Stromerzeugung in Deutschland

Gas-Kraftwerke als zuverlässiges Back-up

Die Strom­er­zeu­gung in Deutsch­land ver­än­dert sich der­zeit grund­le­gend: 2023 wurde der Aus­stieg aus der Kern­ener­gie voll­en­det und spä­tes­tens 2038 soll das letz­te Koh­le­kraft­werk in Deutsch­land vom Netz ge­nom­men wer­den. Der zu­neh­men­de Aus­bau der er­neu­er­ba­ren Ener­gien, die in 2023 erst­mals mehr als die Hälf­te der Strom­er­zeu­gung stell­ten, ist ein wich­ti­ger Schritt für die Trans­for­ma­ti­on un­se­res Ener­gie­sys­tems hin zur Kli­ma­neu­tra­li­tät. Doch schon bis zum Jahr 2030 wird ein sig­ni­fi­kan­ter Teil der Koh­le­ver­stro­mung aus dem Netz ge­hen und zeit­gleich soll der An­teil der er­neu­er­ba­ren Ener­gien bei der Strom­er­zeu­gung auf 65 Pro­zent an­wach­sen. Das macht die In­stal­la­ti­on ge­si­cher­ter Leis­tung als Back-Up zu den vo­la­ti­len Er­neu­er­ba­ren deut­lich schnel­ler als bis­lang not­wen­dig. 

Die wei­tere Ausgestaltung der Kraftwerksstrategie hat da­her in 2024 ei­ne sehr Prio­ri­tät. Sie soll den drin­gend not­wen­di­gen Rah­men für die In­ves­ti­ti­o­nen in neue Kraft­wer­ke schaf­fen. Zu­dem wird der Bau von was­ser­stoff­fä­hi­gen Gas­kraft­wer­ken auch die Nach­fra­ge nach Was­ser­stoff an­re­gen, was für die Aus­las­tung des Was­ser­stoff­kern­net­zes ent­schei­dend ist.

Cover der aktuellen Ausgabe des Gasmagazins

Gasmagazin, Ausgabe 1/2024

Wie sieht das Strom­system un­se­rer Zu­kunft aus? Und wel­che Rol­le spielt da­bei die Kraft­werks­stra­te­gie? Die­sen Fra­gen sind wir in der Ti­tel­ge­schich­te des ak­tu­el­len g-Ma­ga­zins nach­ge­gan­gen. Klar ist: Wir be­nö­ti­gen was­ser­stoff­fä­hi­ge Kraft­wer­ke, um künf­tig auch ohne Koh­le­kraft­wer­ke in Zei­ten von Dun­kel­flau­ten die Strom­ver­sor­gung zu si­chern. Das Was­ser­stoff­kern­netz ist ein zen­tra­ler Bau­stein, da­mit der Was­ser­stoff dann auch zu den Kraft­wer­ken kommt. "Wir lö­sen das Henne-Ei-Prob­lem", sagt Dr. Philipp Steinberg, Lei­ter der Ab­tei­lung Wirt­schafts­sta­bi­li­sie­rung und Ener­gie­si­cher­heit im Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz, da­zu in un­se­rem In­ter­view. Wich­tig ist der Ener­gie­trä­ger vor al­lem bei der De­kar­bo­ni­sie­rung der In­dus­trie. So auch für den Pa­pier­her­stel­ler RDM Arnsberg. In un­se­rer Re­por­tage er­fah­ren Sie mehr über des­sen Weg zur Kli­ma­neu­tra­li­tät.

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Kohleausstieg ist der wichtigste Baustein zum Erreichen der Klimaziele 2030

2022 kam es im Strom­mix wie­der ver­stärkt zur Nut­zung von Koh­le und auch 2023 war Braun­koh­le der am zweit­häu­figs­ten ein­ge­setz­te Ener­gie­trä­ger. Da­durch stie­gen die CO2-Emis­si­o­nen im Strom­sek­tor wie­der an. Der Wech­sel der Ener­gie­trä­ger hat­te zwei Grün­de: Zum ei­nen mach­te der ho­he Gas-Preis die Koh­le­ver­stro­mung güns­ti­ger als die Gas-Ver­stro­mung. Zum an­de­ren hol­te die Bun­des­re­gie­rung Koh­le­kraft­wer­ke zu­rück ans Netz, um ei­ne Gas-Man­gel­la­ge zu ver­mei­den. Für den Kli­ma­schutz müss­te al­ler­dings mehr Gas in mo­der­nen, gut re­gel­ba­ren Kraft­wer­ken ein­ge­setzt wer­den. Denn sie sind die ide­a­len Part­ner für ei­nen Aus­bau der er­neu­er­ba­ren Ener­gien.

Bruttostromerzeugung nach Energieträgern 2023

Gas im deutschen Strommix

Quelle: AGEB, Stand: 12/2023; insgesamt 514,6 Mrd. kWh (vorläufige Zahlen)

Anteil von Gas an der Stromerzeugung bleibt stabil

Die Strom­er­zeu­gung in Deutsch­land war im ver­gan­gen­en Jahr deut­lich rück­läu­fig. Ins­ge­samt wur­den rund 515 Te­ra­watt­stun­den Strom er­zeugt – 11 Pro­zent we­ni­ger als im Vor­jahr. Ge­nau wie beim rück­läu­fi­gen Gas­ver­brauch macht sich auch hier der an­hal­ten­de kon­junk­tu­rel­le Ab­schwung be­merk­bar. Auf­grund ho­her Ener­gie­kos­ten muss­ten zahl­rei­che Be­trie­be im ver­gan­ge­nen Jahr ih­re Pro­duk­ti­on stark dros­seln.  Zu­dem sind die Strom­im­por­te Deutsch­lands deut­lich ge­stie­gen, wäh­rend im glei­chen Zeit­raum we­ni­ger Strom ex­por­tiert wur­de. Ins­ge­samt hat Deutsch­land 54,1 Te­ra­watt­stun­den im­por­tiert, aber nur 42,4 Te­ra­watt­stun­den aus­ge­führt.

Erst­mals stamm­te mehr als die Hälf­te des in Deutsch­land er­zeug­ten Stroms aus er­neu­er­ba­ren Quel­len. Der An­teil von Gas an der Strom­er­zeu­gung blieb auch im Jahr 2023 sta­bil. Ins­ge­samt wur­den 80 Te­ra­watt­stun­den Strom aus Gas er­zeugt. Zu­gleich sank der Bei­trag von Koh­le­kraft­wer­ken er­heb­lich: Die Strom­er­zeu­gung aus Stein­koh­le ging um fast 37 Pro­zent, die aus Braun­koh­le um fast 25 Pro­zent zu­rück. Nach der end­gül­ti­gen Ab­schal­tung der drei letz­ten Kern­kraft­wer­ke im April 2023 leis­tet die Kern­kraft kei­nen nen­nens­wer­ten Bei­trag mehr zur Strom­er­zeu­gung in Deutsch­land.

Quelle: Umweltbundesamt, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
  Gas Steinkohle Braunkohle
Installierte Leistung in GW 34,8 18,94 18,55
Theoretische Volllast bei 8760 Jahresstunden 304,8 165,9 162,5
Kraftwerksauslastung 15 % 22 % 48 %
Emissionswerte in g CO2/kWh 381 853 1137

Auslastung deutscher Kraftwerke

2020–2022

Uns läuft die Zeit da­von. Wir müs­sen end­lich Maß­nah­men er­grei­fen, die schnell wir­ken. Mit Gas als CO2-ärms­ten un­ter den fos­si­len Brenn­stof­fen kön­nen wir mit dem ver­blei­ben­den CO2-Bud­get die meis­te Ener­gie er­zeu­gen. Wir ge­win­nen wert­vol­le Zeit, um die Ener­gie­wen­de si­cher und vor al­lem re­a­lis­tisch um­zu­set­zen. Und in der Zu­kunft kann Erd­gas durch Was­ser­stoff er­setzt wer­den und so für ei­ne kli­ma­neu­tra­le Strom­er­zeu­gung sor­gen.

Dr. Timm Kehler, Vorstand Zukunft Gas
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Moderne wasserstofffähige Gaskraftwerke

Sichern auch in Zukunft die zuverlässige Versorgung mit Strom in Deutschland

Die Strom­wen­de ist ein gi­gan­ti­scher Um­bau mit ei­nem kla­ren Ziel: die CO2-Emis­si­o­nen des Strom­sek­tors wei­ter zu re­du­zie­ren – lang­fris­tig auf null. Ne­ben der Emis­si­ons­re­duk­ti­on steht auch das Thema Ver­sor­gungs­si­cher­heit oben auf der Agen­da. Denn er­neu­er­ba­re Ener­gie ist wit­te­rungs­ab­hän­gig und kaum spei­cher­bar.

Versorgungssicherheit statt kalter Dunkelflaute

Die Lü­cke zwi­schen dem Weg­gang der Atom­kraft und Koh­le so­wie dem Zu­bau von Er­neu­er­ba­ren müs­sen Gas-Kraft­wer­ke fül­len. Denn wenn die Son­ne nicht scheint und der Wind nicht weht, hat Deutsch­land oh­ne Gas-Kraft­wer­ke ein Ver­sor­gungs­pro­blem. Ge­ra­de im Win­ter, wenn es kalt und dun­kel ist, steigt der Strom­be­darf.

Gas­-Kraft­wer­ke sind in­ner­halb we­ni­ger Mi­nu­ten ein­satz­be­reit und kön­nen die schwan­ken­de Ein­spei­sung von er­neu­er­ba­ren Ener­gien aus­glei­chen. Das macht sie zu ide­a­len Part­nern für die Er­neu­er­ba­ren.

CO2-Intensität der Stromerzeugung im internationalen Vergleich

Deutscher Strommix wird nur langsam sauberer

Trotz des ver­gleichs­wei­se ho­hen An­teils er­neu­er­ba­rer Ener­gie­trä­ger an der Strom­er­zeu­gung ver­bes­sert sich die CO₂-Bi­lanz des deut­schen Strom­mi­xes nur lang­sam. In­ner­halb der ver­gan­ge­nen 20 Jah­re ha­ben sich die spe­zi­fi­schen CO₂-Emis­si­o­nen in Deutsch­land um nur 23 Pro­zent ver­rin­gert – von 497 Gramm CO₂ pro Ki­lo­watt­stun­de im Jahr 2002 auf 385 Gramm pro Ki­lo­watt­stun­de im Jahr 2022. Die Brut­to­strom­er­zeu­gung in Deutsch­land ge­hört da­mit zu den kli­ma­schäd­lichs­ten in Eu­ro­pa. Um die Kli­ma­bi­lanz des deut­schen Stroms zu ver­bes­sern und gleich­zei­tig die Strom­er­zeu­gung an 365 Ta­gen im Jahr zu ge­währ­leis­ten, braucht es so­wohl ei­nen schnel­le­ren Aus­bau er­neu­er­ba­rer Ener­gie­trä­ger als auch ei­nen be­schleu­nig­ten Um­stieg weg von der Koh­le hin zu H2-ready Gas­kraft­wer­ken.

CO2-Intensität der Stromerzeugung im internationalen Vergleich

 

 

Kli­ma­scho­nen­den Gas-Kraft­wer­ken kommt des­halb in den nächs­ten Jah­ren ei­ne wach­sen­de Be­deu­tung zu: Sie sto­ßen bis zu 65 Pro­zent we­ni­ger CO2 aus als Koh­le­kraft­wer­ke.

Denn zum ei­nen sind Gas­kraft­wer­ke deut­lich ef­fi­zien­ter. Ihr so­ge­nann­ter Brenn­stoff­aus­nut­zungs­grad liegt bei bis zu 58 Pro­zent und da­mit durch­schnitt­lich um 14 Pro­zent hö­her als bei Stein­koh­le und um 18 Pro­zent hö­her als bei Braun­koh­le. Der Wert gibt an wie viel elek­tri­sche Leis­tung und Nutz­wär­me aus ei­nem Brenn­stoff ge­won­nen wer­den kann.

Zum an­de­ren ver­ur­sa­chen Gas­kraft­wer­ke deut­lich we­ni­ger CO₂-Emis­si­o­nen. Wäh­rend bei der Braun­koh­le- und Stein­koh­le­ver­stro­mung 1.135 bzw. 852 Gramm CO₂ pro er­zeug­ter Ki­lo­watt­stun­de Strom emit­tiert wer­den, wei­sen Gas­kraft­wer­ke ei­nen Emis­si­ons­wert von nur 409 Gramm CO₂ pro Ki­lo­watt­stun­de auf.

Aktuelles Tempo des Gas-Kraftwerkzubaus noch nicht ausreichend

Die Markt­si­tu­a­ti­on für Gas-Kraft­wer­ke hatte sich im Zu­ge des Fuel Switches von Koh­le zu Gas be­reits ver­bes­sert: Die An­la­gen waren bes­ser aus­ge­las­tet und da­mit wirt­schaft­lich trag­fä­hig. Auf­grund des rus­si­schen An­griffs­krie­ges auf die Ukraine stag­nier­te bzw. ver­schlech­ter­te sich je­doch die Si­tu­a­ti­on schlag­ar­tig. Zwar wer­den auch neue Gas-Kraft­wer­ke ge­baut, doch der ak­tu­el­le Zu­bau und die bis­her be­kann­ten Pla­nun­gen für neue Kraft­wer­ke rei­chen noch nicht aus, um die skiz­zier­te Ver­sor­gungs­lü­cke zu schlie­ßen.

Ein po­si­ti­ves Sig­nal sen­de­te die im Som­mer 2022 vom EU-Par­la­ment ge­bil­lig­te nach­hal­ti­ge Ein­stu­fung von In­ves­ti­ti­o­nen in was­ser­stoff­fä­hi­ge Gas­-Kraft­wer­ke. Was­ser­stoff­fä­hi­ge Gas­-Kraft­wer­ke ver­ei­nen ei­ne fle­xib­le Strom­ver­sor­gung und Kli­ma­schutz. Mit Blick auf ei­nen Pla­nungs-, Ge­neh­mi­gungs- und Bau­pro­zess von bis zu acht Jah­ren, müs­sen In­ves­ti­ti­o­nen zeit­nah ge­tä­tigt wer­den. An­sons­ten droht ei­ne Ver­zö­ge­rung des Koh­le­aus­stiegs. 

Ak­tu­ell (Mit­te Ja­nu­ar 2024) liegt noch kei­ne fi­na­le Kraft­werks­stra­te­gie vor, die kla­re Rah­men­be­din­gun­gen schafft, den Bau von was­ser­stoff­fä­hi­gen Gas­kraft­wer­ken an­reizt und für In­ves­ti­ti­ons­si­cher­heit sorgt.

Für Ener­gie­wen­de und Kli­ma­schutz ist das ein schlech­tes Sig­nal. Bis zur nächs­ten Kli­ma­ziel­mar­ke 2030 muss der CO2-Aus­stoß in Deutsch­land um min­des­tens 122 Mil­li­o­nen Ton­nen pro Jahr sin­ken. Die ge­plan­te Re­duk­ti­on wird nur ge­lin­gen, wenn der Zu­bau bei den Er­neu­er­ba­ren for­ciert wird und die noch be­ste­hen­den Koh­le­kraft­wer­ke zü­gig durch ef­fi­zien­te und kli­ma­scho­nen­de was­ser­stoff­fä­hi­ge Gas-Kraft­wer­ke er­setzt wer­den.

Versorgungssicherheit wird im Strommarkt derzeit nicht vergütet

Da­zu tra­gen die ak­tu­el­len Markt­be­din­gun­gen ent­schei­dend bei. Der Strom­markt in Deutsch­land ist ein Energy-only-Markt, das heißt: Der Strom­preis bil­det sich aus­schließ­lich aus An­ge­bot und Nach­fra­ge der tat­säch­li­chen Strom­er­zeu­gung. Gas­-Kraft­wer­ke sind als re­gel­ba­re Er­zeu­gungs­an­la­gen da­zu in der La­ge, Ka­pa­zi­tä­ten vor­zu­hal­ten und an­zu­bie­ten, die zur Ab­si­che­rung von Eng­pass­si­tu­a­ti­o­nen er­for­der­lich sind. Im Energy-only-Markt wird die­se Dienst­leis­tung aber nicht ver­gü­tet. In­ves­to­ren ha­ben des­halb kei­nen An­reiz, in sol­che Kraft­werks­ka­pa­zi­tä­ten zu in­ves­tie­ren, die zum Bei­spiel auch bei ei­ner Dun­kel­flau­te be­reit­ste­hen, wenn die Strom­er­zeu­gung aus er­neu­er­ba­ren Ener­gien nicht aus­reicht. Un­ter die­sen Be­din­gun­gen kön­nen Gas-Kraft­wer­ke nur zu Spit­zen­last­zei­ten wirk­lich wirt­schaft­lich ar­bei­ten, wenn der Strom­preis punk­tu­ell in die Hö­he schießt.

Ne­ben dem Kli­ma­schutz ist auch ein ge­sell­schaft­lich ak­zep­ta­bles Ver­sor­gungs­si­cher­heits­ni­veau wich­tig. Es ist al­ler­dings un­klar, ob der in Deutsch­land gel­ten­de Energy-only-Markt auch zu­künf­tig ein sol­ches Ni­veau ge­währ­leis­ten kann.

Neues Strommarktdesign

Gas-Kraftwerke gleichen Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien aus

Gas-Kraft­wer­ke glei­chen als Back-up die schwan­ken­de Strom­ein­spei­sung aus er­neu­er­ba­ren Ener­gien aus. Da­für sind sie nicht nur nö­tig, son­dern auch her­vor­ra­gend ge­eig­net: Gas-Kraft­wer­ke lie­fern emis­si­ons­ar­men Strom, sie sind re­gel­bar und hoch­fle­xi­bel und sprin­gen bei Be­darf schnell ein, wenn die Son­ne nicht scheint und der Wind nicht weht.

Ein Gas-Kraft­werk ist sehr schnell auf Voll­last hoch­ge­fah­ren und lässt sich auch schnell wie­der he­run­ter­fah­ren, wenn der Strom­be­darf sinkt oder wie­der mehr Strom aus er­neu­er­ba­ren Ener­gien zur Ver­fü­gung steht. Das macht emis­si­ons­ar­me Gas-Kraft­wer­ke zu ei­nem ide­a­len Part­ner der Er­neu­er­ba­ren.

Flexible Gas-Kraftwerke gleichen Schwankungen der Erneuerbaren aus

Aus den Schorn­stei­nen von Gas-Kraft­wer­ken ent­weicht bis zu 65 Pro­zent we­ni­ger CO2 als aus Braun­koh­le­kraft­wer­ken. Au­ßer­dem lie­fern Gas-Kraft­wer­ke sys­tem­re­le­van­te Dienst­leis­tun­gen wie zum Bei­spiel die Blind­leis­tung, al­so die Ener­gie, die un­ter an­de­rem da­zu be­nö­tigt wird, das Gleich­ge­wicht zwi­schen Er­zeu­gung und Ver­brauch im Strom­netz sta­bil zu hal­ten, wenn Er­neu­er­ba­re nicht ins Netz ein­spei­sen.

Schwarzstartfähigkeit von Gas-Kraftwerken

Gas-Kraft­wer­ke sind zu­dem schwarz­start­fä­hig, das heißt: Sie kön­nen zum Bei­spiel bei ei­nem Black­out oh­ne ex­ter­ne Ener­gie­zu­fuhr wie­der an­ge­fah­ren wer­den und Deutsch­land in­ner­halb we­ni­ger Mi­nu­ten wie­der mit Strom ver­sor­gen. Gas-Kraft­wer­ke kön­nen so­mit voll­stän­dig au­to­nom die Strom­ver­sor­gung wie­der­her­stel­len und sind der ide­a­le Part­ner der Er­neu­er­ba­ren Ener­gien: Ne­ben ge­rin­gen Emis­si­o­nen und Fle­xi­bi­li­tät sind sie auch be­son­ders re­si­lient.

Gesicherte Stromversorgung auch bei Dunkelflaute

Kli­ma­schutz und Ener­gie­wen­de dür­fen aber nicht da­zu füh­ren, dass die Zu­ver­läs­sig­keit der Strom­ver­sor­gung ei­ne un­ter­ge­ord­ne­te Rol­le spielt. Die Strom­er­zeu­gung von er­neu­er­ba­ren Ener­gien schwankt je nach Wit­te­rung stark. Auch in Zei­ten ei­ner Dun­kel­flau­te – al­so zum Bei­spiel an kal­ten, wind­stil­len Win­ter­aben­den – müs­sen ge­nü­gend re­gel­ba­re Back-up-Ka­pa­zi­tä­ten be­reit­ste­hen, da­mit kei­ne Ver­sor­gungs­lü­cken ent­ste­hen.

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