Wind energy in Germany and Europe – Status, potentials and challenges for baseload application – Developments in Germany since 2010
Linneman, Thomas; and Vallana, Guido
Linneman, Thomas; and Vallana, Guido
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In Germany the installed nominal capacity of all wind turbines has increased eightfold over the last 16 years to 50,000 megawatts today. In the 18 most important European countries using wind energy today, the nominal capacity rose by twelve times to more than 150,000 megawatts. One essential physical property of wind energy is its large spatiotemporal variation due to wind speed fluctuations. From a meteorological point of view, the electrical power output of wind turbines is determined by weather conditions with typical correlation lengths of several hundred kilometres. As a result, the total wind fleet output of 18 European countries extending over several thousand kilometres in north-south and east-west direction is highly volatile and exhibits a strong intermittent character. An intuitively expectable significant smoothing of this wind fleet output to an amount which would allow a reduction of backup power plant capacity, however, does not occur. [emphasis added] In contrast, a highly intermittent wind fleet power output showing significant peaks and minima is observed not only for a single country, but also for the whole of the 18 European countries. Wind energy therefore requires a practically 100% backup. As the (also combined) capacities of all known storage technologies are (and increasingly will be) insignificant in comparison to the required demand, backup must be provided by conventional power plants, with their business cases fundamentally being impaired in the absence of capacity markets.
Windenergie in Deutschland und Europa – Status quo, Potenziale und Herausfor derungen in der Grundversorgung mit Elektrizität – Entwicklungen in Deutschlandseit 2010: Die installierte Nennleistung sämtlicher Windenergieanlagen in Deutschland hat sich in den letzten 16 Jahren, von Anfang 2001 bis Ende 2016, auf 50.000 Megawatt (MW) verachtfacht. In 18 betrachteten europäischen Ländern, die Windenergie heute nutzen, erhöhte sich die Nennleistung im gleichen Zeitraum um das Zwölffache auf mehr als 150.000 MW. Eine wesentliche physikalische Eigenschaft der Windenergie ist ihre starke raumzeitliche Variation aufgrund der Fluktuationen der Windgeschwindigkeit. Meteorologisch betrachtet wird die aus Windenergieanlagen eingespeiste elektrische Leistung durch Wetterlagen mit typischen Korrelationslängen von mehreren hundert Kilometern bestimmt. Im Ergebnis ist die aufsummierte eingespeiste Leistung der europaweit über mehrere tausend Kilometer sowohl in Nord-Süd- als auch Ost-West-Richtung verteilten Windenergieanlagen hoch volatil, gekennzeichnet durch ein breites Leistungsspektrum. Die intuitive Erwartung einer deutlichen Glättung der Gesamtleistung in einem Maße, das einen Verzicht auf Backup-Kraftwerksleistung ermöglichen würde, tritt allerdings nicht ein. Das Gegenteil ist der Fall, nicht nur für ein einzelnes Land, sondern auch für die große Leistungsspitzen und -minima zeigende Summenzeitreihe der Windstromproduktion 18 europäischer Länder. Für das Jahr 2016 weist die entsprechende Zeitreihe (Stundenwerte) bei idealisiert verlustfreier Betrach tung einen Mittelwert von 33.000 MW und ein Minimum von weniger als 6.500 MW auf. Dies entspricht trotz der europaweit verteilten Windparkstandorte gerade einmal 4 % der in den betrachteten 18 Ländern insgesamt installierten Nennleistung. Windenergie trägt damit praktisch nicht zur Versorgungssicherheit bei und erfordert 100% planbare Backup-Systeme nach heutigem Stand der Technik. Da das benötigte Speichervolumen aller heute bekannten Speichertechnologien im Vergleich zur Elektrizitätsnachfrage gering ist (auch in Kombination und mit steigender Tendenz bei weiterem Ausbau volatiler, vom Dargebot abhängiger erneuerbarer Energien), müssen konventionelle Kraftwerke diese Backup-Funktion übernehmen. Deren Rentabilität steht ohne Kapazitätsmärkte schon heute in Frage.
Thomas Linnemann and Guido S. Vallana
VGB PowerTech, Essen, Deutschland
June 2017
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Auf Deutsch: “Windenergie in Deutschland und Europa: Status quo, Potenziale und Herausfor derungen in der Grundversorgung mit Elektrizität [3]”
Präsentation: VGB-Windstudie 2017 [4]
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[1] Image: https://docs.wind-watch.org/VGB-Fig1.png
[2] Wind energy in Germany and Europe: Status, potentials and challenges for baseload application: https://docs.wind-watch.org/VGB-Windstudie-2017-Teil-1-EN.pdf
[3] Windenergie in Deutschland und Europa: Status quo, Potenziale und Herausfor derungen in der Grundversorgung mit Elektrizität: https://docs.wind-watch.org/VGB-Windstudie-2017-Teil1.pdf
[4] Präsentation: VGB-Windstudie 2017: https://docs.wind-watch.org/VGB-Windstudie-2017-Folien.pdf