Dunkelflaute: Gibt es ein Strom-Aus ohne Wind und Sonne?

Dunkelflauten treten auf, wenn zeitgleich Windstille und Dunkelheit herrschen. Wie häufig sie sind, welche Risiken sie bergen und wie sie sich ausgleichen lassen, erfährst du hier.

Mit Dunkelflaute beschreiben Fachleute eine Wetterkonstellation, bei der ein dunkler Himmel und Windstille zusammentreffen. In solchen Situationen können weder Solaranlagen noch Windkrafträder optimal arbeiten. 

Das Zusammentreffen von diesen zwei Wetterverhältnissen beschäftigen seit jüngstem verstärkt die Forschung rund um die Energiewende. Das Ziel der Forschung ist es, innovative Lösungen für diese wetterbedingte Achillesferse der erneuerbaren Energien zu finden. 

Dunkelflauten: Die Definition ist (noch) unklar

Der Begriff „Dunkelflaute“ kommt aus dem Bereich der erneuerbaren Energien. Gemeint ist damit ein längerer Zeitraum, in dem die Sonne wenig oder kaum scheint und zugleich wenig oder gar kein Wind weht. Das hat Auswirkungen auf die Energiegewinnung, weil der Stromertrag von Windrädern und Photovoltaik durch solche Ausfälle stark absinkt.

Eine Dunkelflaute kann nur einige Stunden, im ungünstigsten Fall aber auch tage– oder sogar wochenlang anhalten. Eindeutig festgelegt ist bisher nicht, welche Grenzwerte gelten müssen, damit man von einer Dunkelflaute sprechen kann. 

Weil die Windenergie von den natürlichen Wetterbedingungen abhängig ist, sind Dunkelflauten nicht vermeidbar. Vor allem in den Herbst- und Wintermonaten besteht ein höheres Risiko. Damit es trotz länger anhaltender Windstille und Dunkelheit nicht zu Stromausfällen kommt, ist es wichtig, dass das Stromnetz solche Ausfälle ausgleichen kann. Absichern lässt sich das Netz zum Beispiel durch gespeicherte Energiereserven oder durch Strom aus anderen Energiequellen. 

Wie häufig treten Dunkelflauten auf?

Den Wetterdaten vom Deutschen Wetterdienst zufolge:

Das Risiko einer Dunkelflaute steigt in den späten Herbstmonaten und im Winter, wenn die Tage kürzer und dunkler werden. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) hat exemplarisch Wetterdaten ausgewertet und rechnet, dass durchschnittlich zweimal jährlich eine Dunkelflaute auftreten kann. Die Analyse des DWD bewertete die Dunkelflauten, die große Gebiete betrafen und 48 Stunden oder länger andauerten. Längere Dunkelflauten von zwei Wochen Dauer treten laut einer Studie von 2017 durchschnittlich alle zwei Jahre in Deutschland auf. 

Dem Dunkelflauten-Guide zufolge:

Aktuellere Daten hält der vom Science Media Center Germany (SMC) entwickelte Dunkelflauten-Guide bereit. Hier lassen sich die Stromerzeugungsdaten von 2015 bis 2021 spezifisch nach längeren Flauten untersuchen. Dabei sind verschiedene Kriterien flexibel einstellbar, zum Beispiel die Mindestdauer der Flaute oder der Maximalanteil von Sonnen- und Windenergie am Strommix zum betreffenden Zeitpunkt. Dieser Anteil ist ein wichtiger Wert, denn je größer er ist, desto stärker belastet eine Dunkelflaute das übrige Stromnetz. Benutzer:innen können den Guide so an ihre individuellen Recherchebedürfnisse anpassen. Das ist hilfreich, denn wie erwähnt gibt es bislang keine offiziellen Grenzwerte für eine Dunkelflaute – und somit auch keine allgemeingültige Definition, wie das SMC selbst anmerkt. 

Im Guide ist ein Anteil an Wind- und Sonnenenergie von maximal 30 Prozent als Standardwert voreingestellt. Die voreingestellte Mindestdauer einer Flaute liegt bei 168 Stunden (7 Tagen). Übernimmt man alle Standardwerte, ergibt sich eine Liste von insgesamt 13 Ereignissen zwischen 2015 und 2021, die als Dunkelflaute gelten können. Das deckt sich also grob mit der Einschätzung des DWD, dass es im Schnitt zwei größere Dunkelflauten im Jahr gibt. Alle Ereignisse auf der Liste traten zwischen Oktober und Februar auf. 

Die längste Dunkelflaute im untersuchten Zeitraum begann am 15. Januar 2017 und dauerte 334 Stunden, also fast zwei Wochen. Die letzte Dunkelflaute auf der Liste begann am 1. Januar 2019. Sie dauerte 187 Stunden, also etwas mehr als sieben Tage. Der Guide macht es aber auch möglich, kürzere Ereignisse von wenigen Stunden Dauer zu erfassen. Sie treten deutlich häufiger auf.    

Was haben Dunkelflauten mit der Energiewende zu tun?

Der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix steigt in Deutschland beständig: Nach Zahlen vom Statistischen Bundesamt lag er im Jahr 2023 bei 56 Prozent. Das gesteckte Ziel für die Energiewende ist bis 2030 den Anteil auf 80 Prozent auszubauen. Die Stromversorgung hängt also zu einem immer größeren Prozentsatz von Wind- und Sonnenenergie ab.

Vor diesem Hintergrund werden auch Dunkelflauten zu einem immer größeren Stresstest: Je mehr Strom sich aus erneuerbaren Energien speist, desto mehr Strom fehlt, wenn diese Energiequellen über einen längeren Zeitraum ausfallen. Solche Ausfälle lassen sich zwar durch Reserven kompensieren (mehr dazu im nächsten Absatz). Trotzdem ist ein innovativer Umgang mit der verfügbaren Energie gefragt, um die Versorgung jederzeit sicherzustellen. Das SMC analysierte die verfügbaren Daten, um künftig Lösungen für das Problem Dunkelflaute zu finden. 

In einem Factsheet fasst das SMC die größten Herausforderungen zusammen, die das Auftreten von Dunkelflauten an die Energiewende in Deutschland stellt:  

• Dunkelflauten im Winter – Sie treten, dann auf, wenn der Strombedarf höher ist als in Sommermonaten. Das macht ein Wegfallen von Wind- und Sonnenenergie in dieser Zeit noch problematischer für das gesamte Stromnetz.
• Elektrifizierung – Im Rahmen der Energiewende stellen immer mehr Menschen auf elektrische Heizungen um. Diese Entwicklung wird laut Einschätzung des SCM den Strombedarf im Winter künftig noch weiter ansteigen lassen.
• Versorgungsengpass – Während der Dunkelflauten zwischen 2015 und 2021 fiel die Erzeugung von Wind- und Sonnenenergie auf unter hundert Megawatt. Das deckt nur einen vergleichsweise geringen Anteil des gesamten Strombedarfs ab. 
• Sinkende Auslastung – Die Auslastung von Wind- und Photovoltaik-Anlagen wurde während der Dunkelflauten erheblich schwächer. Der Anteil des von ihnen erzeugten Stroms sank auf unter fünf Prozent der maximal möglichen Leistung.

Das Kernproblem ist also: Im Rahmen der Energiewende werden sowohl der Strombedarf im Allgemeinen als auch der Bedarf an Wind- und Sonnenenergie im Speziellen deutlich ansteigen. Dadurch wird das Stromnetz im Winter besonders anfällig, wenn diese Energiequellen durch Dunkelflauten vorübergehend ausfallen. Das SCM geht davon aus, dass selbst ein deutlich beschleunigter Ausbau des Stromnetzes solche „Löcher“ in der Stromversorgung in absehbarer Zukunft nicht schließen können wird.      

Wie lassen sich Dunkelflauten ausgleichen?

Bei Dunkelflauten handelt es sich um ein Phänomen, das erst in den letzten Jahren an Relevanz gewonnen und verstärkte Aufmerksamkeit bekommen hat. Insofern sind sie weniger berechenbar als andere, bekanntere Risiken für das Stromnetz. Eines der Hauptprobleme der Energiewende liegt in dieser schwierigen Berechenbarkeit.

Das SCM fasst die Lage folgendermaßen zusammen: „Mal wird der Stromertrag über dem Verbrauch liegen, mal darunter; die Kunst wird darin bestehen, Verbrauch und Erzeugung auszupendeln.“

Auch wenn sich Dunkelflauten nicht vermeiden lassen, gibt es verschiedene Ansätze, sie durch zusätzliche Stromzufuhr auszugleichen. Der Wissenschaftliche Dienst des Bundestags nennt in diesem Zusammenhang zum Beispiel folgende Möglichkeiten: 

• Flexibel nutzbare Kraftwerke: Konventionelle Kraftwerke sollen Lücken in der Stromversorgung im Notfall schließen können. Diese Funktion sollen vor allem Gaskraftwerke erfüllen (Biogas oder fossiles Erdgas).
• Demand Side Management (Lastensteuerung): Ein Prinzip, bei dem Stromlasten gezielt ab- und zugeschaltet werden – je nachdem, wie hoch der tatsächliche Bedarf ist. 
• Stromspeicher: Stromspeicher ermöglichen es, Energie längerfristig einzulagern und bei Bedarf zu nutzen. Der wissenschaftliche Dienst hebt zum Beispiel Pumpspeicheranlagen und Power-to-Gas-Technologien als Möglichkeiten hervor. Beim Power-to-Gas-Verfahren wird elektrische Energie in Gas umgewandelt und lässt sich in dieser Form länger speichern.
• Stromimporte: Durch den europäischen Stromverbund könnten sich Lücken in der Versorgung auch durch importierten Strom aus dem Ausland schließen lassen. 

Dunkelflauten: Die eine Lösung gibt es wohl nicht

Zum Potenzial dieser genannten Möglichkeiten, künftig mit Dunkelflauten umzugehen, gehen die Meinungen allerdings auseinander.

Der Wissenschaftliche Dienst beruft sich auf verschiedene Expert:innen, die vor allem am Stromimport Kritik üben: Mitteleuropäische Nachbarländer seien während der Wintermonate oft selbst von Stromknappheit aufgrund von Dunkelflauten betroffen. Es sei deshalb sicherer, nach inländischen Lösungen zu suchen.

Auch Ansätze, die auf Erdgas setzen, sind keine optimale Lösung. Die Kraftwerke, die mit Erdgas arbeiten, erzeugen Treibhausgase. Zwar fallen weniger Kohlenstoffdioxid-Emissionen an, als bei anderen fossilen Brennstoffen, aber in die Ökobilanz sind auch die Emissionen von Methan zu berücksichtigen, die unter anderem bei dem Transport durch Pipelines entstehen können. Das Treibhausgas Methan hat einen wesentlich höherem Treibhauseffekt als Kohlenstoffdioxid.

Egal, aus welchen Quellen die zusätzlich benötigte Energie stammt: Um Dunkelflauten auszugleichen, wird in Zukunft vor allem eine intelligente Stromverteilung wichtig sein, die sich am realen Bedarf orientiert. Das setzt allerdings einen erheblichen Ausbau des Stromnetzes selbst voraus.  

Der MDR berichtet, dass Expert:innen eine Kombination von intelligenter Vernetzung von allen Stromspeichern, auch privaten sowie einen Netzausbau und Investitionen für den Kraftwerksausbau für notwendig erachten.

Weiterlesen auf Utopia.de:

• Kraft-Wärme-Kopplung: Baustein der Energiewende
• Wasserkraft: So lässt sich Strom aus Wasser erzeugen
• Smart Grid: Intelligentes Stromnetz für die Energiewende

Überarbeitet von Martina Naumann

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