Energieangebot & Energienachfrage

Um die Versorgungssicherheit sicherzustellen und flexibel auf Schwankungen im Energieverbrauch und der Energieerzeugung reagieren zu können, benötigt man Zugriff auf gespeicherte Energie. Die einzelnen Technologien wurden im vorhergehenden Unterkapitel „Energiespeicherung“ kurz aufgezeigt.

Chemische Energie wird meistens in „Energieträgerbehältern“ (z.B. Heizöltank) zwischengespeichert und vorrätig gehalten. Thermische Energie kann in technischen Energiespeichern (z.B. Fernwärmespeicher) zwischengespeichert werden. Elektrische Energie wird entweder direkt (Kondensator) oder meistens indirekt (z.B. Akku) auch in technischen Energiespeichern zwischengespeichert.

Bei den meisten Formen der Sekundärenergie ist es von Vorteil mehr vorrätig zu haben, als man im Moment verbrauchen kann.  (Gastank, Kohlehaufen, Boiler, Öltanker, etc.) Eine grosse und wichtige Ausnahme davon ist Strom. (Elektrische Energie) Bei Strom ist es von grosser Wichtigkeit, dass sich Angebot und Nachfrage immer in der Waage halten, da es sonst zu Schäden an elektrischen Geräten und dem Stromnetz kommen kann! Deshalb liegt auf dieser Unterseite der Schwerpunkt auf der Balance von Stromverbrauch und -erzeugung.

 

Stromverbrauch und Stromerzeugung:

Da Kraftwerke die Strom aus erneuerbaren Primärenergiequellen „erzeugen“ ihre Energie aus der Natur beziehen, unterliegt die Leistung von vielen Anlagen unregelmässigen Schwankungen. Bei Windrädern dem Wetter, bei Photovoltaikanlagen dem Unterschied zwischen Sonnenstand (Tag und Nacht) und dem Wetter (Wolken), bei Laufwasserkraftwerken dem Wetter (Durchflussmenge), etc. Das heisst das Angebot an Strom verändert sich die ganze Zeit.

Gleichzeitig verändert sich aber auch der „Verbrauch“ und somit die Nachfrage nach Strom, je nach Jahres- und Tageszeit, wie man auf dem folgenden Diagramm sehen kann. In der Nacht, wenn alle schlafen, wird zum Beispiel nicht so viel Energie verbraucht, wie über die Mittagszeit, wenn viele Leute gleichzeitig am Kochen sind.

Stromverbrauch im Vergleich mit der Stromerzeugung der Schweiz

Stromverbrauch im Vergleich mit der Stromerzeugung der Schweiz (24.07.2013)

(Anmerkung: Die Stromerzeugung der Schweiz ist im Diagramm konstant höher als der Verbrauch, da im Sommer mehr Strom produziert und exportiert, als verbraucht wird. Im Winter passiert das Gegenteil und Strom wird aus dem Ausland importiert. Grund dafür sind Schwankungen bei der Wasserkraft.)

 

Für den Betrieb des Stromnetzes ist es aber wichtig, dass sich das Angebot der Kraftwerke und die Nachfrage der Verbraucher jederzeit in der Waage halten, damit die Frequenz des Wechselstroms konstant bei 50 Herz bleibt. Wird die Abweichung von den idealen 50 Herz zu gross, können elektrische Geräte und Transformatoren beschädigt werden! (Quelle: Swissgrid.ch)

Waage zwischen Angebot (Kraftwerke) und Nachfrage (Verbraucher)

Waage zwischen Angebot (Kraftwerke) und Nachfrage (Verbraucher)

 

Um dieser Problematik zu begegnen, gibt es drei mögliche Ansätze und mehrere Kombinationsmöglichkeiten aus diesen Dreien.

  1. Zurzeit wird das Stromangebot der Nachfrage angepasst. (Das heisst die grossen, hauptsächlich Wasserkraftwerke, produzieren je nach Nachfrage weniger oder mehr Strom.)
  2. In Zukunft könnte man aber auch aktiv den Verbrauch (und die Produktion kleiner Kraftwerke) anpassen. Stichwort “Smart Grid” (Englisch für “Intelligentes Netz”).  (Darauf gehe ich in einem weiteren Unterkapitel ein. Siehe „Smart Energy“)
  3. Die dritte Möglichkeit ist den Strom zwischenzuspeichern. (Siehe Unterkapitel „Energiespeicherung“)

 

Grund-, Mittel- und Spitzenlast:

In der nachfolgenden Grafik sieht man die Aufteilung der Stromproduktion in die „Grundlast, die „Mittellast“ und die „Spitzenlast“.

Darstellung zu Spitzenlast-, Mittellast und Grundlastkraftwerken

Darstellung zu Spitzenlast-, Mittellast und Grundlastkraftwerken
(Quelle: Wikipedia Urhbeber: “skyhead” und „Saibo“ Lizenz: Frei nutzbar ohne Einschränkungen)

Die Grundlast (blauer Bereich) ist immer gleich gross und wird heutzutage hauptsächlich durch Kernkraftwerke und Laufwasserkraftwerke gedeckt. In Zukunft kann diese Aufgabe neben Laufwasserkraftwerken auch durch Geothermiekraftwerke übernommen werden. Die Grundlast liegt unter dem minimalen Energiebedarf, der immer notwendig ist. Die Begründung, weshalb es die Grundlast gibt, ist einfach. Atom- und Laufwasserkraftwerke sind nur sehr schwer regelbar, deshalb produzieren sie immer ihre Nennleistung. (Das ist die Maximal bei längerem Betrieb erbringbare Leistung.)

Zusätzlich zur Grundlast- kommen noch die Mittellastkraftwerke (Grüner Bereich) hinzu, diese passen ihre Leistung soweit möglich den Erfordernissen des Strommarktes an. Das heisst sie produzieren je nach dem mehr oder weniger Energie. Mittellast-Kraftwerke sind dazu da um regelmässige, „normale“ periodische Schwankungen in der Angebotsnachfrage zu befriedigen. Mittellastkraftwerke sind heutzutage alle thermischen-Kraftwerke, das heisst alle, die irgendein Brennstoff verbrennen. (Kohle, Öl, Gas) In Zukunft kann dieser Bereich von den Wind-, Solar-, Strömungskraftwerken, etc. zusammen mit Speichertechnologien übernommen werden.

Im Gegensatz dazu werden Spitzenlast-Kraftwerke (Gelber Bereich) dann gebracht, wenn die Leistung sehr stark ansteigt, wenn Verbrauchsspitzen auftreten oder wenn unvorhersehbare Zwischenfälle eintreten. (z.B. Wenn ein anderes Kraftwerk kurzfristig ausfällt.) Spitzenlast-Kraftwerke reagieren sehr schnell und sind typischerweise Wasserkraftwerke. In Zukunft kann dieser Bereich mit anderen schnell reagierenden Energiespeichern ergänzt werden. (z.B. Grosse Akkus)

Spitzenlast-Energie ist am hochwertigsten und somit auch am teuersten, da sie sehr flexibel abrufbar ist und schnell geregelt werden kann. Es ist wichtig, diese Zusammenhänge bei den aktuellen Diskussionen zum Thema Energie im Kopf zu haben. Es ist zum Beispiel so, dass Windkraftwerke günstigeren Strom produzieren als Biomassenkraftwerke. Biomassekraftwerke wiederum sind sehr flexibel regelbar und deshalb auch wichtig. Es wird in Zukunft einen Energie-Mix geben, um die Vor- und Nachteile der erneuerbaren Energien zu kombinieren. Es gibt nicht die „Ultimative erneuerbare Energie“. Mann muss zum Beispiel auch Energie haben, wenn die Sonne mal nicht scheint, oder wenn es windstill ist. Deshalb macht es Sinn sich nicht zu sehr von einem Kraftwerkstyp abhängig zu machen, sondern verschiedene Energiequellen „anzuzapfen“. Ausserdem produzieren z.B. Geothermie- und Laufwasserkraftwerke immer gleich viel Strom und sind somit sehr gut geeignet um die „Grundlast zu decken“. Sonnenenergie ist dafür zum Beispiel bestens geeignet den grossen Strombedarf über die Mittagszeit zu decken, da praktischerweise genau in dieser Zeit am meisten Strom erzeugt wird. Zusätzlich werden heute zum Teil auch nach Osten oder Westen ausgerichtete Solarpanelfelder montiert. Diese Anlagen sind bewusst als Morgen- resp. Nachmittagsliefranten konzipiert, was auf die lokale Gesamtsituation abgestimmt sein muss.

 

Weiterführende Infos unter:

http://de.wikipedia.org/wiki/Spitzenlast

http://de.wikipedia.org/wiki/Mittellast

http://de.wikipedia.org/wiki/Grundlast

http://de.wikipedia.org/wiki/Kraftwerksmanagement

https://www.youtube.com/watch?v=W1ryI-xWGjI

-> Weitere Links folgen.

 

Letzte Änderung 14.02.2015

 

Schlagwörter: Balance, Gleichgewicht, Waage, Angebot, Nachfrage, Verbrauch, Erzeugung, Blackout, Grundlast, Mittellast, Spitzenlast, Schwankungen, Frequenz 50 Herz, Regelung

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