Versorgungssicherheit

Strom – Grundlage moderner Gesellschaften

Eine moderne Gesellschaft ist in hohem Maß von der Funktion ihrer vernetzten Infrastrukturen abhängig. Das gilt für Telekommunikations- und Informationssysteme ebenso wie für den Verkehr, die Wasser- und Abwasserversorgung sowie die Energieinfrastruktur in Form der Gas- und Stromnetze sowie der Stromerzeugungsanlagen. Der elektrischen Infrastruktur kommt hier eine Schlüsselrolle zu, denn sie liefert die Grundlage für die Funktionsfähigkeit der anderen Infrastrukturen.


 
 

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Elektrizität – ein empfindliches Gut

Zugleich besteht bei der Erzeugung und Verteilung von Strom die besondere Herausforderung, dass der Strom immer entsprechend der Nachfrage erzeugt werden muss, da er anders als Gas und Wasser nicht in hinreichend großem Umfang gespeichert werden kann. Versorgungssicherheit bei Elektrizität ist daher eine schwierigere Aufgabe als bei anderen Produkten, denn es muss jederzeit sichergestellt werden, dass unabhängig von der Höhe der Nachfrage immer die gewünschte Menge bereitgestellt und durch das Netz transportiert werden kann.

Darüber hinaus muss sichergestellt werden, dass dieser Strom von gleichbleibender Qualität (gemessen an Frequenz und Spannung) ist. Was würde passieren, wenn zu einem Zeitpunkt mehr Elektrogeräte eingeschaltet werden, als von den verfügbaren Kraftwerken mit Strom versorgt werden können? Dies würde zu einer Überlastung der Anlagen und Netze führen. Werden sie nicht abgeschaltet, kann die Überlastung zu erheblichen Schäden führen. Eine überlastete Stromleitung kann zum Beispiel schmelzen und würde damit den Stromfluss komplett unterbrechen. Kraftwerke können ihr Produkt nicht mehr weitergeben und würden geschädigt, wenn sie nicht abgeschaltet werden. Nach einer Abschaltung kann es aber länger dauern, bis sie wieder im gewünschten Umfang produzieren können. Die Überlastung und der Schutz der Infrastruktur würden lokal, regional oder großflächig Stromausfälle bewirken. Solche Situationen sollten also unbedingt vermieden werden.

Versorungssicherheit – eine Frage der Perspektive

Heute wird die Versorgungssicherheit in einem verbundenen Netz in Deutschland und im europäischen Verbund gewährleistet. Da Strom in immer größerem Umfang von erneuerbaren  Energien produziert wird, die aufgrund ihrer Quellen (Wind und Sonne) je nach Windstärke oder Sonneneinstrahlung nur sehr unregelmäßig zur Verfügung stehen, muss man das Problem der  Versorgungssicherheit auch bei einem größeren Anteil solcher schwankender Energiequellen betrachten.

Mögliche Wege zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit hängen sehr stark davon ab, welche Zeitperspektive betrachtet wird:

Kurzfristige Versorgungssicherheit

Kurzfristig kann man Versorgungssicherheit als die Fähigkeit des Stromsystems definieren, unerwartete Störungen wie zum Beispiel den plötzlichen Ausfall einzelner Erzeugungs­ oder Netzanlagen zu kompensieren. Im Verbundsystem ist auch eine Reservehaltung erforderlich, aber diese kann relativ bezogen auf die gesamte vorhandene Kapazität wesentlich kleiner sein als bei isolierten oder kleinen Systemen. Im Allgemeinen geht man davon aus, dass eine Reservekapazität in Höhe von 15 - 20 Prozent zur Absicherung der Versorgungssicherheit ausreicht.

Mittelfristige Versorgungssicherheit

Auf mittlere Sicht stellt sich die Frage, ob die vorhandenen Kraftwerks­ und Netzstrukturen in der Lage sind, die jeweilige Nachfragesituation regelmäßig zu bewältigen. Dies hängt von ihren technischen Eigenschaften ebenso ab wie von der Frage, wie sie eingesetzt werden (Management). Hierbei sind etwa auch geplante Stillstände von Erzeugungsanlagen zu Wartungszwecken zu berücksichtigen.

Langfristige Versorgungssicherheit

Auf längere Sicht hängt Versorgungssicherheit davon ab, ob genügend Erzeugungs­ und Netzkapazitäten vorhanden oder neue Kapazitäten in Vorbereitung sind, so dass auch in der Zukunft die Nachfrage jeweils bedient werden kann. Es gilt hier rechtzeitig Vorsorge zu treffen, um für einen wachsenden Bedarf zusätzliche Kapazitäten bereitzustellen bzw. den altersbedingten Wegfall von Kapazitäten auszugleichen. In einem offenen Marktsystem stellt sich die Frage ob der für die Versorgungssicherheit notwendige Zubau von Kapazitäten erfolgen kann, wenn diese Kapazitäten wirtschaftlich nicht rentabel sind. Dieses Problem hat sich dadurch verschärft, dass Anlagen auf Basis erneuerbarer Energien gesetzlichen Vorrang vor den anderen Kraftwerken haben und damit die anderen Kraftwerke Schritt für Schritt verdrängen. Dennoch bleiben die konventionellen Kraftwerke notwendig, um Versorgungssicherheit zu gewährleisten.

Sehr langfristige Versorgungssicherheit

Noch langfristiger stellt sich die Frage, ob die vorhandenen Anlagen im Hinblick auf ihre Brennstoffversorgung gesichert sind und ob hinreichende Netzkapazitäten bereitgestellt werden können. Diese Frage der strategischen Planung der notwendigen Infrastrukturen stellt sich zum Beispiel im Rahmen der Energiewende im Hinblick auf den Ausbau der Netze und die Verfügbarkeit der einzusetzenden Energieträger. Bei erneuerbarer Energie, die keine Brennstoffe nutzt (Wind, Sonne und Wasserkraft), ist dagegen der Flächenbedarf von Bedeutung. Bei erneuerbaren Energien ohne Brennstoffe müssen jedoch Flächen für die Anlagen freigehalten werden. Bei Windenergieanlagen sind Abstände einzuhalten, damit sich die Anlagen nicht wechselseitig behindern. So können pro Quadratkilometer für Wind geeigneter Fläche etwa 15 Gigawattstunden (GWh) erzeugt werden, bei Fotovoltaik­-Freiflächenanlagen liegt dieser Wert bei etwa 10 GWh. Für Biomassekraftwerke muss die Fläche für die Produktion der Biomasse einbezogen werden, während die Anlagen selbst nur geringe Flächen benötigen. Aufgrund der Nutzungskonkurrenz der landwirtschaftlichen Flächen für die Nahrungsmittelproduktion können die Flächen für die Produktion von Biomasse für die energetische Nutzung in Deutschland in etwa als gegeben und nicht ausweitbar angesehen werden.

Rolle der Kernenergie

Energievergleich 
Energievergleich

Langfristig kann der Ausstieg aus der Kernenergie die Versorgungssicherheit für die Stromerzeugung erschweren: Schwankungsanfällige erneuerbare Energie alleine können die Versorgungssicherheit nicht gewährleisten und haben einen großen Flächenbedarf. Die jederzeit verfügbaren Erneuerbaren, Wasserkraft und Biomasse, haben ihr Potential in Deutschland weitgehend ausgeschöpft. Wird in zunehmendem Maße auf Erdgas als Ergänzung zum wachsenden Angebot von erneuerbarer Energie gesetzt, so sind Versorgungsengpässe und Preisrisiken möglich. Uranvorkommen sind in großem Umfang in vielen Regionen der Welt verfügbar, die Bevorratung auch für einen längeren Produktionszeitraum stellt wegen der sehr hohen Energiedichte von Uran im Vergleich zu konventionellen Brennstoffen kein Problem dar.

Uran – Rohstoff für die Kernenergie

Uraninit 
Uraninit

Uran ist an vielen Stellen auf der Welt zu finden, die Versorgungssicherheit bei Uran ist daher höher als bei anderen strategisch wichtigen Rohstoffen. In Spuren ist Uran nicht nur überall im Boden zu finden, sondern auch in den Weltmeeren. Der durchschnittliche Gehalt liegt in der kontinentalen Erdkruste bei etwa drei Gramm pro Tonne. Damit ist Uran etwa so häufig wie Zinn. Durch geologische Prozesse haben sich auf allen Kontinenten und in vielen Ländern Erze mit erhöhten Konzentrationen von Uran gebildet, so dass sich eine wirtschaftliche Nutzung lohnt. Heute werden Erze wirtschaftlich genutzt, die einen Urangehalt von mindestens 0,1 bis 0,5 Prozent haben. Der weltweite Uranbedarf betrug 2017 rund 65.600 Tonnen. Die weltweiten Uranressourcen sind ausreichend, um die Versorgung der Kernkraftwerke zu sichern – auch falls die Zahl der Kernkraftwerke weltweit deutlich wächst.

Ressourcen – Bedarf für über 200 Jahre gedeckt

Produktion und Lagerstätten von Uran 
Produktion und Lagerstätten von Uran

Im „Red Book“ 2018, das von der Nuclear Energy Agency (NEA) der OECD und der IAEA gemeinsam herausgegeben wird, sind die gesamten Uranressourcen mit rund 15 Millionen Tonnen Uran (tU) angegeben. Die heute bekannten und mit aktueller Technik zu maximal 130 $ pro Kilogramm Uran (kg U) förderbaren Ressourcen betragen rund 5,7 Millionen tU. Bei Berücksichtigung der In-situ-Fördermethode erweitern sich die Ressourcen auf 7,4 Millionen tU. Durch kontinuierliche Uransuche werden neue Lagerstätten gefunden. Zudem bestehen weitere Ressourcen, zum Beispiel geschätzt rund neun Millionen tU in Phosphatvorkommen oder mehrere Millionen tU in Schwarzschiefer. Etwa vier Milliarden Tonnen Uran sind im Meerwasser gelöst. Diese Menge würde die Erzeugung von Elektrizität mit Hilfe der Kernkraft über mehrere Jahrtausende sichern. Allein die gesamten, mit heutigen Mitteln und unter aktuellen wirtschaftlichen Bedingungen zugänglichen Ressourcen würden den globalen Uranbedarf für mehr als 200 Jahre decken.

Urangewinnung – vielfältige Möglichkeiten

Tagebau 
Tagebau

Beim Uranbergbau kommen dieselben Techniken zum Einsatz wie beim Abbau anderer Mineralien: Tagebau oder untertägiger Abbau. In vielen Bergwerken wird Uran nicht als Haupt-, sondern als Nebenprodukt gewonnen – im australischen Kupferbergwerk Olympic Dam neben Gold und Silber. Da Uran radioaktiv ist, gelten beim Uranbergbau für die Bergleute dieselben Grenzwerte wie für das Personal von Kernkraftwerken. Von der Abluft der Grubenbewetterung, den Abraumhalden und den Absetzbecken für die Schlämme aus der Erzaufbereitung dürfen keine unzulässigen Mengen radioaktiver Stoffe in Luft und Gewässer gelangen. Grubenabwässer werden auf Radioaktivität und den Gehalt giftiger Schwermetalle kontrolliert und gereinigt.

Ein Verfahren zur Uranförderung verbreitet sich mehr und mehr: die In-situ-Lösung (englisch: in situ leaching). Dabei wird das Erz nicht abgebaut, sondern in den Erzkörper werden Bohrungen eingebracht und ein Lösungsmittel – meist verdünnte Schwefelsäure – hineingepumpt. Es löst das Uran im Erzkörper auf und die sich so bildende uranhaltige Lösung wird durch andere Bohrungen wieder aus der Lagerstätte herausgepumpt. Inzwischen wird rund die Hälfte der weltweiten Uranproduktion nach dem in-situ-Lösungsverfahren gewonnen. Dieses Verfahren ist umweltfreundlicher und wirtschaftlicher als die konventionelle Förderung und ermöglicht eine bessere Ausnutzung der Vorkommen. Eingriffe in die Natur werden minimiert, der Abraum erheblich verringert und nicht gewollte, mitunter giftige und in der Tiefe zu findende Stoffe werden nicht gefördert.

 

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