Wind und Solar klüger ausbauen: Mit Wetterdaten Netzstabilität erhöhen

Wie weit Planungen für eine verlässliche Energieerzeugung und die realen Bedürfnisse von Haushalten und Industrie auseinanderliegen können, zeigen Berechnungen von Forschenden des MIT. In einer kürzlich erschienen Studie vergleichen sie die herkömmliche Planung von Wind- und Solaranlagen mit einer eigens entwickelten, optimierten Methode.

Statt beispielsweise die Informationen zu Windaufkommen und Sonnenscheindauer wie üblich in einer Auflösung von 10 oder sogar 30 km zu verwenden, kommen Wetterdaten mit einer Genauigkeit von 1 bis 2 km zum Einsatz. Je nach betrachteter Region ist die Auflösung dadurch fast um den Faktor 1.000 höher.

Der zweite wichtige Punkt, der erst durch die bessere Kenntnis der örtlichen Bedingungen ermöglicht wird, ist die Abkehr von der Betrachtung der reinen Strommenge, die sich erzeugen lässt. Stattdessen findet eine Berücksichtigung der sich stündlich ändernden Bedingungen statt - nicht bei der Stromproduktion, sondern auch beim Strombedarf. So liegt dieser tagsüber deutlich über dem Bedarf bei Nacht. Zudem gibt es Spitzen in den Morgen- und Abendstunden.

Gleichmäßigere Stromproduktion, reduzierte Kosten

Mit dieser Herangehensweise konnten in den drei geprüften Regionen New England, Kalifornien und Texas die Kosten für den Ausbau, die Kosten für die Stromerzeugung und der Bedarf an Speichermöglichkeiten durchgehend verringert werden, teils um ein Drittel und mehr. So besteht eine offensichtliche Möglichkeit darin, Solarpaneele explizit nach Osten und Westen auszurichten. Dadurch sinkt zwar die Gesamtmenge an erzeugtem Strom. Die geringere Menge lässt sich aber in Zeiten hohen Bedarfs zu einem besseren Preis verkaufen. Gleichzeitig steht in diesen Spitzenzeiten mehr Strom aus preiswerten Quellen zur Verfügung.

Noch größer ist das Potential bei der Windenergie. So gibt es je nach Topologie, also den umgebenden Gewässern und Gebirgen, Gebieten, in denen stets in den Morgenstunden Wind weht, und andere, in denen nachmittags ein höheres Windaufkommen herrscht. Obwohl der Gesamtertrag fast identisch ist, wäre der Ausbau in nur einer dieser Regionen ineffizienter als beide Gebiete zu kombinieren.

Insgesamt gelang es mithilfe der verfeinerten Daten Stromnetze basierend auf Wind- und Solarenergie zu kreieren, die beinahe durchgehend im Verlauf des Tages und über das gesamte Jahr hinweg eine stabile Menge Strom liefern, zusätzlich angepasst an den herrschenden Bedarf. Das senkt nicht nur die Stromkosten in Zeiten, in denen die Netze stark ausgelastet sind. Außerdem kann Menge an Stromspeichern etwa in Form von Batterien oder das Zuschalten von Gaskraftwerken erheblich verringert werden, was die Kosten für den Ausbau erneuerbarer Energiequellen weiter senkt.

Oder wie Liying Qiu, Erstautorin der Studie, anmerkt: "Wir nutzen die natürlichen Schwankungen [von Wind und Sonne], um den Schwankungen [bei der Stromerzeugung] entgegenzuwirken."