Spitzenlast

Schwankender Stromverbrauch ist der Normalfall, in Ländern wie Deutschland variiert die Last um mehr als den Faktor zwei, hauptsächlich zwischen Tag und Nacht, zudem bestehen Unterschiede zwischen Werktagen und Wochenenden bzw. Feiertagen sowie im Verlauf der Jahreszeiten. An Werktagen im Januar 2019 wurden tagsüber über 75 GW nachgefragt[1], nachts ca. 53 GW, an den Wochenenden ca. 10 GW weniger. Bereits im April lagen die Spitzen nur selten über 70 GW, die Nachtminima unter 50 GW, über die Osterfeiertage wurden nur 34 bis 50 GW benötigt.[2]

Last, Wind- und Solareinspeisung und die verbleibende Residuallast in Deutschland und Luxemburg im Jan 2024 (1. bis 7. Jan), Daten Entso-E Transparenzplattform

Durch die Einspeisung erneuerbarer Energien sinkt die Grundlast, die durch Kraftwerke mit geringen Flexibilitäten gedeckt werden kann, fast auf Null, während die zu deckende Spitzenlast davon kaum beeinflusst ist. So reduzierte sich beispielhaft durch die Einspeisung von Wind- und Solarenergie in der ersten Januarwoche 2024 die Spitzenlast nur um 17 % von 65,55 GW auf 54,16 GW, während das Minimum der zu deckenden Last im gleichen Zeitraum um 97 % von 35,77 GW auf 1 GW sank.

Die verbleibende Residuallast enthält somit fast keine Grundlast mehr und stellt hohe Anforderungen an die Flexibilität des verbleibenden konventionellen Kraftwerksparks. Die Struktur der Residuallast bestimmt auch im Wesentlichen den Strompreis (siehe Merit-Order-Modell). Die Anreize des Strommarktes bewirken dann, dass auch traditionelle Grundlastkraftwerke wie Braunkohlekraftwerke alle ihre Flexibilitäten nutzen, um der Residuallast zu folgen und so maximale Erlöse im Stromhandel zu erzielen. Somit ist der klassische Einsatz von Grundkraftwerken in Deutschland nicht mehr zu beobachten (siehe Stromerzeugung in Deutschland).

Um die Versorgungssicherheit zu jeder Zeit sicherstellen zu können, ist ein veränderter Einsatz der Bestandskraftwerke nötig.

Aus Sicht des traditionellen noch nicht von Windkraft oder Photovoltaik abhängigen Stromnetz-Managements unterscheidet man drei Kraftwerkstypen, die in unterschiedlicher Weise im Lastverlauf eingesetzt werden:

• Grundlastkraftwerke (Kernkraftwerk, Laufwasserkraftwerke, Kohlekraftwerke) werden, soweit möglich, rund um die Uhr mit ihrer Nennlast (Volllast) betrieben. Sie können Strom relativ preisgünstig erzeugen, lassen sich aber nur langsam regeln. Bei Ausfällen in diesem Kraftwerksbereich muss hier kurzfristig Reserveleistung zur Verfügung gestellt werden können, bis andere Kraftwerke die Stromerzeugung übernehmen können. Gerade bei unplanmäßigen Ausfällen größerer Erzeugereinheiten ist dies nicht immer möglich.[3]
• Mittellastkraftwerke (z. B. Kohlekraftwerke, Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke) variieren ihre Leistung entsprechend dem vorhersehbaren Strombedarf nach einem vorher festgelegten Tagesfahrplan. Sie haben mittlere Stromgestehungskosten und lassen sich über einen weiten Leistungsbereich regeln, die Regelung wirkt allerdings mit einer gewissen Trägheit. Auf schnelle Änderungen des Strombedarfs können sie nur bedingt reagieren; diese müssen durch Spitzenlastkraftwerke abgefangen werden.
• Spitzenlastkraftwerke (Pumpspeicherkraftwerke, Druckluftspeicherkraftwerke, Gasturbinenkraftwerke) können Leistungsveränderungen im Netz schnell folgen. Gasturbinenkraftwerke erreichen Änderungsgeschwindigkeiten bis zu 20 % der Nennleistung pro Minute und haben eine Anfahrzeit von nur wenigen Minuten. Die Leistung kann zwischen 20 % und 100 % geregelt werden.[4] Sie werden dazu benutzt, die Schwankungen im Leistungsbedarf bzw. der Erzeugereinspeisung anzugleichen, die von den anderen Kraftwerkstypen nicht ausgeregelt werden können, oder bei denen dies wirtschaftlich nicht sinnvoll ist. Spitzenlastkraftwerke werden meist nur wenige Stunden pro Tag eingesetzt: zu den Verbrauchsspitzen, bei starken Lastanstiegen im Netz und bei ungeplanten Schwankungen von Stromverbrauch und Erzeugung. Durch den Verbrauch von Erdgas oder Pumpenergie ist der von ihnen erzeugte Strom deutlich teurer als der anderer Kraftwerkstypen.

Regenerative Stromerzeuger wie Solaranlagen, Windkraftanlagen und die Mehrzahl der Blockheizkraftwerke waren im Jahr 2012 nicht in die aktive Netzregelung einbezogen, abgesehen von zwangsweisen Abschaltungen durch die Netzbetreiber in Problemsituationen.

Um 2011 wurden Methoden entwickelt, Spitzenlasten dezentral abzufangen. So können beispielsweise in Haushalten sogenannte Lastmanager installiert werden bzw. durch Hybridwechselrichter kurzzeitige Erzeuger- und Lastschwankungen von Photovoltaikanlagen ausgeglichen werden.[5][6]

Aufgrund des Ausfalls eines Grundlast- oder Mittelastkraftwerks oder einer unerwartet hohen Last im Stromnetz kann die Leistung von Spitzenlastkraftwerken erforderlich werden. Zur Bewältigung akuter Ausfälle werden unterschiedliche Kraftwerke nacheinander eingesetzt:

1. Zuerst werden Pumpspeicherkraftwerke oder Druckluftspeicherkraftwerke eingesetzt, da sie innerhalb von Sekunden hohe Leistungen zur Verfügung stellen können.
2. Nach einigen Minuten sind Gasturbinenkraftwerke hochgefahren, so dass diese die Last von den Speicherkraftwerken übernehmen können.
3. Parallel dazu werden Mittellastkraftwerke aus der Warm- oder Kaltreserve hochgefahren. Die Dauer hierfür liegt aber eher im Stundenbereich. In dem Maße, wie die Mittellastkraftwerke die Last bereitstellen können, werden die Spitzenlastkraftwerke heruntergefahren.

An der Strombörse gehandelte Kontrakte

Der Ausgleich von Spitzenlast erfolgt über den Stromhandel, wo ein Stundenblockprodukt im Extremfall mehrere Euro pro Kilowattstunde kosten kann. Versorger beschaffen ihren erwarteten Strombedarf für die kommenden Lieferjahren im Handel zunächst grob über Jahres- und Quartalsprodukte. Rückt der Lieferzeitraum näher, werden Überschussmengen und Mehrbedarf über feiner granulierte Produkte, zuletzt über Stunden- und Viertelstundenprodukte ausgeglichen.

An der europäischen Strombörse EEX wird Strom in Jahres-, Quartals-, Monats-, Tages-, Stunden- und Viertelstundenbändern gehandelt.