Brennstoffe als Dunkelflautenreserven
Brennstoffe speichern Energie, die in Kraftwerken schnell freigesetzt werden kann. Damit bilden sie heute den Grundpfeiler unserer Stromversorgung während einer Dunkelflaute.
So helfen Brennstoffe in der Dunkelflaute
In einer Dunkelflaute ist per Definition der Anteil von Wind- und Solarenergie sehr gering. Die bisherigen Arbeitspferde in Dunkelflauten sind klassische (thermische) Kraftwerke, also Turbinen und Motoren. Sie erzeugen aus Wärme Strom. Die Wärme wiederum wird mit Brennstoffen erzeugt.
Die Arten von Brennstoffen haben sich schon in der Vergangenheit immer wieder geändert und werden das auch in Zukunft tun. Entscheidend für das Thema Dunkelflaute ist, dass sowohl aktuell als auch mittel- und langfristig genügend Brennstoffe zur Verfügung stehen, damit die Residualkraftwerkskapazitäten jederzeit den erforderlichen Strom zur Verfügung stellen können. Idealerweise wird die Verbrennung der Brennstoffe im Zeitverlauf nur noch in Knappheitssituationen wie der Dunkelflaute nötig. Mit geringerem Einsatz und modernen Brennstoffen werden immer weniger Treibhausgase die Atmosphäre belasten.
Brennstoffe als Energiespeicher
Man kann sich Brennstoffe auch als gespeicherte Energie vorstellen, die unterschiedlich lange gelagert wird, um dann nutzbar gemacht zu werden, wenn sie gebraucht wird. Die fossilen Brennstoffe waren Millionen Jahre in der Erde gelagert, bis sie zu Tage gefördert wurden, um unter anderem für die Stromerzeugung genutzt zu werden, wobei u.a. Treibhausgase freigesetzt werden. Der Brennstoff Gas kann über Monate und Jahre in untertägigen Speichern gelagert werden. In Holzkraftwerken wird zuvor gelagertes Holz verbrannt.
Beim Biogas gibt es sogar mehrere Formen der Lagerung. Zunächst wird die Biomasse in Silos gelagert, bis sie in einer Biogasanlage in Biogas umgewandelt wird. Das Biogas wird in Gasspeichern vor Ort für ein bis mehrere Tage gespeichert. Anschließend wird es in einem Motor genutzt. Alternativ kann es in Biomethan umgewandelt werden. In diesem Fall kann es als Langzeitspeicher in Gasspeichern vermischt mit oder anstelle von Erdgas z. B. bis zum nächsten Winter gespeichert werden. Anschließend kann es u. a. zur Stromerzeugung genutzt werden.
Wir haben heute schon die Technologie für morgen
Es stellt sich nicht die Frage, ob wir genügend Gase und nachhaltige Brennstoffe für die Stromerzeugung in den relativ wenigen Tagen und ggfs. Wochen von Dunkelflauten haben. Die eigentliche Frage, die sich stellt, ist wie schnell wir dekarbonisieren und die Abhängigkeit vom Erdgas verringern wollen. Bei dem letzten Punkt hilft demzufolge auch blauer Wasserstoff nicht, da dieser aus Erdgas gewonnen wird. Damit und durch die dazukommenden hohen Verluste in diesem Verfahren, würde der Erdgasverbrauch sogar steigen und ein CO2-Entsorgungsproblem entstehen, das wir heute nicht haben.
Wir haben heute alle Technologien zur Verfügung, um alternative Gase zu gewinnen und sie in Strom umzuwandeln. Dazu gehören Biogasfermenter, Biomethanisierungstechnologien, H2-Elektrolyseure, H2-Speicher, grüner Ammoniak und grüne Methanolanlagen, etc. Hinzu kommen weitere Innovationen, sei es bei den Elektrolyseuren, bei den Brennstoffzellen und selbst bei der anschließenden Verwertung in Turbinen und Motoren. Die Optionen sind somit nicht nur bereits vorhanden, sie werden in den nächsten Jahren zudem weiter in Quantität und Qualität zunehmen.
Kohle & Erdgas
Der Kohleausstieg ist politisch beschlossen. Zudem werden Kohlekraftwerke auch aus wirtschaftlichen Gründen abgeschaltet, weil sie sich nicht mehr rentieren. Zum Teil werden Kohlekraftwerke dann in einer Reserve vorgehalten, um in seltenen Fällen, wie einer Dunkelflaute, einspringen zu können. In der Reserve werden sie keine relevante Brennstoffmenge mehr verbrauchen.
In den meisten Ländern wird Kohle und/oder Erdgas in thermischen Kraftwerken eingesetzt. Erdgaskraftwerke in Form von Turbinen und Motoren können viele Gase einsetzen. Beim Gas dominiert heute das fossile Erdgas, also Methan. Der Anteil des Erdgases, der für die Stromerzeugung verbraucht wurde, lag in Deutschland laut Statista 2024 bei ca. 13 Prozent und damit deutlich unter dem Anteil von Erdgas bei der Wärmeerzeugung sowie beim Energieverbrauch der Industrie. Je höher der Anteil der Erneuerbaren Energien in der Stromerzeugung in den nächsten Jahren wird und je mehr Batteriespeicher die Kraftwerkserzeugung verdrängen, desto weniger Gas wird zur Stromerzeugung benötigt werden. Der (Erd-)Gasverbrauch im Stromsystem wird sich damit immer stärker in die wenigen Wochen mit hoher Residuallast verlagern. Gaskraftwerke werden nur dann laufen. Insgesamt wird auch der Gasverbrauch zurückgehen, da Heizsysteme und Industrieanwendungen mit Gas aufgrund von Effizienz- und Kostenvorteilen elektrifiziert werden. Es besteht also keine Knappheit an Brennstoffen und Brennstofflagern.
Biogas & Wasserstoff
In Deutschland trägt auch Biogas relevant zur Stromerzeugung bei. 2024 war es laut statistischem Bundesamt für 6,5 Prozent der Stromerzeugung verantwortlich. Die Relevanz von Biogas lässt sich auf mehrere Arten, vor allem durch eine Flexibilisierung, steigern. So kann Biogas außerhalb von Dunkelflautenzeiten erzeugt und vor Ort gespeichert werden. Biomethananlagen wiederum können in „Erdgasqualität“ den Brennstoff ins allgemeine Gasnetz einspeisen. In der Dunkelflaute lässt sich dann das gespeicherte Biogas in größeren Motoren nutzen und Biomethan verstromen. Auch kann in der Dunkelflaute die Menge des Brennstoffs Biogas innerhalb von Tagen erhöht werden, indem Biogasanlagen durch geänderte Fütterung die Gasproduktion der Anlagen erhöhen. Die Rolle von Biomethan in Dunkelflauten lässt sich durch Innovationen wie z.B. LKW-Transport von Biogas zu Methanisierungsanlagen noch steigern.
Gasmotoren und kleinere Turbinen können bereits Wasserstoff nutzen. Derzeit werden große Kraftwerksturbinen entwickelt, die in einigen Jahren Wasserstoff einsetzen können. Der grüne Wasserstoff stammt aus Erneuerbaren Energien. Nach der Erzeugung lässt sich dieser Wasserstoff speichern und dann vor allem in Dunkelflauten nutzen. Grüner Wasserstoff lässt sich sowohl in Deutschland/Europa erzeugen als auch importieren, sei es durch Pipelines oder durch Schiffe. Im letzteren Fall kann Wasserstoff direkt oder als Wasserstoffderivate wie Methanol oder Ammoniak importiert werden. Diese Importe können wiederum zwischengelagert werden und nach Rückumwandlung in thermischen Kraftwerken Strom erzeugen.
Je mehr die thermische Stromerzeugung in Gaskraftwerken auf bilanziell CO2-freie Gase wie Biogas bzw. Biomethan oder gleich auf grünen Wasserstoff umgestellt wird, desto geringer wird der CO2-Ausstoß bei der Stromerzeugung. Zugleich verringern diese alternativen Gase auch unsere Abhängigkeit von Erdgasimporten. Die große Abhängigkeit von russischem Erdgas führte nach der Großinvasion Russlands in die Ukraine bekanntlich zu einer Energiekrise in Deutschland und Europa. Diese hatte nicht mit zu geringen Kraftwerkskapazitäten zu tun, sondern mit dem Wegfall der russischen Erdgaslieferungen. Auch die daraus folgende Strompreiskrise war allein eine Folge dieser Gasmangellage.
Biogas funktioniert in mehrfacher Hinsicht als Speicher.
Turbinen und Motoren können Biogas heute schon problemlos nutzen, bei Biomethan sogar ohne technische Anpassungen, da es auf Erdgasqualität aufbereitet ist. In Deutschland existieren bereits tausende Biogasanlagen, die Energie auf zwei Wegen speichern: zuerst im Substratspeicher (Silo) vor der Vergärung und anschließend im an den Fermenter angeschlossenen Biogasspeicher.
Biomethan als Langzeitspeicher für mehr Versorgungssicherheit
Im Fall von Biomethan wird Biogas in Biomethanisierungsanlagen auf „Erdgasqualität“ aufgearbeitet und danach ins Gasnetz eingespeist. Es kann dann in den großen Gasspeicher eingespeichert werden. Die Rolle von Biomethan in Dunkelflauten lässt sich durch Innovationen wie z.B. LKW-Transport von Biogasanlagen zu Methanisierungsanlagen noch steigern. Damit lässt sich auch Biogas aus Biogasanlagen, die nicht ans Gasnetz angeschlossen sind, als Biomethan langzeitspeichern. Biomethan kann also im Sommerhalbjahr eingespeichert und dann in einer Dunkelflaute gezielt wieder verstromt werden.
Übersicht: Wir haben bereits alle Brennstoff-Typen, die wir brauchen.
Um Dunkelflauten zuverlässig zu überbrücken, stehen uns bereits heute alle relevanten Brennstoffe für flexible Kraftwerke zur Verfügung: Wasserstoff, Wasserstoffderivate, Biogas bzw. Biomethan und – für den Übergang – Erdgas.
Im Folgenden stellen wir diese gasförmigen Energieträger genauer vor. Wir zeigen ihre heutige Rolle und erläutern, wie sich ihr Einsatz und ihre Verfügbarkeit in den kommenden Jahren entwickeln werden. Diese Brennstoffe bilden die Basis dafür, dass flexible Turbinen- und Motorenkraftwerke auch in Zukunft verlässlich einspringen können, wenn Wind und Sonne einmal nicht ausreichen. Daneben wird es auf absehbare Zeit noch Kohlekraftwerke in der Reserve geben, deren Kohleverbrauch wird naturgemäß unerheblich sein.
Erdgas
Erdgas spielt heute noch eine wichtige Rolle, um Dunkelflauten zuverlässig abzusichern. Deutschland verfügt über große Erdgasspeicher, die aktuell rund drei Monate Bedarf abdecken können. Durch die fortschreitende Elektrifizierung von Wärme, Verkehr und Industrie wird der Gasbedarf künftig deutlich sinken, wodurch die vorhandenen Speicher noch länger reichen. Für Gasspeicher braucht man ein “Ladegerät”: Heute füllen wir sie über Pipelines und teilweise über „schmutzige Tanker“ mit fossilem Gas. Perspektivisch können dieselben Speicher mit Biomethan oder synthetischen Gasen geladen werden. Manche dieser Speicher werden auf grünen Wasserstoff umgerüstet, siehe unten. So bleibt die Infrastruktur erhalten – nur der Energieträger wird sauberer.
Biogas
Biogas ist heute der wichtigste erneuerbare Langzeitspeicher, neben Holz. Turbinen und Motoren können es heute schon problemlos nutzen, bei Biomethan sogar ohne technische Anpassungen, da es auf Erdgasqualität aufbereitet ist. In Deutschland existieren bereits tausende Biogasanlagen, die Energie auf zwei Wegen speichern: zuerst im Substratspeicher (Silo) vor der Vergärung und anschließend im an den Fermenter angeschlossenen Biogasspeicher oder im Fall von Biomethan im öffentlichen Netz und in großen Erdgasspeichern. Dadurch kann im Sommerhalbjahr erneuerbares Gas gespeichert und in einer Dunkelflaute gezielt wieder verstromt werden. Zum Vergleich: 2024 erzeugten Erdgaskraftwerke 72,2 TWh Strom. Solche Kapazitäten können perspektivisch zunehmend durch Biomethan gedeckt werden.
Wasserstoff
Wasserstoff wird in Zukunft eine wichtige Rolle dabei spielen, um Dunkelflauten zuverlässig zu überbrücken. Moderne Gasmotoren können bereits heute beigemischten Wasserstoff verbrennen. Kleine Gasturbinen, etwa Modelle bis 34 MW wie von Kawasaki, laufen schon vollständig mit Wasserstoff oder sind dafür vorbereitet. Bei manchen Gasturbinen reicht es aus, die Erdgasbrennkammern durch Wasserstoffbrennkammern zu tauschen, um sie auf Wasserstoff umzurüsten. Für die langfristige Speicherung stehen in Deutschland ideale Bedingungen bereit: In Norddeutschland existieren große unterirdische Kavernen, die perspektivisch enorme Mengen Wasserstoff saisonal speichern können, ähnlich wie bisher Erdgas. Diese Infrastruktur ist zum großen Teil bereits vorhanden und kann schrittweise umgerüstet werden. Künftig wird Wasserstoff zudem über Pipelines transportiert.
Holz und Müll
Holzkraftwerke setzen in Deutschland vor allem günstiges Altholz ein. Sie erzeugen – wie Müllverbrennungsanlagen auch – während einer Dunkelflaute Strom. Meist erzeugen sie zusätzlich Wärme, z.B. für Wärmenetze.
Uran
In Deutschland ist der Kernenergieausstieg vollzogen. In manchen anderen Ländern werden weiterhin Kernkraftwerke mit Uran betrieben. Die Anzahl der Kernkraftwerke stagniert weltweit seit Jahren. Die Netzanschlüsse der ehemaligen Kernkraftwerke in Deutschland sind schon längst für den Stromnetzausbau und für den Anschluss von Kurzzeitspeichern verplant.
„Biogas ist ein wichtiger Baustein für die Versorgungssicherheit eines erneuerbaren Stromsystems. Statt fossile Kraftwerke neu zu errichten, können wir mit den knapp 10.000 deutschen Biogasanlagen auch bestehende erneuerbare Kraftwerke ertüchtigen, und so bis 2030 etwa 12 GW gesicherte Leistung klimafreundlicher und kostengünstiger bereitstellen.“
Sicher durch die Dunkelflaute: Die Anleitung auf zwei Seiten
Das Faktenpapier Dunkelflaute zeigt auf zwei Seiten, wie Dunkelflauten heute, morgen und übermorgen bewältigt werden. Welche Brennstoffe werden wir nutzen? Welche Technologien werden eingesetzt? Wie werden Batteriespeicher helfen? Was für eine Entwicklung wird Biogas in den nächsten Jahren durchlaufen? Wir haben die wichtigsten Punkte dieser Webseite für Sie zusammengefasst.