Das Texas-Strom-Desaster, 2. Teil: die Rolle von Erdgas im Stromsystem

 

Die Kolumne von Hans-Jochen Luhmann

Der Anlass für den schweren Stromausfall in Texas im Februar 2021, die völlig neuartige drastisch-winterliche Situation in dem Südstaat, war ein klimawandelbedingtes Extremereignis. Die Situation war in ihrem Ausmaß erstmalig und dennoch präzise vorhersagbar – sogar sehr präzise terminlich vorhersagbar, auch in ihrer Dauer. Leugnet man die Existenz des menschgemachten Klimawandels, muss es auch beim nächsten Mal zwangsläufig schief gehen. In diesem zweiten Teil der Analyse erfolgt ein Blick auf die Situation in Deutschland, den dort anstehenden Umbau des Stromsystems (“Energiewende”).



 

Texas war von einem schweren Stromausfall betroffen. Das Drama begann am 13. Februar 2021 und dauerte etwa eine Woche an. Anlass war ein Einbruch arktischer Kälte tief nach Süden, wie er mit zunehmenden Klimawandel zu erwarten ist. Ich habe das Desaster in meiner März-Kolumne 2021 bereits dargestellt. Hier greife ich es erneut auf. Sinn diesmal ist, daraus Lehren ableitbar zu machen für die Situation in Deutschland, den dort anstehenden Umbau des Stromsystems („Energiewende“). In diesem Sinne zur Einstimmung die Betonung der folgenden drei Charakterzüge des Geschehens.

  1. Der Anlass für das Desaster, die völlig neuartige drastisch-winterliche Situation im Südstaat Texas, war ein klimawandelbedingtes Extremereignis. Es ist gut verstanden und somit zu erwarten. Anders formuliert: Die Situation war in ihrem extremen Ausmaß erstmalig und dennoch präzise vorhersagbar. Man hätte sich darauf einstellen können. Und kurzfristig war sie sogar sehr präzise terminlich vorhersagbar, auch in ihrer Dauer. Die Hürde dafür, dass das Vorhersagbare auch erwartet wird, war und ist die Einsicht in die Existenz des menschgemachten Klimawandels. Leugnet man den, so geht es intellektuell nicht anders als dass man von dem Neuartigen überrascht ist und sagt: „Das ist ja noch nie passiert!“ beziehungsweise die Entschuldungsformel verwendet: „Das konnte man nicht erwarten.“ Das bedeutet: Die analytischen Statements der Verantwortlichen, oder auch nur von Vertretern spezieller Interessen und sie stützender Ideologien, geben einen expliziten Fingerabdruck von deren Geisteshaltung. Sie offenbaren damit, dass es unter ihrer Leitung auch beim nächsten Mal zwangsläufig schief gehen muss. Deswegen sind solche Statements der präzisen Analyse wert, auch wenn sie in der Sache offenkundig unsubstantiiert sind. Das wird hier nicht geboten, obwohl es lehrreich und unterhaltsam wäre.
  2. Es hatte im Februar 2011 in Texas, allerdings beschränkt auf den nördlichen Teil, einen ähnlich tiefen Kälteeinbruch bereits zuvor einmal gegeben: Da waren 210 Stromerzeugungseinheiten mit einer unbekannten Kapazität ausgefallen. Im Jahre 1989 war es auch schon einmal der Fall: Da waren 56 Erzeugungseinheiten mit einer Kapazität von 17 GW ausgefallen. Stromabschaltungen waren jeweils die Folge. Aus beiden Vorgängen zuvor wurden Lehren abgeleitet, die entsprechenden Berichte liegen vor. Die zentrale Aussage des Berichts zu 2011 lautet: „the majority of the problems generators experienced in 2011 resulted from failures of the very same type of equipment that failed in the earlier event. And in many cases, these failures were experienced by the same generators.“ Die erfahrungsgesättigten Ratschläge hätte man umsetzen können – „hätte“; hat man aber nicht. Das jetzige Phänomen wird deswegen anders beschrieben: Wir stehen vor einem Zyklus der Wahrnehmungsverweigerung – das ist kein technisches Versagen, das ist ein mentales, ein Kultur-Problem. Die anstehende Aufgabe ist, diese Kultur zu brechen. Das wird nicht gelingen, wenn man die jüngste, zugespitzte Katastrophe nur erneut technisch wie einen Einzelfall untersucht. Es handelt sich hier um ein jüngstes Element einer Katastrophenproduktion in Serie. Der Wiederholungscharakter ist recht einfach ins öffentliche Bewusstsein zu heben, indem man die Untersuchungsergebnisse zum jüngsten Fall vor die Folie früherer Untersuchungsergebnisse stellt. Nur ob das hilft, die Kultur der herrschenden Kreise in Texas zu brechen, ist unbestimmt.
  3. Strukturell besonders an dem kürzlichen Ausfall ist, dass in einem südlichen Staat wie Texas die Spitzennachfrage nach Strom regelmäßig im Sommer, in Hitzeperioden, liegt. Da geht es um einen Bedarf für Kühlung. Darauf sind die Planungsprozesse ausgerichtet. Thermische Kraftwerke brauchen eine alljährliche Pause zur Revision und Instandsetzung. Die wird in die Zeit der erwartbaren Nicht-Spitzennachfrage gelegt, um in der Spitzenzeit mit den hohen Preisen einen Gutteil der Jahresrendite einfahren zu können. Wenn dann unerwartet beziehungsweise gegen die Regel, mit einer knappen Woche Vorankündigung nur, sich eine Winterspitze massiven Ausmaßes ankündigt, stehen die Gaskraftwerke, die dann dringend benötigt werden aber in Revision sind beziehungsweise dafür eingeplant sind, nicht „von alleine“ zur Verfügung. Sie auf Anforderung, die nur den Charakter einer „Bitte“ hat, zur Verfügung zu stellen, ist für den Kraftwerksbetreiber sehr teuer – das lohnt sich für ihn nicht, im Gegenteil. Also ist programmiert, dass solchen Aufforderungen in der Not kaum gefolgt wird.

Quellen

Hier werden weitere Informationen zu und Lehren aus dieser Katastrophe in Texas geboten. Basis sind Ermittlungen, die im US-Kongress, dort im US-Repräsentantenhaus, begannen. Da ist einmal das Committee on Oversight and Reform, das über ein Mandat verfügt, welches bei uns unvorstellbar ist. Es verfügt über eine “broad authority to investigate any matter <at> any time” unter „House Rule X“. Dieser Ausschuss kann somit trotz Föderalismus und unabhängig von Eigentumsverhältnissen sagen: Da schauen wir mal nach – gebt uns Zugang zu ALLEN Dokumenten! So ist es in diesem Fall mit einem Brief vom 3. März 2021 seitens des Subcommittee on Environment geschehen. Nun arbeitet der Stab des Unterausschusses daran – in den USA sind die Ausschüsse viel besser ausgestattet als es im deutschen Parlament üblich ist, folglich sind sie unabhängig und kurzfristig schlagkräftig. In Deutschland, bei dem hiesigen Föderalismus, dem hiesigen Verständnis des Schutzes von Eigentumsrechten, würde eine solche Vorgehensweise als Anmaßung empfunden. Es ist folglich undenkbar, und zwar auf Basis der hiesigen Rechtskultur – da ist selbst der Gesetzgeber machtlos.

Es gibt eine zweite Untersuchung – auch solche Überlappungen sind in den USA üblich. Die Federführung liegt da beim Subcommittee on Oversight and Investigations des Committee on Energy and Commerce.

Das ist eine Errungenschaft der Demokratie in den USA, die bei uns in Deutschland völlig unbekannt ist. Bei uns ist, neben den Enquete-Kommissionen, allein das Instrument einer parlamentarischen Untersuchung bekannt. Es ist sehr aufwändig und wird nur gelegentlich eingesetzt. Das Untersuchungsrecht ist selbstbeschränkt auf den Gegenstand „Handeln der Bundesregierung beziehungsweise ihrer Organe“. Es geht somit immer um Vergangenheit, auch um „Schuld“ der aktuellen Bundesregierung, parteipolitisches Fingerhakeln ist zudem an der Tagesordnung. Es fehlt an einer strategischen Perspektive in der Sache, es fehlt am Zukunftsbezug. Wird untersucht, so dauert es meist Jahre, bis ein Ergebnis herauskommt. Es dauert einfach zu lange. Das Ergebnis einer dann notgedrungen langwierigen Untersuchung in diesem Setting ist für die untersuchte Frage von hoher Bedeutung, lockt der Enge wegen aber nur wenige hinter dem Ofen hervor. In den USA hingegen ist es kein Problem, dass die Bundesebene ein Versagen auf Ebene eines Bundestaates untersucht – es herrscht durchgehend Kooperationsbereitschaft; zumindest formell. Außerdem geht es fix – die entsprechenden Hearings in dem genannten Subcommittee haben gut einen Monat nach dem katastrophalen Ereignis in Texas bereits stattgefunden. Titel der Anhörung am 24. März 2021 war “Power Struggle: Examining the 2021 Texas Grid Failure”. Darauf wird hier vor allem zurückgegriffen.

Zufällig gibt es gleichzeitig eine dritte Quelle, dank der Anhörung zum Thema „Energy Infrastructure Modernization is Critical for Addressing Climate Change, Energy Security, and Jobs” im Committee on Energy and Commerce. Die fand zwei Tage früher statt, und mit Ernest Moniz, ehemaliger Minister für Energie im Obama-Kabinett, hatte man einen persönlich sehr klugen Kopf eingeladen – Moniz ist Physiker und Professor am MIT, am dortigen Energie-Labor. Der nutzte seinen Auftritt dafür, auch auf das Texas-Debakel und generell auf die Stabilitätsbedingungen für Stromnetze im säkularen Wandel einzugehen.

Die Schäden in Texas

Vor die Klammer zu ziehen hat man die Würdigung: Im Verlauf der Krise selbst hat der texanische Übertragungsnetzbetreiber ERCOT fast alles richtig gemacht – es hat keinen Zusammenbruch der Stromversorgung in Texas gegeben, es wurden allein Abschaltungen vorgenommen. Lediglich die Kommunikation des Unternehmens an die Kunden hinsichtlich der Dauer der zu erwartenden Ausfälle war unterirdisch – was vermutlich kulturell bedingt ist; es hätte die Akzeptanz der warnenden meteorologischen Simulationen erfordert. Das aber ist in Texas ideologisch Anathema.

Klar ist auch, dass die Schadenshöhe gegenüber der bei den Vorgänger-Ereignissen massiv zugenommen hat. Es hat mehrere Dutzend Todesfälle gegeben, davon viele von Kohlenmonoxid-Vergiftungen, also offenbar aus unsachgemäßem Umgang mit Ersatz-Heizungen in der Not. Ein häufiger Schadenstyp ist wasserdruck-bezogen. Die Stromabschaltungen führten zu Störungen des Wasserversorgung, zu einem Druckabfall. Als dann der Druck wieder da war, setzte die Versorgung mit Wasser wieder ein, da aber waren bei den Kunden viele Anlagen gebrochen, was aber noch nicht entdeckt und gesichert war – massive Wasserschäden in etlichen Gebäuden waren die Folge, auch bei Hauseigentümern, die von der Stromabschaltung vielleicht verschont geblieben waren. Solche indirekten Schäden belaufen sich, so das Volumen der Schadensmeldungen bei den Versicherern, auf mehr als 20 Milliarden US-Dollar. Rechnet man die Schäden aus Produktionsausfall hinzu, so wird man wohl auf eine halbe Billion US-Dollar an Kosten kommen. Da wurde offenkundig mal wieder an der falschen Stelle gespart.

Präzisierungen zum Ablauf – die Rolle von Erdgas und dessen Verfügbarkeit

Zur Übertragbarkeit auf Europa ist hervorzuheben, dass ein Extremkälte-Ereignis eines solchen Ausmaßes in einem südlich gelegenen Gebiet ohne massive willkürliche Abschaltungen nur dann überstanden werden kann, wenn erhebliche Kapazitäten der Stromerzeugung aus gespeicherter Energie verfügbar sind.

Diese Rolle kommt gegenwärtig der großen Flotte Erdgas-befeuerter Kraftwerke zu. Das ist in Texas so, in vielen anderen Gegenden der USA auch, in Deutschland ist das mit dem Abschalten der Kohlekraftwerke noch erst im Aufbau begriffen. Die Rolle von Erdgas ist zudem, dass es für die Wärmeversorgung direkt zuständig ist – in Texas ist das bei rund 40 Prozent der Kunden der Fall. Die für das katastrophale Geschehen zentrale Besonderheit von Texas ist, dass dort Erdgas, auch via Fracking, direkt vor Ort gefördert wird – es wird nicht wie bei uns über Fernleitungen bezogen. Eine räumliche Distanz von Förderung und Verbrauch bedeutet, dass ein Wetter-Extremereignis nicht beides zusammen trifft. Insofern kommt in Texas ein Risiko hinzu, welches wir in Deutschland nicht haben: das des kältebedingten Ausfalls der Produktion von Erdgas. Das realisierte sich in besagter Februar-Woche und beeinträchtigte dann auch die Gasversorgung anderer Bundesstaaten – die Fokussierung, es handelte sich um ein Strom-Ausfall-Ereignis, ist also unzutreffend und auch irreführend.

Im Höhepunkt 52 GW jedenfalls standen der Erzeugungskapazität im ERCOT-System nicht zur Verfügung, das ist fast die Hälfte der gesamten installierten Kapazität. Daran waren die Erneuerbaren-Anlagen kaum beteiligt, es waren im wesentlichen die Gaskraftwerke. Leider stehen die Anteilszahlen nicht präzise zur Verfügung. Anhaltspunkte geben die Verhältnisse in anderen betroffenen Regionen, insbesondere dem nördlich, aber in der Mitte der USA gelegenen MISO-Verbundnetz. Auch da war von der gesamten Kapazität ein Volumen in derselben Größenordnung (59 GW) zur Spitze nicht verfügbar, auch da kam es einmal zu einem Lastabwurf. Wetterbedingt, also unerwartet, nicht verfügbar waren davon aber nur 8 GW. Das war im Süden, in Texas, völlig anders.

Die Rolle von Speichern, die Erdgas abzulösen haben – im Votum des NERC-Präsidenten

Im Sinne des Lehren-Ziehens für die kommende Stromnetzsituation in Deutschland scheint die Zusammenstellung fruchtbar, die sich in folgendem Satz des Präsidenten der Stromnetzaufsichtsbehörde auf Bundesebene (NERC), James B. Robb, zur Tendenz der Entwicklung der Quellen der Stromversorgung findet.

the resource mix has shifted to be increasingly reliant on variable generation, wind and solar, and “just in time” natural gas deliveries, we began introducing fuel risks into our seasonal assessments.

NERC steht für „North American Electric Reliability Corporation“ – die Zuständigkeit ist auf Elektrizität beschränkt, die Regulierung der sicheren Verfügbarkeit von Erdgas in Kraftwerken steht somit nicht in ihrer Kompetenz. Die öffentlichen Diskussionen sind zudem davon geprägt, dass in den USA sich ein halbes Jahr zuvor, im August 2020, ein Krise des Stromsystems in Kalifornien ereignete. Das war eine sommerliche Höchstlast-Krise, und in Kalifornien hat der Anteil von Erneuerbaren schon eine solche Höhe erreicht, dass sie eine wesentliche Rolle spielen, das ist in Texas noch nicht der Fall. Weil beide Krisen zusammen vor Augen sind, wird bei den Anhörungen in Washington in verallgemeinerter Weise auf das Problem eingegangen.

Anregend ist die Stilisierung, die James B. Robb herangezogen hat, Sonnen- und Wind-Kraftwerke mit Kraftwerken zu analogisieren, deren Futter“just in time”-Lieferungen von Erdgas sind. Das liegt bei der Nähe von Produktionsstätte und Verbrauchsort nahe, man kann sich die Lagerung vor Ort, beim Kraftwerk, sparen. Die schöne, leicht polemische Beschreibung von James B. Robb erinnert an die Option, solche Kraftwerke mit wenig Aufwand krisenfester machen zu können: Man kann Erdgas-Speicher zwischenschalten, naheliegender sind dual-fuel-Kraftwerke, die im Notfall auch mit vor Ort gelagertem Öl befeuert werden können. Damit sind Erdgas-Kraftwerke in eine andere Kategorie zu hieven. Diesselbe Option besteht aber natürlich auch für Wind- und Solar-Kraftwerke, auch die kann man mit Speichern komplettieren. In den USA wird da prioritär offenkundig an elektrochemische Speicherung gedacht, also an Batterien. Dafür steht die folgende Äußerung.

Der NERC-Präsident erwähnte in seiner Anhörung eine Batterie-Speicher-Studie, die seine Behörde kürzlich abgeschlossen habe. Zu den Vorteilen gehöre, dass Dreierlei geleistet werde:

  • Bereitstellung von Spitzenlast-Kapazität;
  • Minimierung des erforderlichen Zubaus von Kraftwerken und Übertragungsnetz-Kapazitäten;
  • Bereitstellung von wesentlich Stabilisierungs-Leistungen wie Kurzzeit-Reserven.

Vor diesem Hintergrund war seine zentrale Botschaft:

The assessment stresses the need to plan for a significant increase in the critical mass of battery storage or other balancing resource (such as hydrogen) at scale before natural gas reduces its role as the critical fuel for electric reliability that it is today. Investment in energy storage technologies and/or a hydrogen production and delivery system will be required if the vision of a largely/completely decarbonized electric system can be realized.

Das heißt man kann nicht einfach Ausstiege aus fossil befeuerten Kraftwerken planen ohne gleichzeitig einen Plan zum komplementären Aufbau von willkürlich einsetzbaren Kapazitäten im Stromsystem zu haben und zu verfolgen. Das aber ist eine Maßgabe, nach der die Stromsystemplanung in Deutschland gegenwärtig nicht läuft. Hier wird die sachlich notwendige Verbundenheit von Abriss und Aufwuchs nicht hinreichend beachtet.

Dr. Hans-Jochen Luhmann ist Senior Expert am Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH.

Es wird vom Lion Air Flug am Tag zuvor (28. Oktober 2018) berichtet, dass die Piloten mit demselben Problem zu kämpfen hatten, zufällig aber ein nicht-diensthabender erfahrener Pilot mit im Cockpit war und sagen konnte „Ich kenne das Problem, Ihr müsst den Hebel X drücken.“

Die Untersuchungen in Seattle haben inzwischen etwas weit Ärgeres herausgebracht: Für die gesamte 737-Serie wurde das Duplizitätsprinzip für die Computersteuerung an Bord zwar hardwareseite eingebaut – dann aber wurden die faktisch nicht sinngemäß laufen gelassen, also einer aktiv, éiner im Stand-by, um im Fall des Ausfalls übernehmen zu können. Die beiden Bordcomputer waren vielmehr so eingestellt, dass die pro Flug abwechselnd nur einzeln eingeschaltet wurden.

Vgl. dazu die folgende Meldung vom 6.6.14 (Interfax Ukraine):
<<Interior Minister Arsen Avakov has said. “I have decided that a hundred percent of combat and patrol units of the Interior Ministry will take part in the antiterrorism operation. This is not only a necessity but also a test of their proficiency, spirit and patriotism. The tempering of units with real threats and challenges is a factor of the creation of a new police force which will be trusted by the public,” … Avakov reported that 21 officers of the Chernihiv special-purpose patrol battalion comprising volunteers refused to go on a patrol mission in Luhansk region. “The battalion was assigned a patrolling mission in Luhansk region the day before yesterday. Eighty-six men departed to the designated sector to do a man’s job and to accomplish a combat mission in the regime of antiterrorism patrols. Twenty-one persons refused to go and submitted their resignations… They were dismissed immediately,“>>