setzen. Die Grundlast/Tag beträgt im Schnitt in Deutschland und Frankreich ca. 41 GW, in Dänemark bspw. beträgt die Grundlast/Tag nur ca. 3 GW.

Konventionelle Kraftwerkstypen weisen eine weitaus höhere Kapazitätsauslastung als die erneuerbaren Energien auf. Lediglich die Auslastung von Wasserkraft, Biomasse und Offshore-Wind kommt ansatzweise an die von konventionellen Energieträgern heran. Kernenergie weist über alle Kraftwerkstypen hinweg die höchste Auslastungsmöglichkeit auf.

Durch den Einspeisevorrang der EE wird die Stromproduktion anderer Energieträger verdrängt. Vor allem Steinkohle- und Gaskraftwerke, welche relativ hohe Grenzkosten aufweisen, müssen ihre Stromproduktion aufgrund der EE-Einspeisung herunterfahren.

Durch die sinkende Kapazitätsauslastung und damit einhergehenden Überkapazität sowie der zunehmenden Regelungstätigkeit (Hoch- und Runterfahren) für konv. Kraftwerke fallen immer höhere Kosten an.

Dunkelflaute bezeichnet das gleichzeitige Auftreten von Dunkelheit und Windflaute. Typischerweise im Winter sorgt sie für geringe Erträge aus erneuerbaren Energien bei hohem Strombedarf. Kommen zusätzlich noch niedrigere Temperaturen hinzu, die den Strombedarf weiter steigern, wird von einer „kalten Dunkelflaute“ gesprochen

Residuallast (der Teil, der nicht von EE gedeckt wird) muss nahezu vollständig von konventionellen Kraftwerken gedeckt werden. Durch die Erhöhung des EE-Anteil an der Stromerzeugung, ist diese zunehmend wetterabhängig.

Mitte Januar 2023 herrschte eine Dunkelflaute durch kurze Tage und relative Windstille. Am 25. Januar 2023 wurden aufgrund der Dunkelflaute lediglich 18,7 % des Stroms aus erneuerbaren Energien gewonnen, der Rest aus konventioneller Erzeugung (78,2%) bzw. Pumpspeichern (3,1%), insb. aus Braunkohle (ca. 25,4 %).

Durch grundlastfähige Kraftwerke gibt es weniger starke Über- bzw. Unterproduktion von Strom, daher weniger volatile Preise innerhalb eines Tages:

16.07.2023 (Sommerwind): 52,87 €/MWh Volatilität bzw. Standardabweichung
25.01.2023 (Dunkelflaute): 25,45 €/MWh Volatilität bzw. Standardabweichung

Zudem gibt es wenig bis keine Wahrscheinlichkeit von negativen Strompreisen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei 100%iger Deckung des Strombedarf aus Erneuerbaren Energien Verbraucherinnen und Verbraucher ihren Stromverbrauch daran anpassen müssen, wie viel Strom zur Verfügung steht. Daher ist eine intelligente Einspeisung notwendig. Der Stromverbrauch wird sich bis 2045 verdoppeln und es entstehen Kosten für Zeiten, in denen nicht ausreichend Energie aus EE zur Verfügung steht.

Überflüssig produzierter Strom (Überproduktion) bei „Sonnenwind“ muss gespeichert werden, um ihn bei Dunkelflaute nutzen zu können. Benötigt werden:

Batterien:
z. B.: Anschluss an PV-Anlagen und Aufladung, wenn viel Sonnenstrom verfügbar ist
Power-to-Gas und Wasserstoffkraftwerke:
Herstellung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien durch Elektrolyse und spätere flexible Verstromung zur Deckung von Versorgungslücken

Die Energiewende erfordert weitreichende Anpassungen des Stromnetzes. Bis 2037 müssen ca. 210 Mrd. € investiert werden. Zukünftig wird der Strom vermehrt dezentral produziert (z. B. PV-Anlagen auf den Dächern). EE-Kraftwerke sind zunehmend standortabhängig (Transport von Strom aus Windenergie aus dem Norden in den Süden).

Erneuerbare Energien können aktuell allein nicht den Strombedarf decken. Deutschland als Industriestandort ist kurz- bis mittelfristig auf die Stromproduktion aus grundlastfähigen Kraftwerken angewiesen. Zudem ist eine Ertüchtigung der vorhandenen Gasnetze für die zukünftige Wasserstoffnutzung notwendig. Der Strompreis wird durch die Einspeisung erneuerbarer Energien dynamischer und deutlich volatiler.