Erneuerbare Energien und Energiemeteorologie

Schwankende Stromproduktion durch schwankendes Wetter

Die Sonne scheint, es ist bewölkt oder windig: Wieviel Strom Wind- und Solaranlagen generieren, hängt vom Wetter ab. Da das Wetter nicht planbar, sondern volatil ist, schwankt auch die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Für Stromerzeuger bedeutet das mehr Unsicherheit auf den Strommärkten – was es schwieriger macht, das Gleichgewicht von Angebot und Nachfrage zu jedem Zeitpunkt sicherzustellen.

Verlässliche Wetterprognosen helfen Netzbetreibern, besser auf die fluktuierende Einspeisung zu reagieren. Die schwankende Stromproduktion beeinflusst sowohl die Day-Ahead- und Intraday-Märkte an den Strombörsen als auch die nachgelagerten Märkte für Regelenergie.

Das EWI forscht gemeinsam mit dem Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln zu den Wechselwirkungen zwischen Energiesystem, Klima und Meteorologie.

  • Energiesysteme mit hohem Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung
  • Wetterbedingungen für erneuerbare Energien in verschiedenen EU-Regionen
  • Geeignete Standorte für Elektrolyseure zur Wasserstoffproduktion
  • Kosten der Wasserstoffproduktion

Wie das Klima das Energiesystem beeinflusst – und umgekehrt

Ähnliches gilt für das Klima: Wenn sich das Klima langfristig verändert, muss sich auch das Elektrizitätssystem anpassen, beispielsweise an häufigere Extremsituationen wie Dürren oder Stürme. Auch eine lange Flaute mit geringen Windgeschwindigkeiten beeinträchtigt die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien – es werden mehr Reservekapazitäten benötigt. Dasselbe gilt für Wasserkraftwerke, wenn es weniger regnet.

Der Klimawandel verändert auch die Produktion konventioneller Kraftwerke: Durch die trockenen Sommer der vergangenen Jahre führten Flüsse weniger, dafür aber überdurchschnittlich warmes Wasser. Thermische und nukleare Kraftwerke mussten ihre Leistung drosseln, da Kühlwasser aus Flüssen nur begrenzt verfügbar war.

Auf der Nachfrageseite verändern höhere Temperaturen den Strombedarf: Im Winter wird weniger geheizt, im Sommer aber mehr gekühlt. Die etablierten Lastprofile können sich dadurch verschieben.

Das EWI erforscht den Übergang von einem kohlenstoffbasierten Energieverbrauch hin zu erneuerbaren Energien. Gemeinsam mit dem Hans-Ertel-Zentrum für Wetterforschung schätzt es die Menge erneuerbarer Energieressourcen unter sich ändernden klimatischen Bedingungen. Außerdem prognostizieren die beiden Partner die Verfügbarkeit von Solar- und Windkraft auf verschiedenen zeitlichen und räumlichen Skalen (Stunden bis Jahrzehnte, lokal bis kontinental).

Analysen des europäischen Strommarkts mit viel Strom aus erneuerbaren Energien

Das EWI analysiert sektorübergreifend, wie die Bereitstellungkosten für Strom, Wärme und (synthetische) Brenn- und Kraftstoffe kurz- und langfristig im europäischen Gesamtsystem aussehen. Dabei werden Interdependenzen sowie politische, regulatorische und technologische Rahmenbedingungen berücksichtigt. Das EWI-eigene Modell DIMENSION bildet zahlreiche nach Wetterbedingungen geclusterte Regionen für erneuerbare Energien innerhalb der EU ab. Zudem erstellt das Institut Szenarien mit einem hohen Marktanteil erneuerbarer Energien.

Auch Wasserstoff ist abhängig von EE-Standorten

Wasserstoff wird in Elektrolyseuren hergestellt. In diesen speziellen Anlagen wird Wasser mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Für mögliche Standorte für Elektrolyseure auch außerhalb der EU sind die jeweiligen Wettergegebenheiten entscheidend. Je mehr Strom aus erneuerbaren Energien an einem Standort erzeugt werden kann, desto geringer sind die Produktionskosten von Wasserstoff. Das EWI untersucht zum Beispiel, wie sich die Kosten für Produktion und Transport von Wasserstoff an verschiedenen Standorten unterscheiden.