Das Umwelt-Lexikon

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Dunkelflaute bezeichnet im Umweltkontext eine meteorologische Wetterlage, bei der über einen längeren Zeitraum hinweg gleichzeitig wenig oder gar kein Wind weht (Windflaute) und die Sonneneinstrahlung gering ist (Dunkelheit). Dieses Phänomen ist eine zentrale Herausforderung für Energiesysteme, die stark auf erneuerbaren Energien wie Windkraft und Photovoltaik basieren, da es zu einer erheblichen Reduzierung der Stromerzeugung aus diesen Quellen führt.

Allgemeine Beschreibung

Der Begriff "Dunkelflaute" ist ein Kofferwort, das die beiden entscheidenden Faktoren für die Stromerzeugung aus Wind und Sonne kombiniert: das Fehlen von Wind und das Fehlen von Sonnenlicht. Solche Perioden treten typischerweise in den Wintermonaten auf, wenn die Tage kürzer sind und die Sonne tiefer steht, und gleichzeitig Hochdruckgebiete für windstille Wetterlagen sorgen. Eine Dunkelflaute kann mehrere Tage andauern und stellt ein Energiesystem, das auf einer hohen Durchdringung mit fluktuierenden erneuerbaren Energien basiert, vor die Aufgabe, die Stromversorgung anderweitig zu sichern.

Wesentliche Merkmale einer Dunkelflaute sind:

• Geringe Windenergieerzeugung: Windkraftanlagen stehen aufgrund mangelnden Windes still oder produzieren nur einen Bruchteil ihrer Nennleistung.

• Geringe Photovoltaik-Erzeugung: Aufgrund von Dunkelheit (Nacht), starker Bewölkung oder Nebel produzieren Solaranlagen wenig bis keinen Strom.

• Gleichzeitiges Auftreten: Das kritische Element ist das synchrone Auftreten beider Bedingungen, was die Gesamtverfügbarkeit erneuerbarer Energien stark reduziert.

• Dauer: Dunkelflauten können von wenigen Stunden bis zu mehreren Tagen reichen.

• Saisonalität: Sie treten häufiger in den Wintermonaten auf, wenn der Strombedarf durch Heizen und Beleuchtung gleichzeitig hoch ist.

Spezielle Anwendungen und Rolle im Umweltkontext

Die Dunkelflaute ist ein Schlüsselfaktor in der Debatte um die Energiewende und die Versorgungssicherheit mit 100 % erneuerbaren Energien:

• Herausforderung für die Netzstabilität: Während einer Dunkelflaute muss die fehlende Stromerzeugung aus Wind und Sonne durch andere Quellen ausgeglichen werden, um die Stabilität des Stromnetzes zu gewährleisten und Blackouts zu vermeiden.

• Bedarf an Backup-Kapazitäten: Dies erfordert den Einsatz von steuerbaren Kraftwerken (z.B. Gaskraftwerke, Biomassekraftwerke) oder Energiespeichern, die schnell hochgefahren werden können.

• Speichertechnologien: Die Entwicklung und der Ausbau von Langzeitstromspeichern (z.B. Wasserstoffspeicher, Pumpspeicherkraftwerke, Großbatterien) sind zentrale Lösungsansätze, um überschüssigen Strom aus wind- und sonnenreichen Zeiten für Dunkelflauten zu speichern.

• Sektorenkopplung: Die Verknüpfung von Strom-, Wärme- und Verkehrssektor kann dazu beitragen, Lastspitzen zu glätten und die Flexibilität des Systems zu erhöhen, z.B. durch Power-to-Heat-Anwendungen.

• Netzausbau und europäische Vernetzung: Ein leistungsfähiges Stromnetz und die Vernetzung mit Nachbarländern ermöglichen den Import von Strom aus Regionen, in denen gerade Wind weht oder die Sonne scheint.

• Nachfrageflexibilisierung (Demand-Side-Management): Anreize für Verbraucher, ihren Stromverbrauch in Zeiten der Dunkelflaute zu reduzieren oder in Zeiten hoher Erzeugung zu verlagern.

Anwendungsbereiche

Das Konzept der Dunkelflaute ist relevant in folgenden Bereichen:

• Energiewirtschaft und -politik: Bei der Planung und Gestaltung zukünftiger Energiesysteme und der Festlegung von Ausbauzielen für erneuerbare Energien.

• Netzbetreiber: Für die Sicherstellung der Netzstabilität und die Planung von Backup-Kapazitäten.

• Forschung und Entwicklung: Bei der Erforschung neuer Speichertechnologien, intelligenter Netze und Sektorenkopplung.

• Klimaschutz und Nachhaltigkeit: Als ein zu lösendes Problem auf dem Weg zu einer vollständig CO₂-neutralen Energieversorgung.

Bekannte Beispiele

• Wintermonate in Mitteleuropa: Deutschland und andere Länder in Mitteleuropa erleben regelmäßig Phasen der Dunkelflaute, insbesondere in den Monaten November bis Februar.

• Historische Ereignisse: In der Vergangenheit gab es bereits mehrfach mehrtägige Dunkelflauten, die zu hohen Strompreisen an der Börse und einem erhöhten Bedarf an konventioneller Stromerzeugung führten.

• Forschungsprojekte: Zahlreiche Forschungsprojekte in Deutschland und Europa konzentrieren sich auf die Modellierung von Dunkelflauten und die Entwicklung von Lösungen zur Bewältigung dieser Herausforderung.

Risiken und Herausforderungen

Die Dunkelflaute stellt das Energiesystem vor folgende Risiken und Herausforderungen:

• Versorgungssicherheit: Das Hauptproblem ist die potenzielle Gefahr von Stromknappheit oder Blackouts, wenn nicht genügend Backup-Kapazitäten oder Speicher vorhanden sind.

• Kosten: Der Betrieb von Backup-Kraftwerken (oft Gaskraftwerke) oder der Import von Strom während einer Dunkelflaute kann zu erheblichen Kostensteigerungen führen.

• CO₂-Emissionen: Wenn Dunkelflauten durch fossile Kraftwerke ausgeglichen werden müssen, führt dies zu erhöhten CO₂-Emissionen, was den Zielen der Energiewende entgegensteht.

• Abhängigkeit von Importen: Eine hohe Abhängigkeit von Stromimporten während Dunkelflauten kann die Energiesouveränität beeinträchtigen.

• Planungssicherheit: Die unregelmäßige Natur von Dunkelflauten erschwert die präzise Planung und Dimensionierung von Backup-Systemen.

Beispiel-Sätze

• Um die Dunkelflaute zu überbrücken, müssen wir massive Investitionen in Energiespeicher tätigen.

• Die Dunkelflaute ist eine der größten Herausforderungen für die vollständige Umstellung auf erneuerbare Energien.

• Während der letzten Dunkelflaute stiegen die Strompreise an der Börse stark an.

• Forschungsprojekte konzentrieren sich auf die Vorhersage und Bewältigung von Dunkelflauten im zukünftigen Energiesystem.

• Der Ausbau von steuerbaren Biomassekraftwerken kann helfen, die Lücken während einer Dunkelflaute zu schließen.

Ähnliche Begriffe

• Windflaute: Eine Periode mit geringer Windgeschwindigkeit.

• Residuallast: Die verbleibende Last im Stromnetz, die nicht durch fluktuierende erneuerbare Energien gedeckt werden kann.

• Versorgungssicherheit: Die Gewährleistung einer zuverlässigen und unterbrechungsfreien Energieversorgung.

• Energiespeicher: Technologien zur Speicherung von Energie, um sie bei Bedarf wieder abzugeben.

• Sektorenkopplung: Die Integration verschiedener Energieverbrauchssektoren (Strom, Wärme, Verkehr) zur Erhöhung der Systemflexibilität.

• Blackout: Ein großflächiger und länger andauernder Stromausfall.

Zusammenfassung

Die Dunkelflaute beschreibt im Umweltkontext eine Wetterlage, bei der gleichzeitig wenig Wind und geringe Sonneneinstrahlung herrschen, was die Stromerzeugung aus Windkraft und Photovoltaik stark reduziert. Sie ist eine zentrale Herausforderung für die Energiewende, da sie den Bedarf an Backup-Kapazitäten und Speicherlösungen erhöht, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten und den Übergang zu einem vollständig erneuerbaren Energiesystem zu ermöglichen.

Gas- und Kohlekraftwerke lieferten in der Dunkelflaute keinen Strom | Plusminus | MDR Dieses Video beleuchtet die Herausforderungen der Dunkelflaute und diskutiert, warum konventionelle Kraftwerke in solchen Situationen nicht immer die erwartete Leistung erbringen.