Ferroni vs. Novotny / Glauben oder Wissen - Streit um energietechnische Daten und Fakten / 3. Lastfolgefähigkeit der Kernkraftwerke

Ferroni vs. Novotny / Glauben oder Wissen - Streit um energietechnische Daten und Fakten / 3. Lastfolgefähigkeit der Kernkraftwerke

Dipl. Ing. ETH Ferruccio Ferroni vs. El.-Ing. HTL Radomir Novotny​

Teil 3: Lastfolgefähigkeit der Kernkraftwerke - warum muss man 25% der PV-Sommer-Stromproduktion speichern?

R. Novotny, Chefredaktor des bulletin.ch hat in seinem Artikel «Energiebilanz von Solarstrom. Von Facts zu Fake News» behauptet: „Bei Ferroni ist es unter anderem die Annahme, dass bei der Berechnung des Erntefaktors auch ein gewisser Anteil an Energiespeichern miteinbezogen werden muss. Konkret berücksichtigen sie eine Speicherung von 25 % der Solarenergie mittels Pumpspeicherkraftwerken. Ihre Fragestellung geht also bereits über die Frage hinaus, wie viel Energie netto mit dem PV-System erzeugt bzw. verbraucht wird, sondern zielt darauf ab, ein PV-System zu gestalten, das alle Bedürfnisse der Stromverbraucher kontinuierlich abdecken kann. Bei anderen Energiequellen – Bandenergieerzeugern wie Kernkraft– die alleine auch nicht über die nötige Flexibilität verfügen um die Verbrauchsfluktuationen komplett aufzufangen, werden solche Speicher beim Vergleich interessanterweise nicht vorausgesetzt."

In unserer Studie haben wir angenommen, dass rund 25 % der PV-Sommer-Stromproduktion gespeichert werden muss, um die sehr bescheidene Winter-Stromproduktion kompensieren zu können. Die Befürworter der Energiestrategie haben immer gesagt, dass es möglich sei, alle Kernkraftwerke abzuschalten. Das so entstehende Strommanko werde dann durch Sonnen - und Windstrom kompensiert. Dies ist technisch aber nur dann möglich, wenn genügend Kapazität in Form von geeigneten Stromspeichersystemen vorhanden wäre. Der gesamte Energieaufwand für Bau, Betrieb und Entsorgung solcher Systeme muss aber für die Berechnung des ERoEI-Wertes eines bedarfsgerechten Energiesystems ganz klar mitberücksichtigt werden. Den Stromkunden muss auch im Winter ausreichend und jederzeit Strom geliefert werden können. Der Wert von 25 % wird im Übrigen in einer vom BFE angeforderten Studie bestätigt.

Die Schweiz ist kein Sonnenland und im Winter resultiert durch Nebel, Schnee und Frost ein massiv geringerer Stromertrag. Im Blog von Martin Schlumpf unter «Solarproduktion im Januar 2017 [→ Schlumpf] wurden zum ersten Mal Stundenwerte für die gesamte aktuell erzielte Leistung der PV-Anlagen in der Schweiz in der nachstehenden Grafik dargestellt. Diese Bilanz ist schlicht verheerend:

Die Stromproduktion aus PV-Anlagen lag im Januar bei praktisch Null und dies bei einer total installierten Leistung von 1'665 MW. Diese Angaben gelten zudem als Mittelwert der drei, in der Regel kalten Monate, d.h. Dezember, Januar und Februar. Würde man die installierte Leistung auf 10'000 MW erhöhen, um im Sommer am Mittag bei Sonne den gesamten Bedarf decken zu können,dann wäre der Beitrag aller PV-Anlagen am gesamten Landesverbrauch während der genannten dreiMonate mit 1.8 % noch immer extrem bescheiden. Die installierte Leistung aller Anlagen am 1.1.2017 betrug 1'665 MW, resultierend in einer Stromproduktion im Januar 2017 von gerade mal 18.5 GWh, d.h. die Anlagen hatten während eines ganzen Monats, auf Volllast bezogen, nur während rund 11 Stunden Strom produziert. Anders ausgedrückt haben die Anlagen während dieser Zeit im Schnitt lediglich während etwa 21 Minuten pro Tag voll «gearbeitet»!!

Während der drei genannten Wintermonate (25% der Zeit) wären aber ebenfalls mindestens 25% des Landesbedarfs zu decken. Da die Stromproduktion aus PV-Anlagen aber höchstens ein paar Prozente betrüge wäre eine Speicherung von Strom, über die übrige Zeit eines Jahres, in der Grössenordnung von 15 TWh absolut unumgänglich.

Wie flexibel sind Kernkraftwerke?

Im Gegensatz zu Anlagen mit stochastischer Produktion benötigen Kernkraftwerke, aber auch Kohle- und Gaskraftwerke keine Speicher. Deren potentielle Energie ist in Brennstoffen mit hoher bis sehr hoher Energiedichte gespeichert und ihre Produktionsfähigkeit ist nicht wetterabhängig. Entgegen der Meinung der Solar-Lobby ist es technisch durchaus möglich Kernkraftwerke bei Grundlast, Mittellast und auch bei Spitzenlast zu betreiben. Bis ca. 1980 wurden KKWs in der Schweiz aufgrund von reinen Wirtschaftlichkeitsüberlegungen praktisch nur für den Grundlastbetrieb eingesetzt. Frankreich stellt mit 58 KKWs, und damit einem sehr hohen nuklearen Anteil am Strom-Mix, logischerweise hohe Anforderungen an deren Lastfolgefähigkeit bzw. an deren Flexibilität Im Betrieb. Seit Jahrzehnten wird die Leistung französischer KKWs an Sommer-Wochenenden, entsprechend der Last, sowohl abgesenkt wie auch erhöht, nicht zuletzt auch um die nicht regelbare Überproduktion an deutschem «Flatterstrom» gegen Bezahlung (negative Strompreise) entgegen zu nehmen.

In einem Positionspapier der europäischen Nuklearindustrie (Foratom, datiert 07.05.2018) wird die Lastfolgefähigkeit von KKWs, Kohlekraftwerken und Gaskombikraftwerken in der folgenden Grafik zusammengestellt. Die Lastfolgefähigkeit drückt aus, wie schnell die Leistung eines Kraftwerks pro Zeiteinheit (Leistungsgradient) erhöht bzw. reduziert werden kann. Ein Lastfolgebetrieb ist je nachKraftwerktyp bis zu einer vorgegebenen Leistung möglich (vgl. Grafik):

Kernkraftwerke können – ähnlich wie Kohlekraftwerke, Wasserkraftwerke oder Gaskraftwerke – im Lastfolgemodus betrieben werden . Damit tragen sie wesentlich zur Netzstabilität bei und verhindern potentielle Blackouts. Die obige Grafik zeigt nur die üblichen Werte: Die neuen Reaktoren vom Typ EPR erlauben Leistungsänderungen im Bereich von 25 % bis 100 % der Nennleistung (die Grafik zeigt 50 %) und der Leistungsgradient beträgt 10 % pro Minute im Bereich von 80% bis 100 % der Nennleistung (die Grafik zeigt 5%). Heutzutage weisen rund 25% der KKWs weltweit diese Flexibilität auf. Die Betriebserfahrungen von mehreren hundert Reaktorjahren sind positiv. Wenn man davon ausgeht, dass in Europa die unplanbaren Leistungsfluktuationen der Windkraftanlagen einen Leistungsgradienten von bis zu 80 MW pro Minute aufweisen können und ein totaler Leistungsabfall von bis 30 ́000 MW im Bereich des Möglichen liegt, muss man sich fragen wie es ohne KKW überhaupt möglich wäre, solch enorme Fluktuationen zu kompensieren, um die Stromversorgung zu gewährleisten.

Schlussfolgerung:

In seiner Replik behauptet Raugei, dass auch KKW Speicherkapazitäten benötigen um Spitzenlast abdecken zu können. Aus diesem Grund sei eine Berücksichtigung der Speicherung bei der Ermittlung von ERoEI-Werten für PV-Anlagen nicht konsistent mit den Berechnungen von ERoEI-Werten von KKW und Vergleiche daher nicht zulässig bzw. falsch. Wie oben gezeigt ist es technisch unbestritten, dass KKW die Spitzenlast abdecken können und damit die von uns verwendete Methodologie richtig ist. In der Praxis wird die Wahl der Energiequelle durch wirtschaftliche Faktoren bestimmt. In unserer Duplik, haben wir, wie auch die Reviewer des Raugei-Papers, diesen Aspekt nicht berücksichtigt bzw. widerlegt, da wir uns in erster Linie auf das Thema «ERoEI von PV-Anlagen» und nicht auf die entsprechenden Werte von KKW konzentrierten. Wir haben aber die Studie von Prof. Sinn referenziert, in der für Deutschland bei den dort herrschenden Sonne- und Windverhältnissen der Bedarf von 6 ́400 Pumpspeicheranlagen nachgewiesen wird (heute sind erst 35 im Betrieb), um auf Kernkraftwerke sowie auf fossil befeuerte Kraftwerke vollständig verzichten zu können!

Die Haltung von Raugei als Vertreter der Solarlobby und von Greenpeace ist verständlich. R. Novotny als Chefredaktor einer technischen Zeitschrift, welche die Stromversorgung der Schweiz zum Inhalt hat, sollte eigentlich über alle technischen Aspekte und über den neuesten Stand der Stromerzeugung mit verschiedenen Energieträgern im Bilde sein und deren Unterschiede kennen. Er übernimmt jedoch kritiklos die Aussagen von Raugei. Dies stellt eine Irreführung und Täuschung der Bevölkerung dar, um die PV-Technologie für Laien zu favorisieren und auf deren angebliche Vorteile hinzuweisen, die sie aber gar nicht hat. Die Folge ist eine massive Unterschätzung der Kosten der PV- Stromproduktion, wird doch der Energie-und Kostenaufwand für die, aus praktischen Gründen notwendige Speicherung ausgeblendet.

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Gäste - Philippe Huber am 11.01.2019
Lastkurven des Stromverbrauchs und der Stromproduktion sagen alles

Der Strombedarf der Schweiz im Winterhalbjahr wird technisch und wirtschaftlich nie allein durch PV gedeckt werden können. Auch wenn 50'000 MW PV Kapazität und gleich viel Speicherleistung installiert werden, das zeigen uns diese Kurven auf eindrücklicher Weise. Auch die Wasserkraftwerke sind dazu nicht in der Lage, da sie aufgrund unzureichenden Zuflüsse im Winter nicht genug Energie produzieren können. Es ist eigentlich eine ganz einfache Berechnung! Ein ETH Professor hat aber vor ein paar Jahren mit komplexen Simulationen das Gegenteil behauptet und niemand traute sich bisher das widerzulegen ...

Der Strombedarf der Schweiz im Winterhalbjahr wird technisch und wirtschaftlich nie allein durch PV gedeckt werden können. Auch wenn 50'000 MW PV Kapazität und gleich viel Speicherleistung installiert werden, das zeigen uns diese Kurven auf eindrücklicher Weise. Auch die Wasserkraftwerke sind dazu nicht in der Lage, da sie aufgrund unzureichenden Zuflüsse im Winter nicht genug Energie produzieren können. Es ist eigentlich eine ganz einfache Berechnung! Ein ETH Professor hat aber vor ein paar Jahren mit komplexen Simulationen das Gegenteil behauptet und niemand traute sich bisher das widerzulegen ...
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