Dunkelflaute

Dunkelflaute ist ein deutscher Begriff, der in der Energiewirtschaft verwendet wird, um mehrere aufeinanderfolgende Tage zu beschreiben, in denen wenig bis nahezu gar keine Energie aus erneuerbaren Energiequellen, darunter Sonne und Wind, erzeugt werden kann.

Was ist Dunkelflaute?

Dunkelflaute ist ein Phänomen das im Spätherbst oder in den Wintermonaten für mehrere Tage oder Wochen auftreten kann, wenn nur wenig Wind vorhanden ist und der Himmel dauerhaft bewölkt ist. Dies führt  zu einem Rückgang des Gesamtanteils der erneuerbaren Energien am Strommix, was eine Herausforderung für die Aufrechterhaltung einer stabilen und zuverlässigen Energieversorgung darstellt in einem Energiesystem, das ausschließlich auf erneuerbaren Energien beruht.

Eine in den Niederlanden im Jahr 2021 durchgeführte Studie ergab, dass fast alle als Dunkelflaute bezeichneten Ereignisse (mit einer Dauer von mehr als 24 Stunden) in den nord- und baltischen Ländern im November, Dezember und Januar auftreten. Im Durchschnitt gibt es in diesem Dreimonatszeitraum 50-100 Stunden solcher Ereignisse pro Jahr. Die Studie ergab jedoch, dass die durchschnittliche Häufigkeit von Dunkelflauten um bis zu 9 Prozent abnimmt, wenn die Stromnetze stärker verknüpft sind und die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen stärker integriert wird.

Je höher der Anteil der erneuerbaren Energien am Energiemix ist, desto größer ist der Bedarf an einer solchen Integration. Auf Solar- und Windenergie entfielen im Jahr 2023 rund 27 Prozent der gesamten öffentlichen Nettostromlast in der Europäischen Union, ein nicht unwesentlicher Anstieg gegenüber den 22 Prozent des Jahres 2022. Damit sind diese beiden Energiequellen von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Energiesicherheit in Europa. Aber selbst bei ungünstigen Wetterbedingungen gibt es immer noch Möglichkeiten, einer Dunkelflaute entgegenzuwirken, daher sollten ihre potenziellen Auswirkungen nicht überbewertet werden.

Herausforderungen bei der Bewältigung der Dunkelflaute

Netzstabilität

Die geringere Belastung des Übertragungsnetzes während einer Dunkelflaute kann die Netzstabilität beeinträchtigen, da konventionelle Kraftwerke das geringere Angebot an erneuerbarer Energie ausgleichen müssen. Das Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage erschwert die Regulierung der Frequenz erheblich.

Wirtschaftliche und umweltbezogene Auswirkungen

Die Dunkelflaute bringt auch umweltbezogene und wirtschaftliche Herausforderungen mit sich. Da erneuerbare Energieträger nicht ihr volles Potenzial ausschöpfen können, müssen konventionelle, mit fossilen Brennstoffen betriebene Kraftwerke häufig den Versorgungsausfall kompensieren, was die CO₂-Emissionen des Energiesektors erhöht.

Die stärkere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen kann sich auch negativ auf die Preise auswirken, da Erdgas und Kohle aufgrund der höheren Produktionskosten teurer sind.  

Wie bereits erwähnt, müssen bei einer Dunkelflaute Angebot und Nachfrage ausgeglichen werden, um die Frequenzregelung aufrechtzuerhalten. Um dies zu erreichen, müssen die Netzbetreiber in redundante Kapazitäten aus konventionellen Quellen investieren, was die Betriebskosten erhöhen kann.

Es gibt jedoch Möglichkeiten, diese höheren Kosten und Emissionen zu vermeiden, sodass die Dunkelflaute weniger beängstigend wirkt, als zunächst angenommen.

Erneuerbare Energien: Licht ins Dunkel bringen  

Alternative Kraftwerke

Statt auf konventionelle Kraftwerke zurückzugreifen, gibt es auch alternative Anlagen, die mit erneuerbaren Energiequellen betrieben werden können:

Pumpspeicherkraftwerke fangen bereits im Regelbetrieb Spitzenlasten ab. Sie sind besonders wichtig für den schlagartigen Ausgleich bei einer drohenden Dunkelflaute.

Bioenergie-Kraftwerke stellen derzeit bundesweit 6,7 Gigawatt  Stromerzeugungskapazität zur Verfügung. Durch eine konsequente Ausrichtung der Bioenergie auf ihre Rolle als „Lückenfüller“ könnte diese flexible Leistung massiv gesteigert werden. Bioenergie-Kraftwerke würden dann nur noch zu Zeiten Strom produzieren, in denen das Stromnetz mit Sonnen- und Windenergie unterversorgt ist.

Um Versorgungsengpässe während einer Dunkelflaute zu vermeiden, wäre ein groß angelegter Netzausbau, der die Übertragung von Strom aus erneuerbaren Energien über die Landesgrenzen hinweg ermöglicht, optimal. Auf diese Weise kann Strom über große Entfernungen ohne große Verluste gehandelt werden. Dies ist jedoch sehr ressourcen- und kostenintensiv und stellt daher weder eine kurzfristige, noch eine wirtschaftliche Lösung zur Überwindung von Dunkelflauten dar. Dies muss jedoch bei der langfristigen Netzplanung berücksichtigt werden.

Sektorenkopplung beschreibt die Integration und Koordinierung verschiedener Energiesektoren in einem Verbundsystem. Auf diese Weise werden erneuerbare Ressourcen effizienter genutzt. Außerdem ermöglicht sie mehr Flexibilität und stellt sicher, dass der erforderliche Anteil an erneuerbaren Energien im Strommix erreicht wird. Im Falle einer Dunkelflaute kann auf Energie aus anderen miteinander verbundenen Sektoren zugegriffen werden, ohne auf konventionelle Kraftwerke und emissionsintensive Technologien angewiesen zu sein.

Power-to-Gas ist die Umwandlung von elektrischer Energie in Gase, darunter Wasserstoff (Power-to-Hydrogen). Dieser kann für kurz- oder langfristige Flexibilität gespeichert und als Brennstoff für Industrie, Heizung oder Verkehr verwendet werden. Power-to-Hydrogen ist besonders effektiv bei der Reduzierung fossiler Brennstoffe in industriellen Use Cases, bei denen Temperaturen von über 500 Grad Celsius erforderlich sind, und erscheint für Szenarien wie die Dunkelflaute sehr nützlich. Diese Methode ist auch eine Schlüsselkomponente der Sektorenkopplung.

Batterien können verwendet werden, um überschüssige Energie aus Sonnen- oder Windenergie zu speichern, die dann bei Bedarf abgerufen werden kann. Haushaltsbatterien und Großspeicher sind von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, mehr Flexibilität zu schaffen, um die Einschränkung der Solarenergie zu verringern. Ständige technologische Fortschritte in Verbindung mit zunehmenden Subventionen und staatlicher Unterstützung machen Batterien immer wirtschaftlicher und effizienter.

Nachfrageseitige Flexibilität oder Nachfragesteuerung ist eine Sammlung von Programmen, Maßnahmen und Technologien, die alle darauf abzielen, den Stromverbrauch der Verbraucher:innen in Zeiten der Spitzennachfrage zu verringern. Dies kann in Form von finanziellen Anreizen oder Lastverschiebungen erfolgen. Es handelt sich um eine wichtige Strategie, mit der Angebot und Nachfrage in Zeiten von Dunkelflaute ausgeglichen werden können.

Zeitvariable Tarife, wie beispielsweise Nutzungszeittarife (Time-of-Use-Tarife), optimieren den Stromfluss und minimieren die Energiekosten. Time-of-Use-Tarife geben Preissignale an die Verbraucher:innen weiter und bieten einen starken Anreiz, den Verbrauch auf günstigere und umweltfreundlichere Zeiten zu verlagern und Strom in das Netz einzuspeisen, wenn das Angebot geringer ist.

Jenseits des Hypes

Der Name Dunkelflaute mag beängstigend klingen, aber die Situation ist lange nicht so furchterregend, wie zunächst angenommen. Vor allem nicht, wenn man sich auf intelligente, dezentrale Energieressourcen verlässt. Der Ausweg aus der Dunkelflaute liegt in der smarten Integration von Anlagen und Technologien innerhalb eines flexiblen und dynamischen Ökosystems der Stromerzeugung. Dieser Ansatz mildert die Auswirkungen schlechter Wetterbedingungen und schafft eine ganzheitliche Energieinfrastruktur.

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