Spitzenlast

Spitzenlast bezeichnet kurzzeitig auftretende hohe Leistungsnachfrage im Stromnetz oder in anderen Versorgungsnetzen (Erdgas, Fernwärme, Nahwärme).

Bedarfsspitzen zeichnen sich oft durch einen starken Anstieg der nachgefragten Leistung aus, so dass für die Stromversorgung schnell regelbare Spitzenlastkraftwerke eingesetzt werden müssen. Diese können innerhalb von Sekunden oder Minuten hohe Leistungen zur Verfügung stellen. Hierzu zählen unter anderem Pumpspeicher- und Druckluftspeicherkraftwerke, aber auch moderne Gasturbinenkraftwerke.

Kraftwerksmanagement und Spitzenlast

Um auch bei schwankendem Stromverbrauch die Versorgung zu jeder Zeit sicherzustellen (Versorgungssicherheit), ist ein Kraftwerksmanagement mit Spitzen nötig. Aus Sicht des Stromnetz-Managements unterscheidet man drei Kraftwerkstypen, die in unterschiedlicher Weise im Lastverlauf eingesetzt werden:

• Grundlastkraftwerke (Kernkraftwerk, Laufwasserkraftwerke, Kohlekraftwerke) werden, soweit möglich, rund um die Uhr mit Volllast betrieben. Sie können Strom relativ preisgünstig erzeugen, lassen sich aber nur langsam regeln. Bei Ausfällen in diesem Kraftwerksbereich muss hier kurzfristig Reserveleistung zur Verfügung gestellt werden können, bis andere Kraftwerke die Stromerzeugung übernehmen können. Gerade bei unplanmäßigen Ausfällen größerer Erzeugereinheiten ist dies nicht immer möglich.[1]
• Mittellastkraftwerke (z. B. Kohlekraftwerke, Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke) variieren ihre Leistung entsprechend dem vorhersehbaren Strombedarf nach einem vorher festgelegten Tagesfahrplan. Sie haben mittlere Stromgestehungskosten und lassen sich über einen weiten Leistungsbereich regeln, die Regelung wirkt allerdings mit einer gewissen Trägheit. Auf schnelle Änderungen des Strombedarfs können sie nur bedingt reagieren; diese müssen durch Spitzenlastkraftwerke abgefangen werden.
• Spitzenlastkraftwerke (Pumpspeicherkraftwerke, Druckluftspeicherkraftwerke, Gasturbinenkraftwerke) können Leistungsveränderungen im Netz schnell folgen. Gasturbinenkraftwerke erreichen Änderungsgeschwindigkeiten bis zu 20 % der Nennleistung pro Minute und haben eine Anfahrzeit von nur wenigen Minuten. Die Leistung kann zwischen 20 % und 100 % geregelt werden.[2] Sie werden dazu benutzt, die Schwankungen im Leistungsbedarf bzw. der Erzeugereinspeisung anzugleichen, die von den anderen Kraftwerkstypen nicht ausgeregelt werden können, oder bei denen dies wirtschaftlich nicht sinnvoll ist. Spitzenlastkraftwerke werden meist nur wenige Stunden pro Tag eingesetzt: zu den Verbrauchsspitzen, bei starken Lastanstiegen im Netz und bei ungeplanten Schwankungen von Stromverbrauch und Erzeugung. Durch den Verbrauch von Erdgas oder Pumpenergie ist der von ihnen erzeugte Strom deutlich teurer als der anderer Kraftwerkstypen.

Regenerative Stromerzeuger wie Solaranlagen, Windkraftanlagen und die Mehrzahl der Blockheizkraftwerke sind derzeit (2012) nicht in die aktive Netzregelung einbezogen, abgesehen von zwangsweisen Abschaltungen durch die Netzbetreiber in Problemsituationen. Diese Erzeuger auf regenerativer Grundlage speisen per Gesetz meist den gesamten erzeugten Strom in das Netz ein (Vorrangeinspeisung). Dadurch verdrängen sie vor allem Mittellastkraftwerke (Photovoltaik mittags verdrängt auch Spitzenlastkraftwerke) und senken dadurch den Strompreis an den Strombörsen.[3][4] Allerdings müssen Schwankungen der Stromerzeugung dieser Kraftwerke oft mit Hilfe von Spitzenlastkraftwerken ausgeglichen werden, was wiederum zusätzliche Kosten verursacht. Die Anpassung der Fahrpläne der Mittellastkraftwerke an die prognostizierte Stromerzeugung ist durch die fluktuierenden regenerativen Stromerzeuger komplexer geworden; die Prognosen sind genauer geworden.

Derzeit (Stand 2011) werden Methoden entwickelt, Spitzenlasten dezentral abzufangen. So können beispielsweise in Haushalten sogenannte Lastenmanager installiert werden bzw. durch Hybridwechselrichter kurzzeitige Erzeuger- und Lastschwankungen von Photovoltaikanlagen ausgeglichen werden.[5][6]

Vorhersehbare Spitzenlast

Der erhöhte Leistungsbedarf tagsüber ist in der Regel sehr gut voraussagbar. Der Verlauf der Nachfrage über den Tag ist bekannt. Sie erreicht ganzjährig die höchsten Werte zwischen ca. 11 und 14 Uhr (bis zu 82 GW in Deutschland, 1 AKW = 1,2 GW), von ca. Mitte Oktober bis Ende März außerdem oft zwischen ca. 16.30 und 19 Uhr. Ebenso gibt es recht genaue Prognosen bzgl. der Stromeinspeisung Dritter (z. B. Vorhersage der Einspeisung von Windenergieanlagen und Photovoltaikanlagen aufgrund aktueller Wettervorhersagen). Aus dem erwarteten Tagesverlauf werden Fahrpläne für die Mittellastkraftwerke erstellt. Kleinere Prognosefehler werden durch die sogenannte Regelleistung ausgeglichen, welche Kraftwerksbetreiber in verschiedenem Umfang vorhalten müssen.

Lässt sich der erwartete Lastverlauf nicht oder nicht wirtschaftlich durch Mittellastkraftwerke abdecken, so wird Spitzenlast eingesetzt:

• Werden zu bestimmten Zeiten so starke Anstiege der Last erwartet, dass dies von Mittellastkraftwerken nicht bewältigt werden kann, so werden für diesen Zeitraum Spitzenlastkraftwerke zur Unterstützung eingeplant.
• Sind Stromspitzen so kurz, dass es hierfür nicht wirtschaftlich wäre, ein Mittellastkraftwerk hochzufahren, wird für diesen Zeitraum der Einsatz von Spitzenlastkraftwerken geplant.

Unvorhersehbare Spitzenlast

Aufgrund des Ausfalls eines Grundlast- oder Mittelastkraftwerks oder einer unerwartet hohen Last im Stromnetz kann die Leistung von Spitzenlastkraftwerken erforderlich werden. Zur Bewältigung akuter Ausfälle werden unterschiedliche Kraftwerke nacheinander eingesetzt:

1. Zuerst werden Pumpspeicherkraftwerke oder Druckluftspeicherkraftwerke eingesetzt, da sie innerhalb von Sekunden hohe Leistungen zur Verfügung stellen können.
2. Nach einigen Minuten sind Gasturbinenkraftwerke hochgefahren, so dass diese die Last von den Speicherkraftwerken übernehmen können.
3. Parallel dazu werden Mittellastkraftwerke aus der Warm- oder Kaltreserve hochgefahren. Die Dauer hierfür liegt aber eher im Stundenbereich. In dem Maße, wie die Mittellastkraftwerke die Last bereitstellen können, werden die Spitzenlastkraftwerke heruntergefahren.

Strombörse

Spitzenlast wird häufig an Strombörsen gehandelt, wo sie im Extremfall mehrere Euro pro Kilowattstunde kosten kann. An der Strombörse wird allerdings nicht zwischen Spitzenlast und Mittellast unterschieden. Sämtlicher auf Tagesbasis gehandelter Strom wird hier als Spitzenlast bezeichnet, wie zum Beispiel jeglicher tagsüber erhöhter Strombedarf, der mittags etwa 50 % über der Grundlast liegt.

An der europäischen Strombörse EEX wird Spitzenlaststrom zwischen 8:00 und 20:00 Uhr in Stundenpaketen gehandelt.

Siehe auch

• Residuallast
• Installierte Leistung

Einzelnachweise

1. ↑ BCM News, 4. Juli 2009: Stromausfälle in Hamburg nach Störung im AKW Krümmel, eingefügt 28. Februar 2012.
2. ↑ EOn AG, Oktober 2009:Verträglichkeit von erneuerbaren Energien und Kernenergie im Erzeugungsportfolio (PDF; 5,0 MB).
3. ↑ taz 3. Februar 2012: Atomkraft an die Wand geblasen, eingefügt 28. Februar 2012.
4. ↑ Manager Magazin, 7. Februar 2012: Tennet-Chef zur Blackout-Gefahr, aufgerufen 28. Februar 2012.
5. ↑ Satcon Technology Corporation: PowerGate 100-kW-Solar-PV-Hybridwechselrichter, aufgerufen 28. Januar 2012.
6. ↑ voltwerk electronics GmbH: Voltwerk VS 5 Hybrid, vollintegriertes Energiemanagementsystem, aufgerufen am 28. Januar 2012.