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Das Strom-Netz mit 100 Prozent erneuerbaren Energien

29.01.2013 von

 «Wege in die neue Stromzukunft» – unter diesem Titel hat der Verband der Schweizerischen Elektrizitätswerke (VSE) die Machbarkeit eines Netzes mit hohen Anteilen erneuerbarer Energie untersucht1. Die Mitwirkung von 50 verantwortlichen Fachleuten aus der Energiebranche gibt dem Bericht eine aussergewöhnliche Detailtiefe, Qualität und ein entsprechendes Gewicht.

Drei Szenarien wurden studiert. Am lehrreichsten zur Klärung der Grundsatzfragen, die sich bei einer schwankenden dezentralen Produktion stellen, ist das sogenannte Szenario «Fundamental» mit 100 Prozent erneuerbaren Energien bis 2050. Die zwei anderen Szenarien gehen von einem mehr oder weniger grossen Beitrag von Gaskombikraftwerken aus.

Effizienz und Einsparungen

Die Autoren nehmen an, dass das Szenario «Fundamental» mit ehrgeizigen Effizienz- und Einsparzielen einhergeht. Zwar rechnen sie zunächst auch in diesem Szenario mit einem Anstieg des Stromverbrauchs von sieben Prozent. Ab 2030 sollen dann Einsparmassnahmen zu einem sinkenden Bedarf führen, der dann bis 2050 etwa sieben Prozent unter dem heutigen zu liegen komme.

Zu den Einsparpotentialen der Haushalte und der Industrie liefert der Bericht detaillierte Hintergrundinformationen. Gemäss den Autoren erfordert die Umsetzung jedoch ein Bündel von gesetzlichen und regulatorischen Massnahmen, sowohl zur Reduktion der Hürden für neue Produktionsanlagen als auch zur Umsetzung von Effizienzmassnahmen bei den Verbrauchern.

Eigenproduktion deckt den Bedarf im Mittel

Im Szenario «Fundamental» wird der Bedarf durch folgenden Produktionsmix gedeckt: etwa 40 Terawattstunden Wasserkraft, 14 Terawattstunden Sonnenenergie, und je 4 Terawattstunden Wind, Biomasse und Geothermie. Die Anteile vor allem von Sonne und Wind sind hoch, entsprechen aber den schon in anderen Studien (ETH, BFE, SATW) ermittelten Potentialen. Im Mittel deckt dieser Produktionsmix nicht nur den Schweizer Bedarf, dieses Szenario ermöglicht sogar einen Exportüberschuss.

Ein Produktionsmix aus 100 Prozent erneuerbarer Energie unterliegt stark den schwankenden Produktionen der einzelnen Energien. Die Zuverlässigkeit dieser Versorgung wurde deshalb stundengenau geprüft mit einem Modell jedes einzelnen Kraftwerks im Schweizer Strommarkt und dem der angrenzenden Länder. Dabei hat sich gezeigt: Der hohe Anteil von Wasserkraftwerken – insbesondere von Speicherkraftwerken – und der Austausch innerhalb des europäischen Verbundsystems erlauben eine sichere und vollständig erneuerbare Versorgung; dies auch im Winterhalbjahr und in kritischen Wettersituationen wie langanhaltenden Wolkenbedeckungen und Windflauten.

Einbettung in europäischen Energiemarkt

Dem europäischen Stromverbund und Energiemarkt kommt bei allen drei Szenarien – wie auch schon heute – eine entscheidende Rolle zu. Nicht nur was die Sicherheit der Versorgung anbelangt, sondern auch bei deren Wirtschaftlichkeit, bei der Förderung des Wettbewerbs und bei der Wahrnehmung von Geschäftschancen der «Stromdrehscheibe Schweiz».

Voraussetzung für das Szenario «Fundamental» ist ein fundamentaler Umbau des Energiesystems. Es bedingt einen Ausbau der Netze, da der Strom in diesem Szenario in häufig wechselnde Richtungen und über weite Strecken fliesst. Für das Übertragungsnetz hat Swissgrid den Ausbaubedarf konkretisiert2. Für das Verteilnetz liefert der VSE-Bericht fundierte Abschätzungen: Das heutige Netz könne eine erneuerbare Produktion bis zu 5 Gigawatt aufnehmen. Beim weiteren Ausbau müssten dann etwa 80 Prozent des Mittelspannungsnetzes verstärkt werden, wobei der Einsatz innovativer Technologien kostendämpfend wirke.

Klimaziele erfordern 100 Prozent erneuerbare Energien

Die drei Szenarien werden am Schluss des Berichts nach vier Kriterien bewertet: Endkundenpreis, Umweltauswirkungen, Auslandabhängigkeit und regulatorische Eingriffe. Das Szenario «Fundamental» weist die höchsten regulatorischen Eingriffe und den höchsten Endkundenpreis für den Strom auf, die jährlichen Kosten für die Endkunden sind jedoch durch die erzielten Einsparungen beim Verbrauch etwa gleich hoch wie in den anderen Szenarien. Die Auslandsabhängigkeit ist infolge der hohen Eigenproduktion deutlich geringer.

Die Autoren geben zwar keine Empfehlung ab. Aber es ist klar: Nur mit dem Szenario «Fundamental» erreichen wir die bis 2050 aus Klimaschutzgründen geforderte annähernd CO₂-freie Stromproduktion.

Literaturhinweise

1 Bericht «Wege in die neue Stromzukunft» des Verbands der Schweizerischen Elektrizitätswerke (VSE)

2 Bericht «Energiewende. Übertragungsnetz mit Schlüsselrolle» von Swissgrid

Zum Autor

Gastautor Prof. Klaus Ragaller war bis zu seiner Pensionierung Direktor bei ABB. Seither setzt er sich im Rahmen der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften SATW für den Wissenstransfer ein.





Kommentare (12) >Alle Kommentare aufklappen>Alle Kommentare zuklappen

Herr Holzherr, Herr Ragaller,
ich setze schon auch auf eine gute europäische Vernetzung, obwohl dies nicht nur in unserer Hand liegt. Aber solange in den meisten Ländern als Alternativstrom viel Fotovoltaik vorgesehen wird und im Winter der Stromverbrauch höher ist als im Sommer, besteht dann ein Engpass. Die umliegenden Länder werden uns auch im ungünstigsten Monat gerne den teuren zertifizierten Alternativstrom liefern und daneben für ihre eigene Bevölkerung die Kohle- und Gaskraftwerke hochfahren. Es muss nicht so sein, aber die Tendenz zeichnet sich ab wegen den Kosten und dem Problem der Stromspeicherung.
Wahrscheinlich wäre es finanziell schon am besten, den Entwicklungsländern zu C02-ärmerem Strom zu verhelfen, statt bei uns das Maximum herauszuholen. Dies kann man aber dem Stimmbürger wohl schlecht vermitteln.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 10 Daumen runter 2

Herr Hörler,
Die Simulationen im VSE Bericht beruhen auf den realen Wetterdaten des Zeitraums 2005 bis 2010. Stundengenau wird für einen Zeitraum von 5 Jahren d.h. für 5 mal 52 560 Stunden berechnet, wie der jeweilige Bedarf am wirtschaftlichsten mit Erneuerbarer Produktion gedeckt werden kann. Importe sind dabei wichtig, z.B. Wind aus dem Norden im Winter. Dafür wird nur zertifizierter Strom aus Erneuerbaren angenommen. Die Autoren zeigen im übrigen, dass dies unter den getroffenen Annahmen wirtschaftlicher ist als die Produktion mit Gaskraftwerken.
Die Versorgungssicherheit wird selbst in Extremszenarien wie gleichzeitige Wasserknappheit, extrem hohen oder tiefen Temperaturen in weiten Teilen Europas sorgfältig analysiert – das ist ja die Hauptverantwortlichkeit der Elektrizitätswerke.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 7 Daumen runter 6

@Hansulrich Hörler: Sie schreiben:„Diese haben dann aber auch eine solare Lücke, brauchen ihren Speicherwerkstrom (den sie sowieso weniger haben als wir) selber und werden uns eher fossilen oder AKW- Strom liefern“
Und meinen damit, die Schweiz muss auf „sauberen“ Strom setzen und soll auf Importstrom aus ungewissen Quellen verzichten. Sogar Professor Boulouchos hat in einer Antwort auf meine Förderung nach einer europaweiten Vernetzung so argumentiert und die dahinterstehende Haltung findet sich bei fast allen, die von neuen Energien sprechen. Doch diese Haltung ist angesichts des globalen Problems des Klimawandels falsch. Es braucht Kooperation zwischen den Ländern, vor allem wenn man auf Erneuerbare setzt. Entscheidend ist nicht wie sauber die Schweiz dasteht, sondern wie sauber ganz Europa, ja die ganze Welt dasteht. Ich bin sogar überzeugt, dass es für das Klima besser wäre, wenn die Schweiz und Europa anstatt Geld in die eigenen Kraftwerke zu stecken, dieses Geld in den chinesischen Energiesektor stecken würde.

Um die saisonale Energieknappheit zu bewältigen braucht es in der Tat ein sehr großräumiges Netz. Aber wenn man an erneuerbare Energien als dominante Energieform glaubt kommt man ohnehin nicht darum herum. Aber auch Backup und Speicher sind nötig und man sollte sie als Netzwerknoten vorsehen.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 3 Daumen runter 0

Herr Ragaller, Herr Holzherr,
danke für die Antworten!
Der Schluss meines Kommentars war unklar. 14 TWh geplanter Fotovoltaikstrom als Beitrag zu unserem Jahresbedarf bedeutet, dass uns im schlechtesten Wintermonat viel Strom fehlt, den wir dann von den Nachbarn erhoffen. Diese haben dann aber auch eine solare Lücke, brauchen ihren Speicherwerkstrom (den sie sowieso weniger haben als wir) selber und werden uns eher fossilen oder AKW- Strom liefern. Auf das Desertec- Projekt für Solarstrom aus der Sahara darf man ja kaum zählen. Für diesen schlechtesen Monat müsste unsere Stromzusammensetzung gezeigt werden, nicht nur in der Jahresbilanz.
Was ich diesen VSE-Szenarium vermisse: Es rechnet nicht mit einem Sicherheitsfaktor, falls sich die Menschen nicht so verhalten wie vorausgesetzt. Man sieht nicht, wie sich der notwendige Winterstromimport zusammensetzen soll. Ausserdem fehlt ein Vergleichsszenarium samt Kosten mit zukünftigen KKW und Stromsparen.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 10 Daumen runter 0

Ob eine „aus Klimaschutzgründen annähernd CO₂-freie Stromproduktion“ überhaupt notwendig ist, wird vor dem Hintergrund der aktuellen Debatte zur Klimasensitivität zunehmend fragwürdig: verfolgen wir mit dem CO2-Exorzismus das richtige Ziel und tun wir es mit tauglichen Mitteln?

Wissenschaftlich lässt sich das sog. 2°-Ziels nicht stützen, es ist nichts als eine politisch/wirtschaftliche Absichtserklärung, befördert von wahlweise weltanschaulichen oder ökonomischen Interessen. Die Folgen sind u .a. in De zu besichtigen

Der Swissgrid-Report ist deshalb mit Zurückhaltung aufzunehmen. Weshalb sollten wir zu gewaltigen Kosten ein derartiges Netz aufbauen, während gleichzeitig eine Gasförderrevolution die Karten auf den Energiemärkten völlig neu mischt? Um noch die abgelegensten Solarpanels und Windräder mit den Verbrauchern im Mittelland in Verbindung zu bringen? während der überschaubaren Tage im Jahr, in denen überhaupt Energieüberschüsse anfallen?

Der Swissgrid-Report … „Um die Investitionssicherheit zu gewährleisten, sind Fragen zu den anrechenbaren Kosten des Netzausbaus vorab zu klären. Ein stabiler Regulierungsrahmen sowie wirtschaftliche Investitionsanreize sind für die Attraktivität von Netzinvestitionen erforderlich“
Zu deutsch: staatliche Zwangsanordnungen, Abgaben – und Subventionen zugunsten der Einspeiser, der Grid-Erbauer, Betreiber und Techniklieferanten. Ohne zwingende Notwendigkeit, weder klimapolitisch noch versorgungstechnisch – aber auf Kosten der Konsumenten und Steuerzahler.

Wer die Verheissungen und Forderungen der schönen neuen Energiewelt blauäugig bestaunt, sollte sich fragen, ob sie tatsächlich der Rettung des Klimas oder nicht eher dem Schutz partikulärer Interessen dienen.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 9 Daumen runter 11

@Kommentar von Hansulrich Hörler. 01.02.2013, 18:06
Sie gehen auf den Konflikt Gegenwart/Zukunft, Wissen und Erwartung ein und auf die Rolle von Visionen in Bezug auf Technologie und Gesellschaft.

Fakten und langfristige Trends im Energiesektor

– Im Jahr 2003 Energieverbrauch pro Sekunde und Kopf:
China 2400 Watt; CH 4500 Watt; USA 9500 Watt
– Im Jahr 2011 AKW’s: Fukushima lässt D und CH Atomkraftausstieg beschliessen obwohl es durch Fukushima kaum Opfer gab
– Nachkriegszeit + Stromverbrauch pro Kopf: Längerfristig gab es noch nie und in keinem Land eine Verringerung des Stromverbrauchs pro Kopf, in Kalifornien stagniert als Resultat einer Niedrigverbrauchspolitik der Verbrauch seit den 1970er Jahren.
– Im Jahr 2012: USA steigert Öl und Erdgasförderung und steigt zur Nr. 1 beim erzeugten Erdgas auf, 2020 wird die USA grösster Ölproduzent sein
– Im Jahr 2012: In China werden mehr neue PKW’s verkauft als in den US und der Zuwachs in China und Indien hält an.
– Der Treibstoffverbrauch von PKW’s sank von 1970 bis 2012 um mehr als 30% pro Fahrzeug und mehr als 50% pro Gewicht (Fahrzeuge wurden schwerer)
– Die Kosten von Fotovoltaikanlagen halbierten sich zwischen 1998 und 2012

Visionen versus Fakten

– Visionen wie die 2000 Watt-Gesellschaft sind Visionen und von der Realität meilenweit entfernt. Hier muss man sich fragen ob sie überhaupt eine Wert als Ziele haben.
– Technologie muss von der Gesellschaft akzeptiert werden sonst wird sie nicht eingesetzt wie das für AKW’s und teilweise Windräder gilt
– Heutige politische Engergiepolitkprogramme verlangen oft Dinge, die historisch noch nie vorgekommen sind wie die Senkung des Pro-Kopf Stromverbrauchs

Persönliche Schlussfolgerungen: Das Streben nach mehr Wohlstand und mehr Enerige ist ein weltweiter Langfristtrend; Die richtigen Technologien haben am meisten Potenzial im Energie-/Umweltsektor etwas zu ändern. Politik kann technologischen Wandel…

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 7 Daumen runter 0

Sehr geehrter Herr Suter
Konflikte zwischen Zubau von Erneuerbaren und Landschaftsschutz werden in dem VSE Bericht sorgfältig analysiert und bei der Abschätzung des Potentials berücksichtigt – der VSE ist ja in diesen Ausmarchungen täglich involviert.
Die hohen Anteile von Solarenergie sind diesbezüglich eher weniger problematisch. 80% der dafür geeigneten Dachflächen reichen aus, die angenommenen 14 TWh zu produzieren.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 8 Daumen runter 3

Sehr geehrter Herr Hörler
wie realistisch sind die bei diesem Szenario nötigen Einsparungen durch Effizienzsteigerung? 45% der elektrischen Energie gehen in Antriebe – schon mit heute bekannten Technologien lassen sich davon 30 bis 40% einsparen. Ähnliche Potentiale gibt es bei Wärme- und Kälteanwendungen und bei der Beleuchtung. Zeit spielt für die Umsetzung dieser Potentiale eine wichtige Rolle, da oft erst bei Ersatzinvestitionen die neue Technik zum Zug kommt. Im VSE Bericht werden diese Aspekte herausgearbeitet: Die Einsparpotentiale wirken deshalb vor allem ab 2030.
Sie werden mir sicher zustimmen, dass in diesen Zeiträumen angesichts des steigenden Forschungs- und Entwicklungsaufwands in diesem Bereich mit weiteren Innovationen gerechnet werden kann. Diese sind in dem Szenario nicht berücksichtigt, es handelt sich also eher um vorsichtige Schätzungen.
Zur Auslandabhängigkeit: die Schweiz ist im europäischen Verbundnetz und europäischen Strommarkt integriert. Das ist schon heute unerlässlich für die hohe Versorgungssicherheit. Eine Kernkraftrevision wäre ohne entsprechende Importe z.B. nicht möglich. Das Netz mit erneuerbaren Energien wird mehr kurzfristige Stromflüsse aufweisen, Überschussregionen mit Sonnenschein schicken Strom zu benachbarten Regionen mit Wolken – ein Handel, der für beide Regionen von Vorteil ist. Heute ist die Schweiz von der Entwicklung in Nachbarländern tangiert ohne selber optimal an dem Austausch teilzunehmen. Deutschland und Italien haben in den letzten Jahren ihre Photovoltaik-Stromproduktion massiv erhöht. Dadurch importiert Italien weniger Strom aus der Schweiz, Deutschland exportiert mehr Strom. Im VSE Szenario weist das 100% erneuerbare Szenario im Vergleich zu den anderen Szenarien die beste Beurteilung unter „Auslandabhängigkeit“ auf (Fig. 9.3) und übrigens auch unter „graue Importe“ (Fig. 9.2)

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 8 Daumen runter 7

Das strengste Scenario im der VSE-Studie „Wege in die neue Stromzukunft“ entspricht wohl der Vorstellung, wie sie dem Grossteil unserer Bevölkerung unter dem Schlagwort „2000-Watt- Gesellschaft“ für das Jahr 2050 (oder möglichst schon früher) vorschwebt. Allerdings wurde nie klar, ob in dieser Zahl die graue Energie enthalten ist und ob es bei treibhausgasfreien Energien auch etwas mehr sein dürfte. Für eine gewisse Uebergangszeit wäre objektiv gesehen wohl eine weitere Generation von KKW vernünftig, da deren Entsorgungsproblem sowieso gelöst werden muss. Diese Chance ist nun ja seit Fukujima vorbei, unter anderem, da unsere Presse über die wirklich andere Gefahrenlage und die unbegründet tief angesetzte Verstrahlungstoleranz zuwenig aufklärte (gewisse Alpentäler hätte die Bevölkerung damit schon längst für immer verlassen müssen).
Das VSE- Extremscenario nimmt an, dass der Stromverbrauch 2050 nur etwa 62 TWh beträgt (2011: 63 TWh). Wenn man bedenkt, dass dann nach der heute üblichen Einwanderung wohl 10 Mio. Leute in der Schweiz wohnen, die 5 Mio. Elektromobile besitzen und damit 15000 km im Jahr fahren, braucht dies 11 TWh. Die elektrischen Bahnen benötigen ca. 8 TWh (je Passagier und km etwa gleichviel wie bei einem mit 1,5 Personen besetzten Elektromobil, nämlich 0,1 KWh/km), und für die Heizung (und teilweise Kühlung) der Hälfte aller Bauten mit optimalen Wärmepumpen wären wohl nochmals 11 TWh einzusetzen. Da in Zukunft durch sparsame Geräte auch nach Meinung von Umweltverbänden nur etwa 12 kWh eingespart werden können, scheint das Scenario schon sehr hart und unsicher.
14 TWh sollen solar produziert werden, was in den kältesten Wintermonaten massive Importe bedeutet und grosse Anforderungen an Netz und Pumpspeicherwerke ergibt. Die Frage ist, ob dann das Ausland den benötigten CO2- und atomfreien Strom überhaupt liefern kann. Schliesslich ist die Schweiz von Natur aus bevorzugt durch Pumpspeicherwerke und sollte eigentlich ins Ausland abgeben können.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 6 Daumen runter 0

Sehr geehrter Herr Holzherr,
die von Ihnen angemahnten Ausbauprojekte für das europäische Netz sind weiter fortgeschritten als der politische Diskurs vermuten lässt. Unter massgeblicher Beteiligung von Swissgrid wird z.B. das Projekt „e-Highway 2050“ im europäischen Rahmen durchgeführt: http://www.strom.ch/de/extensions/news/news-ansicht/news/swissgrid-als-wichtiger-partner-des-projekts-e-highway2050.html?cHash=4f6e77c9517c3b7869584ecd45215ea7
Als Vorstufen zu diesem „Supergrid“ sind vier Nord-Süd-Verbindungen zur Anbindung der Windkraftwerke im Norden in der Planung: http://wirtschaft.t-online.de/vier-stromautobahnen-durch-deutschland-geplant/id_56806944/index

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 7 Daumen runter 3

Sehr geehrter Herr Professor Ragaller,

(Zitat)eine schwankende dezentrale Produktion lässt sich heute – und wohl auch in den nächsten 30 Jahren – am besten durch einen möglichst grossräumigen Netzverbund ausgleichen. Sobald man die Umstellung auf erneuerbare Energien als europäisches Projekt sieht, wo der Strom von jedem Produktionstandort in Europa zu jedem Bedarfshotspot anderswo in Europa gelenkt werden kann, nehmen die nötigen Backupkapazitäten stark ab. Um eine 100%-ige Versorgung allein mit erneuerbar erzeugtem Strom erreichen zu können, darf es nur noch sehr wenig saisonal und schwankungsbedingten Backupbedarf geben und dieser muss vorwiegend durch Biomasse abgedeckt werden. Kurzfristige Schwankungen können mit Wasserkraftwerken, Pumpspeichern und lokal mit Batterien abgefangen werden.

Leider ist die Notwendigkeit eines europäischen Netzverbundes erst in wenigen Köpfen angekommen. Weit verbreitet ist noch die Idee von der Energieautarkie – etwas was sehr teuer zu stehen kommt, wenn man 100% erneuerbar bleiben will und z.B. Energie hoher Qualität (Strom) in solcher niedriger Qualität (Gas) umwandelt.

Um Erneuerbare Energien zu einem europäischen Erfolg zu machen muss aber eine kostengünstige Lösung gewählt werden was autarke Lösungen für jedes einzelne Land ausschliesst – zumal die Produktionsschwankungen von Wind und Sonne ein immer grösseres Problem werden, je grösser ihr Anteil an der Gesamtstromproduktion ist.

Momentan sind die erneuerbaren Energien noch zu stark von Subventionen abhängig und jedes Land fährt seine eigene Strategie . Besonders ambitionierte Länder wie Deutschland mit seinem schnellen Ausbau der selbst den Netzausbau überflügelt und mit kostspieligen Offshore-Kraftwerken können sowohl Vorbild sein als auch abschreckend wirken, wenn die Kosten für die EEG-Umlage ständig steigen. Viel besser wäre eine in ganz Europa gleich hohe (tiefe) EEG-Vergütung für Wind und Sonne. Davon würden alle profitieren.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 8 Daumen runter 0

Also ist es wirklich sinnvoll Windenergie und Solarenergie in einem Land zu propagieren, das so dicht besiedelt ist und erst noch vom Tourismus abhängig ist? Wir nehmen Milliarden mit Tourismus ein und geben Milliarden für Landschaftspfleger (=Bauern) aus, um dann 100m hohe Türme zu Tausenden zu bauen.
In den Ballungsräumen kostet der m2-Land um die 1000.- CHF, Familien können sich kein Eigenheim mehr leisten, die Bauvorschirften sind äusserst streng.
Sicher gibt es Gegenden, in denen Windräder weniger stören und an denen v.a. der Wind einigermassen konstant weht, aber die Schweiz gehört sicher nicht dazu.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 9 Daumen runter 13

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