Die Energiewende kritisch unter der Lupe

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«Strom ist nicht das Problem, sondern die Lösung»

Die Schweiz will die inländische Produktion erneuerbarer Energien stark ankurbeln. Doch das allein wird nicht ausreichen, um die grossen Herausforderungen der Stromversorgung mittelfristig zu meistern. Welche Optionen bleiben? Eine kritische Bestandsaufnahme.

TEXT: Irene Wrabel & Luc Descombes - FOTO: Daniel Werder - Sorgt auch im Winter für Sonnenstrom: AlpinSolar von Axpo und IWB am Muttsee ist die grösste alpine Solaranlage der Schweiz.

Noch nicht das Richtige gefunden?

Ohne Benzin und Gas geht es aktuell nicht. Der Anteil fossiler Energieträger im Schweizer Energiemix liegt heute bei 60 Prozent. Bis 2050 soll er auf null gesenkt werden. Fossil betriebene werden durch elektrische Autos, Öl- und Gasheizungen durch Wärmepumpen ersetzt. Die Energieversorgung wird zunehmend elektrifiziert und dadurch dekarbonisiert. Es sind hochgesteckte Ziele. Ziele, die erreichbar sind, wenn die Lager einen Schritt aufeinander zugehen und Kompromisse zulassen.

Die Technologien, die wir zur Speicherung regenerativer Energien benötigen, sind noch zu teuer

Urs Rengel, CEO von EKZ, ist vom Einsatz von Erd- & Biogas als Brückentechnologie in die Energiezukunft überzeugt.

Kurzfristig erneuerbar

Das Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation (UVEK) rechnet bis 2050 trotz zahlreichen Effizienzsteigerungen mit einem doppelt so hohen Strombedarf wie heute. Das mutet utopisch an, drohte uns doch zuletzt schon bei aktuellem Bedarf die Stromknappheit in den Wintermonaten. Bundesrat Albert Rösti erklärte diesbezüglich anlässlich der Medienkonferenz nach der Abstimmung über das Stromgesetz im Juni: «Das neue Stromgesetz ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu einer grösseren Versorgungssicherheit in der Schweiz.»

Was, wenn die Kernkraft dereinst wegfällt?

Durch den erleichterten Bau grosser Pumpspeicher-, Windkraft- und alpiner Solaranlagen könne die inländische Stromversorgung kurzfristig am effektivsten gestärkt werden. Doch was, wenn dereinst die Kernenergie, die heute bis zu 40 Prozent unserer Stromversorgung sicherstellt, auch noch abgeschaltet wird? Kann die Schweiz sich dann rein regenerativ mit Strom versorgen?

Kurzfristig erneuerbar

Was, wenn die Kernkraft dereinst wegfällt?

Bandenergie ist gefragt

In der Stromversorgung sei vieles möglich, sagt Urs Rengel, CEO von EKZ: «Die Technologien, die wir zur Speicherung regenerativer Energien benötigen, sind grundsätzlich vorhanden.» Die Frage sei nur, wie viel wir uns das kosten lassen. Ein Wirtschaftsstandort wie die Schweiz braucht vor allem eines: günstige Bandenergie*. Doch ohne Lösungen zur saisonalen Speicherung ist genau dies die Schwäche von Sonnen- oder Windenergie.

Bandenergie ist gefragt

Bandenergie wird von Kraftwerken geliefert, welche konstant durchlaufen. Also beispielsweise von Kernkraftwerken oder Laufwasserkraftwerken. Da aber immer genau so viel Strom produziert werden muss, wie gerade verbraucht wird, braucht es zusätzlich Regelenergie. Den Pumpspeicherkraftwerken kommt hier eine besondere Bedeutung zu, da sie nicht nur
Energie abgeben, sondern auch aufnehmen können. Diese Eigenschaft wird mit der starken Verbreitung von PV- und Windenergieanlagen immer wichtiger.

Der Einsatz ist hoch

Gemäss Rengel bedarf es darum zuerst noch technologischer Durchbrüche, die es zukünftig ermöglichen, Sonnenstrom günstig und in grossen Mengen zu speichern. Das wäre heute zwar möglich, ist aber noch viel zu teuer. Rengel ist daher skeptisch, ob die Schweiz allein durch den Zubau erneuerbarer Energien die Stromversorgung mittelfristig garantieren kann: «Wir müssen aufpassen, dass wir nicht Entscheidungen treffen, die weder ökologisch noch ökonomisch sinnvoll sind.» Sonst riskiere man einen viel zu hohen Strompreis über eine lange Zeit – und damit die Attraktivität des Wirtschaftsstandorts Schweiz.

Der Einsatz ist hoch

Elektrifizierung ist sinnvoll, aber...

Der Umweg über den Strom erhöhe die Effizienz eines fossilen Energieträgers enorm, so Urs Rengel. Was er damit meint, verdeutlicht die Visualisierung auf Seite 18. «Darum ist Strom auch nicht das Problem, sondern die Lösung», erklärt er. Doch woher der Strom für die Elektrifizierung kommen soll, darüber scheiden sich die Geister. Regenerative Energien können ohne Speicher keine Bandenergie garantieren. Deshalb bräuchte es kluge Übergangslösungen, die die Lage entschärfen, bis Speichertechnologien bereit wären.

Elektrifizierung ist sinnvoll, aber...

Erdgas als Brückentechnologie?

Alternative hätte die Schweiz, doch sie wird kaum diskutiert. Wohl, weil sie kontrovers erscheint. Doch ist sie das wirklich? Die Rede ist vom Erdgas als Brückentechnologie, um unser Energiesystem sicher zu transformieren. 15 Prozent des hiesigen Gesamtenergiebedarfs werden heute bereits mit Erdgas gedeckt. Allerdings wird kein Strom damit produziert, sondern es wird einfach in den Haushalten verbrannt – in Gasheizungen oder -herden.

Wie ineffizient dies ist, stellen Sie sofort fest, wenn Sie im Sommer in einer Küche stehen, in der mit Gas gekocht wird

«Wie ineffizient dies ist, stellen Sie sofort fest, wenn Sie im Sommer in einer Küche stehen, in der mit Gas gekocht wird», erklärt Rengel. Moderne Gas-Kombi-Kraftwerke könnten wesentliche Effizienzgewinne erzielen (siehe Visualisierung), indem sie das Gas zuerst in Strom umwandeln. Mit dem Strom kann man dann Elektroherde und Wärmepumpen betreiben (oder elektrisch Auto fahren). Diese erfüllen ihren Job nämlich viel effizienter als die fossilen Geräte, die momentan in den Häusern das Gas verbrennen. Hinzu kommt, dass man mit der Abwärme der Gaskraftwerke sogar zusätzlich via Fernwärmenetze heizen könnte.

Erdgas als Brückentechnologie?

Wie ineffizient dies ist, stellen Sie sofort fest, wenn Sie im Sommer in einer Küche stehen, in der mit Gas gekocht wird

Der Umweg über Strom generiert circa dreimal mehr Nutzwärme.

Gegensätzliche Interessen vereinen

Auch wenn die Schweizer Stromproduktion dank der Wasserkraft bereits so umweltfreundlich ist, dass sie weltweit ihresgleichen sucht, könnte man ihren CO2-Fussabdruck mit einem effizienteren Erdgas-Einsatz nochmals reduzieren. Die Schweizer Energiepolitik fokussiert heute primär auf den Ausbau erneuerbarer Energieproduktionsanlagen. Sinnvoll. Doch sollten wir dabei gegenüber Technologien immer offenbleiben, die den sicheren Umbau eines komplexen Energiesystems erst ermöglichen.

Die wahre Herausforderung liegt in der saisonalen Speicherung

Auch konventionelle Energieträger wie Erdgas könnten dank innovativen Entwicklungen Teil der (Übergangs-) Lösung sein. Nutzen wir sie intelligent, liessen sich heute noch gegensätzliche Interessen wie günstige Strompreise und tiefere Emissionen auf einen gemeinsamen Nenner bringen. Ein Vorgehen, das legitim erscheint, war es doch in der ursprünglichen Energiestrategie des Bundesrats genau so vorgesehen.

Gegensätzliche Interessen vereinen

Die wahre Herausforderung liegt in der saisonalen Speicherung

Gabriela Hug, Professorin am Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik der ETH Zürich

Der Elefant im Raum: Atomkraft

Wie Phönix aus der Asche hat sich die Kernkraft ihre Rolle in der öffentlichen Diskussion zurückerobert. Das Stimmvolk hat den Ausstieg aus der Atomkraft 2016 zwar abgelehnt, doch 2017 wurde die Energiestrategie 2050 mit 58,2 Prozent Ja-Stimmen angenommen. Dies hat zur Folge, dass der Bau neuer AKW verboten ist.

Die bestehenden Schweizer Kernkraftwerke dürfen so lange betrieben werden, wie sie sicher sind. Aktuell möchte der Bundesrat mit einem indirekten Gegenvorschlag zur Blackout-Initiative zwar wieder in die Gegenrichtung steuern. Neue Technologien wie kleine modulare Reaktoren oder Thorium-Kraftwerke versprechen zwar eine sicherere Energiegewinnung und könnten dereinst sogar bestehenden Atommüll abbauen. Doch ob und wann sie gebaut werden können, ist noch nicht klar.

Neubau dauert aktuell noch zu lange

Eine Sofortlösung bietet dieser Bereich aktuell also einzig durch den Weiterbetrieb der bestehenden Anlagen, bis die Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen deren Kapazität übernehmen kann. Gabriela Hug, Professorin am Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik der ETH Zürich, bestätigt diese Einschätzung. Doch den Neubau solcher Anlagen sieht sie aktuell als wenig realistisch an: «Bis diese gebaut und einsatzbereit wären, sind die gesetzten Fristen verstrichen.»

Der Elefant im Raum: Atomkraft

Neubau dauert aktuell noch zu lange

Das Speicherdilemma

Der Weg ist eingeschlagen: Unsere Energiezukunft liegt in den erneuerbaren Energien. Doch der erneuerbare Strom entsteht eben nicht immer genau dann, wenn er nachgefragt wird. Im Sommer kann mittels Photovoltaik sehr viel Strom erzeugt werden. Wohin also mit dem Überschuss, den wir im Winter so dringend benötigen würden?

Die umfassende Lösung für die Speicherproblematik gibt es noch nicht und wird es auch in den nächsten Jahren noch nicht geben

Richtig, wir müssten ihn speichern. Doch die für die saisonale Speicherung notwendigen Technologien sind noch nicht so weit, um dieses Dilemma zu annehmbaren Kosten zu lösen: «Das Problem ist nicht die kurzfristige Speicherung, also der Tag-Nacht-Ausgleich», sagt Gabriela Hug. «Die wahre Herausforderung liegt in der saisonalen Speicherung.»

Batterietechnologien entwickeln sich zwar rasant, aber es gibt noch kein System, das sich für den Einsatz im grossen Massstab eignen würde. Auch Power-to-X-Technologien, also die Umwandlung des erneuerbar produzierten Stroms in Wasserstoff oder synthetische Treibstoffe ist technologisch möglich. «Das macht aber aktuell nur unter Extrembedingungen Sinn, also wenn eine Strommangellage bevorsteht, denn die Effizienzverluste sind enorm und die Verfahren noch sehr kostspielig», sagt Hug.

Die Digitalisierung des Stromnetzes spielt eine wichtige Rolle

Bleibt noch die Speicherung mittels Wasserkraft. Dank der topografischen Gegebenheiten in der Schweiz sind Pumpspeicherkraftwerke als mechanisches Speichersystem bei uns bereits seit langem etabliert. «Die Speicherung des produzierten Stroms mittels Wasserkraft, also über Stauseen, ist ebenso wie die Wärmespeicherung eine Möglichkeit zur saisonalen Speicherung», stellt Gabriela Hug fest.

Doch die umfassende Lösung für die Speicherproblematik gibt es noch nicht und wird es auch in den nächsten Jahren noch nicht geben.

Das Speicherdilemma

Die umfassende Lösung für die Speicherproblematik gibt es noch nicht und wird es auch in den nächsten Jahren noch nicht geben

Die Digitalisierung des Stromnetzes spielt eine wichtige Rolle

Doch die umfassende Lösung für die Speicherproblematik gibt es noch nicht und wird es auch in den nächsten Jahren noch nicht geben.

Beispiel eines Energiespeichers: Die von EKZ entwickelte Megabatterie hilft dabei, Schwankungen im kontinentaleuropäischen Stromnetz auszugleichen.

Leistungsfähige Stromnetze

Und damit nicht genug der Herausforderungen: «Was in der Diskussion oft vergessen geht, ist die wichtige Rolle der Automatisierung und Digitalisierung. Dies ermöglicht ein engmaschiges Monitoring und intelligente Regelung, was dazu beiträgt, das Stromnetz zu stabilisieren und Leitungskapazitäten besser auszuschöpfen», spricht Hug einen wichtigen Punkt an.

Auch das Stromnetz muss zukunftsfähig werden, damit es mit den bevorstehenden Entwicklungen mithalten kann. Diesbezüglich hat man nun an höchster Stelle reagiert: Analog zum Solar und Windexpress, also dem forcierten Ausbau entsprechender Anlagen, hat der Bundesrat auch die Vernehmlassung für den Netzexpress gestartet. Zwar wird aktuell erst ein Vorschlag erarbeitet, doch der erste Schritt ist gemacht.

Leistungsfähige Stromnetze

Es gibt keine einfache Lösung

Wie man es dreht und wendet: Alle Technologien haben Vor- und Nachteile. Es erscheint aus heutiger Sicht unwahrscheinlich, dass eine einzelne Technologie alle Probleme der Energiewende lösen wird. Die Schweizer Energiewende erfordert eine Kombination aus verschiedenen Technologien, um Bandenergie zu sichern, den CO2-Ausstoss zu minimieren und die Energieversorgung stabil und günstig zu halten.

Speichertechnologien und Stromexporte sowie -importe werden dabei ebenso eine Rolle spielen wie die Offenheit für innovative Technologien und neue Wege zur Energieerzeugung. Eine urschweizerische Eigenschaft dürfte deshalb auf dem Weg in eine erfolgreiche Energiezukunft unverzichtbar bleiben: die Bereitschaft, Kompromisse einzugehen.