Zeitliche Verfügbarkeit von erneuerbaren Energien

Gegen erneuerbare Energien wird häufig eingewendet, dass Sonne und Wind nicht gleichmäßig zur Verfügung stehen und nur begrenzt vorhergesagt werden können. Dadurch kann sich im Stromnetz die Differenz zwischen gesichertem Angebot und Nachfrage verschärfen. Da sich größere Mengen Elektroenergie nicht ohne verlustbehaftete Umwandlung in andere Energieformen speichern lassen (siehe auch Energiespeicher), müssen hierfür organisatorische und technische Vorkehrungen getroffen werden (siehe auch Kraftwerksmanagement).

Um die Machbarkeit zu testen, ein größeres Gebiet mit Strom aus EE sicher zu versorgen, gibt es Pilotprojekte, die die Dynamik und Einsatzmöglichkeiten von so genannten Kombikraftwerken oder Virtuellen Kraftwerken untersuchen. Hierbei werden Anlagen aus den verschiedenen EE-Bereichen (Wasser, Wind, Sonne, Biogas, etc.) zu einem Kraftwerk virtuell zusammengeschlossen und simuliert, den zeitgenauen Strombedarf, z. B. einer Großstadt zu decken.

Ob die vermehrte Nutzung von Solarstrom und Windenergie die Schere zwischen Angebot und Nachfrage weiter öffnet, ist allerdings umstritten. Während die konventionellen Kraftwerke rund um die Uhr die gleiche Leistung zur Verfügung stellen (können), passen Photovoltaikkraftwerke relativ gut zum Tagesgang im Lastprofil (tagsüber wird mehr Strom benötigt als nachts). Windkraftwerke arbeiten im (europäischen) Winterhalbjahr stärker als im Sommer und gleichen damit sowohl den Jahresgang im Verbrauch als auch die jahreszeitlichen Schwankungen im Solarstrom aus. Wasserkraftwerke sind für die Grundlastversorgung sehr gut geeignet und ihre Leistung kann meist sehr gut vorgesagt und geplant werden.

Technisch gelöst ist der Umgang mit einem Überangebot an Strom. Hierfür stehen Speicherseen in Verbindung mit Wasserkraftwerken zur Verfügung, wo mit geringen Verlusten Energie gespeichert und nach Bedarf abgegeben werden kann. Bei der Wasserkraft kann die Energieumwandlung mehrere Wochen bis Monate, bei den Biogasanlagen mehrere Stunden ohne größere Verluste aufgeschoben werden. Photovoltaik- und Windenergieanlagen können zumindest abgeschaltet und innerhalb von etwa 30 s (Selbsttest und Anfahren eines Photovoltaik-Wechselrichters) bis wenige Minuten (größere Windenergieanlagen) wieder in Betrieb genommen werden. Dies ist sogar ein Vorteil gegenüber großen Dampfkraftwerken und Kernkraftwerken, die nach einer Abschaltung mehrere Stunden bis zur vollen Leistung benötigen. Allerdings wird durch die Abschaltung von Photovoltaik- oder Windenergieanlagen, anders als bei Biogasanlagen und konventionellen Kraftwerken, kein Brennstoff gespart. Daher ist es meist wirtschaftlicher, den Strom für nachrangige, zeitlich weniger fixierte Zwecke zu „verschwenden“ oder Energiespeicher damit aufzuladen.

Zur Deckung eines akuten Strommangels können Wasserkraftwerke und Biogaskraftwerke kurzzeitig über ihrer Durchschnittsleistung, die durch den Nachschub an Wasser und Biomasse begrenzt ist, betrieben werden. Mit der heutigen Informationstechnik ist es auch möglich, zeitlich flexible Stromverbraucher (z. B. Zementmühlen, Kühl- und Heizsysteme) vorübergehend herunterzuschalten oder vom Netz zu nehmen („Lastabwurfkunden“, „Demand Side Management“).

Die Speicherung von elektrischer Energie durch Umwandlung in mechanische Energie wird bereits seit 1924 mit Pumpspeicherkraftwerken praktiziert, die etwa drei Viertel der eingespeicherten Energie wieder abgeben. An Druckluftspeicherkraftwerken wird mit Pilotanlagen geforscht. Für Druckluftspeicher nutzt man Kavernen in Salzstöcken, in denen Druckluft mit 72 Bar gespeichert wird und bei Bedarf eine Druckluftturbine antreibt. Dabei wird derzeit ein Wirkungsgrad von etwa 42 Prozent erreicht. Bei Solarthermischen Kraftwerken können Wärmespeicher (z. B. Flüssigsalztanks) einen Teil der am Tage gewonnenen Wärme aufnehmen und die Dampfturbine nachts antreiben oder bei Nachfragespitzen zusätzlichen Dampf erzeugen. Um eine Versorgungssicherheit auch bei lang anhaltendem schlechtem Wetter zu gewährleisten, ist hier auch eine Zusatzfeuerung durch Öl, Erdgas oder Biomasse möglich. Durch Geothermie erzeugte elektrische Energie steht dagegen kontinuierlich zur Verfügung und kann daher einen Beitrag zur Stabilisierung des Angebots leisten.