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Die Hitze bringt nicht nur halb Bern in die Aare, sondern sorgt auch für Kühlproblematik bei den Kraftwerken und hat damit Auswirkungen auf die Strompreise.

In Bern, der Stadt unseres Hauptsitzes, ist die Ankunft des Sommers üblicherweise kaum zu übersehen. So belegt das Bundesamt für Kultur: «An schönen Sommertagen gehen ganze Karawanen barfuss und im Badekleid den Uferwegen [der Aare] entlang und lassen sich dann von der Strömung den Fluss hinuntertreiben». Sollte man sich lange genug treiben lassen, würde man irgendwann auf die Staumauer des Wohlensees stossen, wo die BKW in ihrem Wasserkraftwerk Mühleberg unabhängig von Wasser- oder Lufttemperaturen Strom erzeugen kann.

Womit das eigentliche Thema dieses Blogs erreicht ist: Weniger Meldungen über Aareschwumm-Rekorde haben in den letzten Wochen die Tagespresse bestimmt als vielmehr die Schwierigkeiten, mit denen viele thermische Kraftwerke in Europa aufgrund der anhaltend hohen Temperaturen zu kämpfen haben. Konkret war Anfang August in Frankreich, Deutschland und der Schweiz eine verringerte Verfügbarkeit von insgesamt rund 5.8GW gemeldet. Doch worin besteht eigentlich das Problem hoher Temperaturen – wo thermische Kraftwerke doch vor allem dadurch funktionieren, dass sie Hitze erzeugen?

Thermodynamik for Dummies

Zunächst ist zu bemerken, dass nicht etwa die maximale Temperatur die Effizienz eines thermodynamischen Prozesses bestimmt, sondern vielmehr das Gefälle zwischen der maximalen und minimalen Temperatur. Oder konkreter gefasst: Ein hypothetisches Kraftwerk, welches Heissdampf mit einer Temperatur von 1,000°C erzeugen könnte (siehe Abbildung), diesen allerdings im Weiteren nur auf 990°C abkühlt, hat physikalisch unweigerlich einen schlechteren Wirkungsgrad als eine Anlage, die den Dampf zwar nur auf 200°C erwärmt, dafür aber im Weiteren das Temperaturgefälle bis 100°C ausnutzen kann.

 

Quelle: Wikipedia

Und da hohe Umgebungstemperaturen zwar nicht die maximal zu erzeugenden Dampftemperaturen anheben, wohl aber das zur Kühlung verwendete Wasser erwärmen, verschlechtert sich zwangsläufig der Wirkungsgrad des Kraftwerks bei heissem Wetter.

Effizienzeinbusse verschiedener Kraftwerkstypen

 

Die konkrete Effizienzeinbusse ist dabei von Kraftwerkstyp zu Kraftwerkstyp unterschiedlich. Für Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke, die den Grossteil ihrer heissen Abgase zum Antrieb einer nachgelagerten Turbine nutzen, bewirkt ein Temperaturanstieg der Umgebung von 15°C lediglich eine minimale Wirkungsgradverschlechterung von weniger als 1%. Für moderne Kohleanlagen gilt als Faustregel, dass eine Erhöhung der Umgebungstemperatur von 1°C in etwa zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades von 0.15% führen sollte. Am deutlichsten fallen die Effizienzeinbussen bei Kernkraftwerken aus, wo eine um 1°C höhere Umgebungstemperatur zu einer Reduktion der Nuklearstromproduktion von 0.45% führt.

Obwohl diese Zusammenhänge durchaus Kostenrelevanz besitzen, erklären sie doch kaum die Aufmerksamkeit, mit der das Thema in diesen Tagen verfolgt wurde. Die Hitze muss also noch andere Auswirkungen auf den Kraftwerksbetrieb haben.

Regulative Rahmenbedingungen

Und in der Tat belasten weniger die thermodynamischen, als vielmehr regulative Rahmenbedingungen die Kraftwerksverfügbarkeit: So limitiert der Regulator die Nutzung der durch die anhaltende Hitze aufgeheizten Flüsse, um den Einfluss auf die Natur so gering wie möglich zu halten. Andernfalls könnten sich diese Flüsse durch die Kraftwerkskühlung sogar noch mehr erwärmen. Denn die Kraftwerke geben das bezogene Kühlwasser nach der Nutzung (mit nun höherer Temperatur) ja wieder an diese Flüsse ab. Die umliegende Flora und Fauna kann sich zumeist dieser Veränderung anpassen – aber nur innerhalb gewisser Grenzen. Sobald kritische Werte nachhaltig überschritten werden, drohen ganze Ökosysteme in kürzester Zeit zu kollabieren. Während Aale sich etwa noch bei knapp unter 30°C Wassertemperatur wohl fühlen, sind kritische Temperaturen für Forelle und Äsche schon bei rund 25°C erreicht. Dass es sich hierbei nicht etwa um rein hypothetische Werte handelt, zeigt sich dieses Jahr in aller Härte: so mussten in der nördlichen Schweiz bis zum 6. August bereits rund zwei Tonnen an toten Fischen aus dem Rhein geborgen werden.

Aus diesem Grund gelten strenge Richtlinien für flussgekühlte Kraftwerke. Zwar existieren keine allgemeingültigen Grenzwerte, wann eine Anlage ihre Leistung um wieviel zurückfahren muss – dafür sind die konkreten Details bzgl. Kraftwerksgrösse, Kühlsystem und umgebende Tier- und Pflanzenwelt zu unterschiedlich. Dennoch müssen etwa die deutschen Kraftwerksbetreiber unverzüglich die jeweiligen Aufsichtsbehörden informieren, wenn die Flusstemperatur im Bereich der Kühlwasserableitungen die Marke von 28°C überschreitet.

Einfluss auf die Strompreise

Insofern ist es kaum überraschend, dass auch die Strompreise auf diese Problematik reagieren: schliesslich müssen die weniger produzierten Mengen von anderen Anlagen substituiert werden, die in der Merit Order ungünstiger stehen. Modellrechnungen zeigen, dass der Preiseffekt für die eingangs erwähnte Reduktion von 5.8GW Kraftwerkskapazität in Deutschland, Frankreich und der Schweiz etwa für den August je nach Land zwischen rund 2.4€/MWh und 4.7€/MWh betragen sollte.

Quelle: Berechnungen BKW Handel
Daniel Kawai

Daniel Kawai

Daniel Kawai ist als Quantitativer Analyst Handel verantwortlich für die Analyse der langfristigen Handelsstrategien der BKW. Für die Prognose der europäischen Strompreise modelliert er auch die Entwicklung der globalen Brennstoffmärkte.