Der Wettereinfluss auf die Kraftwerksleistung

Die Hitzeperiode der letzten Wochen und Monate hat in den betroffenen Regionen auch den Kraftwerken zur Stromerzeugung zugesetzt. Daher sollen aus aktuellem Anlass in diesem Beitrag die einzelnen Kraftwerkstypen nach den unterschiedlichen Brennstoffen bzw. Primärenergieträgern betrachtet werden, inwiefern das Wetter bzw. klimatische Faktoren Einfluss auf ihre jeweilige Erzeugungsleistung an Strom oder auch Fernwärme hatten oder grundsätzlich haben können.

Aber nicht nur die resultierende Kraftwerksleistung ist in diesem Zusammenhang von Bedeutung, sondern neben der Erzeugung bzw. Versorgung ist auch die Verbraucherseite von Relevanz: die zu deckende Last wird in Zeiten konstant hoher Temperaturen durch den verstärkten Grundlasteinsatz von Klimaanlagen und Kältegeräten wie Kühlschränke und Gefriertruhen extrem erhöht. Die Folge ist ein besonders hoher Strombedarf, der durch die Kraftwerkserzeugung zu bedienen ist. So lag der Stromverbrauch in Deutschland während der diesjährigen Hitzewelle signifikant über dem Durchschnitt des Vergleichszeitraums der letzten Jahre.

Doch durch die Hitze werden die Erzeugungsanlagen größtenteils „gelähmt“, was technisch gesehen im Wesentlichen in der Reduktion des Wirkungsgrades eines Kraftwerks durch die hohen Außentemperaturen begründet liegt. Neben den durchgehend heißen Tagen von deutlich über 30 °C Tagestemperatur sorgen hierfür auch die sogenannten tropischen Nächte, in denen die niedrigste Lufttemperatur zwischen 18 und 6 Uhr nicht unter 20 °C fällt, so dass auch in diesem Zeitfenster keine nennenswerte Entspannung bzw. Kühlung der Produktionsstätten zu erwarten ist.

Aufgrund der klimabedingt hohen Nachfrage und des vergleichsweise geringeren Angebots an Elektrizität muss jedoch weder mit einer darauf zurückzuführenden Erhöhung der Strompreise aufgrund des saisonalen Effekts noch mit einem Versorgungsengpass infolge der ausreichend zur Verfügung stehenden Reservekapazität an Kraftwerksleistung in Deutschland gerechnet werden.

Die mit der Hitze einhergehende hohe direkte Sonneneinstrahlung von bis zu 15 Stunden pro Tag ist für die Produktion von Strom aus Solar- und Photovoltaikkraftwerken optimal. Dennoch leidet auch der Wirkungsgrad der PV- und Solarzellen unter den hohen Temperaturen, was dazu führt, dass in diesen Zeiten ein großer Teil der maximal möglichen Stromproduktion aus der Sonnenenergie verloren geht.

Auch bei Gas- sowie bei kombinierten Gas-und-Dampf- (GuD-)Turbinen sinkt der Wirkungsgrad der Anlagen mit steigender Temperatur. Die besten Produktionsergebnisse solcher Anlagentypen werden aufgrund dieser vergleichsweise hohen Temperatursensitivität daher im Winter oder im kälteren Frühjahr erzielt.

Bzgl. der Windkraftanlagen verhielt es sich in den heißen Tagen so, dass hier zwar nicht die Hitze eine unmittelbare Rolle auf die Kraftwerkstechnik Einfluss nahm, dass die Anlagen aufgrund der dauerhaften Flaute jedoch ebenfalls kaum eine nennenswerte Stromproduktion zu verzeichnen hatten. Diese Situation herrschte sowohl an Land als auch auf See vor.

Die anhaltende Hitze und Sonneneinstrahlung ohne ausreichenden Niederschlag führte darüber hinaus dazu, dass in den von der Dürre betroffenen Regionen große Ernteausfälle die Folge waren. Die Trockenheit führt somit auch zu einem deutlich geringeren Angebot an organischer Biomasse wie z. B. Mais, Gras, Bioabfall, Gülle und Mist, so dass die Betreiber von Biogasanlagen eine merklich reduzierte Produktion von Strom und Wärme beispielsweise aus Blockheizkraftwerken (BHKW) hinnehmen mussten.

Bei den kohlebetriebenen Kraftwerksanlagen ist brennstoffseitig zwischen Steinkohle und Braunkohle zu differenzieren: während Braunkohleanlagen so gut wie keine Leistungseinschränkungen zu verzeichnen hatten, traf die Hitzewelle Steinkohlekraftwerke gleich in doppelter Hinsicht: sie benötigen Wasser zur Kühlung der Anlage, das aufgrund der hohen Lufttemperatur und der intensiven Sonneneinstrahlung jedoch zu warm wurde. Die Folge war, dass gewisse Steinkohleblöcke ihre Produktion auf wasserbehördliche Anordnung hin auf Teillast drosseln mussten, um das zur Kühlung verwendete Wasser zum Schutz der Flora und Fauna der Flusswelt nicht noch weiter aufzuheizen.

Die zweite Einschränkung infolge der ausgebliebenen Niederschläge und Zuflüsse bestand in den gesunkenen Pegelständen vieler Flüsse, was nicht nur die o. g. Anlagenkühlung, sondern auch die Versorgung der Kraftwerke mit Brennstoff betrifft. Aufgrund des Niedrigwassers konnten die Kohleschiffe nur teilbeladen verkehren, da die Solltiefe bis Grund einzuhalten ist. Im Gegensatz dazu erfolgt die Bekohlung mit Braunkohle direkt von der benachbarten Halde, die jeweils von den heimischen Kohlerevieren per Tagebau gespeist wird. Die Kühlung mit Grubenwasser macht die Betreiber von Braunkohlekraftwerken weitestgehend unabhängig von Niedrigwasser, Trockenheit und Hitze.

Ähnlich wie bei den Steinkohleanlagen stellt sich die Situation für Kernkraftwerke dar: auch sie benötigen Wasser zur Kühlung, was aufgrund der geringen Pegelstände oder der erhöhten Temperaturen des verwendeten Flusswassers teilweise zu Leistungseinschränkungen der Anlagen führte. Das Verfahren bei den meisten Kraftwerkstypen auf Uran- und Kohlebrennstoffbasis ist die sogenannte Durchflusskühlung (im Gegensatz zur sogenannten Umlaufkühlung), wobei stündlich mehrere tausend bis zehntausend Kubikmeter (1 m³ = 1 t) Kühlwasser mit hoher Abwärmelast über einen offenen Auslaufkanal zurück in den Fluss geleitet werden.