Definition „Dunkelflaute“

„Dunkelflauten“ sind das Schreckgespenst der Energiewende. Doch was sind eigentlich „Dunkelflauten“? Eine allgemein gültige und anerkannte Definition habe ich nicht gefunden. Daher stelle ich eine Definition zur Diskussion, die sich dahingehend als nützlich erweist, als diese ein spezifisches Energiesystem aus (vorwiegend) Sonnen- und Windstrom, sowie Batteriespeichern dadurch charakterisiert, wieviel „Residuallast-Kraftwerke“ erforderlich sind, um den Strombedarf jederzeit decken zu können.

Definition „Dunkelflaute“:
Eine Dunkelflaute ist ein Zustand eines Sonne-Wind-Batterie-Stromsystems, in dem die Tages-Energiebilanz mindestens eines Tages infolge des natürlichen Energiedargebots im Zeitverlauf nicht mehr vollständig aus Solar- und Windkrafterzeugung sowie der Ausspeicherung aus den Batterien gedeckt werden kann und Residuallastkraftwerke zur Deckung der Stromlücke aktiviert werden müssen.
Zur Charakterisierung von Dunkelflauten sind als Eingangsparameter die installierte Leistung von Solar- und Windkraftanlagen, die Speicherkapazität der Batterien, sowie die vorhandene Grundlasterzeugung (erneuerbar und ggf. nicht erneuerbar) und die Last (Grundlast und Saisonalität) anzugeben.
Dunkelflauten werden charakterisiert durch Zeitdauer (in Tagen) sowie Energiedefizit (in GWh oder höchster benötigter Erzeugungsleistung in GW innerhalb eines Tages).
Zur Deckung des Energiedefizits in den Dunkelflauten müssen Residuallastkraftwerke eingesetzt werden, deren installierte Leistung ausreichen muss, um das Energiedefizit der Dunkelflaute mit der höchsten benötigten Erzeugungsleistung zu decken. Für die Residuallastkraftwerke kann dann die Zahl der Jahres-Volllastbenutzungsstunden angegeben werden. Residuallastkraftwerke können beispielsweise mit fossilen Energien (Erdgas, Erdöl, Kohle), oder auch gespeicherten erneuerbaren Energien („grüner“ Wasserstoff H2, Methan, Methanol, Druckluft, Höhenenergie etc.) als „gesicherte Leistung“ bereitgestellt werden.

Die Definition der Dunkelflaute enthält den Begriff „Saisonalität“, daher muss auch dieser Begriff erläutert und definiert werden:

Definition „Saisonalität“:
Verhältnis der Last im Winter zu Last im Sommer.
Zur Ermittlung wird der Stromverbrauch der Monate Dezember + Januar und der Monate Juni + Juli ins Verhältnis gesetzt.
[Hinweis: gleiche Tagesanzahl beachten; 1.12. – 30.1 / 1.6. – 31.7.]

Auf Basis der Definitionen habe ich die Daten der deutschen Solar- und Windstromproduktion, sowie der Stromlast für die Jahre 2016 bis 2023 ausgewertet, um die Häufigkeit und Dauer von Dunkelflauten auszuwerten, die bei einem spezifischen Ausbaustand von Solar- und Windkraftwerken sowie Batteriespeichern zu erwarten sind. Als Datengrundlage hierfür dienten die energy-charts.info, die die Daten bequem als csv-Datei zur Verfügung stellen – herzlichen Dank dafür!

Erstes Fazit:
Klima, Wetter und Jahreszeiten in Deutschland sind eine große Herausforderung für ein rein auf erneuerbaren Energien basierendes „Sonne-Wind-Batterien-Stromsystem“ (SWB-System)! Dunkelflauten dürfen nicht auf die leichte Schulter genommen werden, in den nächsten (zwei?) Jahrzehnten sind große ingenieursmäßige Leistungen erforderlich, um diese in Griff zu bekommen. Allerdings sind Dunkelflauten auch nicht ein Schreckgespenst, das eine Energieversorgung mit Erneuerbaren Energien prinzipiell unmöglich machen würden. Wichtig ist: Dunkelflauten müssen verstanden werden, um den vollständigen Umbau des Energiesystems so zu gestalten, dass dieser nicht unnötig teuer wird. Jeder einzelne kann dazu beitragen, die Kosten für sich – und die Allgemeinheit – möglichst gering zu halten. Dafür muss man aber clever sein und die Komplexität verstehen!

• Dunkelflauten können in Deutschland – je nach Ausbau von Sonne, Wind, und Speichern – durchaus 2 bis 3 Wochen dauern.
• Die erforderlich Backup-Leistung der Residuallast kann durchaus bis zu 90% der Spitzenlast im Netz betragen.
• Residuallastkraftwerke haben eine Laufzeit von unter 1.000 Stunden pro Jahr.
• Eine Erhöhung der Saisonalität – z. B. durch einseitigen Ausbau von Wärmepumpen – kann die Herausforderung der Dunkelflauten verstärken. Besser wäre es, die Saisonalität beispielsweise mit „heißen“ thermischen Speichern (Speicher-Reichweite ca. 3 Wochen ohne elektrisches Nachheizen) oder dezentralen Blockheizkraftwerken (z. B. aus ohnehin vorhandenen Notstromaggregaten) möglichst gering zu halten, um Kosten für selten laufende Residuallast-„Kapazitäten“ zu sparen.
• Der europäische Stromverbund hilft nur sehr eingeschränkt, da Dunkelflauten nicht an Grenzen halt machen: Großwetterlagen betreffen häufig auch Nachbarländer, die dann ähnliche Probleme haben werden…

Die Blog-Serie zu „Deutschlands Dunkelflauten“ wird fortgesetzt und durch zahlreiche Grafiken, SWB-Varianten und ein Exceltool ergänzt werden.