Wir stellen uns das meistens so vor: In unserer Stadt gibt es ein Kraftwerk, z. B. ein Kohle- oder Müllheizkraftwerk. Das produziert den Strom, der dann bei uns zu Hause aus der Steckdose kommt. Die Realität – ihr ahnt es schon – ist ein wenig komplizierter. Was wäre, wenn dieses Kraftwerk ausfällt? Unsere Stromversorgung wird von einem riesigen Verbund unterschiedlicher Kraftwerke sichergestellt. Dabei muss immer darauf geachtet werden, dass genug Strom, aber auch nicht zu viel davon, im Netz vorhanden ist. Das heißt, dass zu jedem Zeitpunkt die Erzeugung und der Verbrauch von elektrischem Strom ausgeglichen sein müssen. Was schon vor dem Einsatz erneuerbarer Energien eine Herausforderung war, ist nun noch eine deutlich schwierigere Aufgabe geworden. Denn wenn der Wind nicht weht, kann das Windrad auch nicht liefern.

Die Regelenergie oder Regelleistung gleicht als Reserve Schwankungen im Stromnetz, genauer gesagt der Stromnetzfrequenz, aus. Beim Regelenergieeinsatz kann sowohl Strom in das Netz eingespeist, als auch aus dem Netz entnommen werden. Mehr Stromeinspeisung, zum Ausgleich einer zu niedrigen Netzfrequenz, wird als positive Regelenergie bezeichnet. Bei Drosselung der Einspeisung zur Senkung der Netzfrequenz handelt es sich hingegen um negative Regelenergie.

Welche drei Arten der Regelenergie gibt es? Kreuzt an:

Die Frequenz von haushaltsüblichem Wechselstrom gibt Auskunft über das Verhältnis von Stromerzeugung und Stromverbrauch in einem Stromnetz: Ist die Frequenz zu niedrig, fehlt Strom im Netz; steigt die Frequenz zu sehr an, befindet sich zu viel Strom im Netz.

Welche Frequenz hat haushaltsüblicher Wechselstrom in Deutschland und Europa?

Wenn nun einmal kein Wind weht und die Windparks folglich keinen Strom liefern können, müssen andere einspringen, um die Netzfrequenz stabil zu halten.
Als Merit-Order bezeichnet man die Reihenfolge, in der Kraftwerke eingesetzt werden, um die Nachfrage nach Strom möglichst kostengünstig zu decken.
Die Merit-Order orientiert sich an den Grenzkosten der Kraftwerke, also den Kosten, die bei einem Kraftwerk für die letzte produzierte Megawattstunde Strom anfallen.

Wie lautet die Reihenfolge der Grenzkosten unterschiedlicher Kraftwerkstechnologien, die die Merit-Order bestimmt (von niedrig bis hohe Grenzkosten)?

Ist die folgende Aussage richtig oder falsch?

Die Preisbildung auf den europäischen Strommärkten erfolgt entsprechend der Merit-Order, wonach das Kraftwerk mit den höchsten Grenzkosten den Strompreis für die gesamte an der Strombörse gehandelte Menge Strom im jeweiligen Handelszeitraum bestimmt. Die Preisbildung führt dazu, dass das Kraftwerk mit den höchsten Grenzkosten, das zur Deckung der Nachfrage benötigt wird, für alle am Markt aktiven Einheiten „preissetzend“ ist. Derzeit bestimmen in Deutschland und Europa vor allem die Grenzkosten der Gaskraftwerke den Strompreis, da diese während einer Vielzahl der Handelszeiträume zur Deckung der Nachfrage benötigt werden und aufgrund der hohen Gaspreise aktuell die höchsten Grenzkosten aufweisen.

Aber müssen wir wirklich andere Kraftwerke hochfahren oder gibt es Alternativen?
Da es letzten Endes nicht auf die Gesamtmenge des gelieferten Stroms ankommt, sondern auf ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen Einspeisung und Verbrauch, kommt man zum selben Ergebnis, wenn man den Verbrauch senkt. Da es schwierig ist, den Haushalten zu sagen, dass sie alle genau jetzt die Waschmaschine ausschalten oder die Geschirrspülmaschine nicht laufen lassen sollen, liegt die Antwort bei der Industrie.
Die Frage ist also nicht, welches Kraftwerk wir bei hoher Last zuschalten, sondern welchen industriellen Prozess (denn das sind die großen Stromverbraucher) wir herunterregeln können. In einem solchen Fall spricht man von der Bereitstellung positiver Flexibilität durch industrielle Verbraucher.
Umgekehrt kann die Industrie auch Prozesse hochfahren, wenn zu viel Strom vorhanden ist. Dann spricht man von der Bereitstellung negativer Flexibilität durch industrielle Verbraucher. Eine Voraussetzung für industrielle Verbraucher ist, dass der Prozess schnell anpassungsfähig sein muss. Hierfür eignen sich vor allem Elektrolyseprozesse, da diese sehr schnell auf Änderungen der Stromverfügbarkeit im Netz reagieren können. Der größte industrielle Elektrolyse-Prozess in Deutschland ist die Chlor-Alkali-Elektrolyse. Sie spaltet eine Steinsalzlösung durch den Einsatz von elektrischem Strom in die Produkte Chlor, Natronlauge und Wasserstoff.

Hier seht ihr die Gleichungen für die Oxidation und für die Reduktion bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse sowie die Gesamtgleichung. Gebt an, welche Reaktion an der Anode und welche an der Kathode stattfindet:

A)      2 Cl- --> Cl2 + 2 e-

B)      2 H2O + 2 e- --> H2 + 2 OH-

2 NaCl + 2 H2O --> Cl2 + H2 + 2 NaOH

Anode: 

Bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse werden für die Reaktion im Durchschnitt 2,5 MWh elektrische Energie benötigt, um 1 Tonne Chlor und die Nebenprodukte herzustellen. In Deutschland werden rund 4 Millionen Tonnen Chlor pro Jahr hergestellt.

Berechne die Menge an elektrischer Energie, die für die Herstellung von 4 Millionen Tonnen Chlor in einem Jahr in Deutschland benötigt wird. 

Welche Last liegt durch die Elektrolyse-Anlagen im Durchschnitt am deutschen Stromnetz an, wenn das Jahr 8.760 Stunden hat?