Energiewende ist mit hoher Versorgungssicherheit möglich
In letzter Zeit wurden vermehrt kritische Stimmen laut zur Versorgungsicherheit der Energiestrategie 2050. Der Umstieg auf erneuerbare Energien ist zwar tatsächlich sehr anspruchsvoll, jedoch sogar mit steigender Zuverlässigkeit möglich. Dies zeigt eine neue Analyse der Netzbetreiber.
Die Energiewende ist in Europa in vollem Gang, Schrittmacher sind die Klimaziele der EU. Stromkonzerne legen alte Kraftwerke wegen fehlender Wirtschaftlichkeit oder wegen ihrer CO2-Emissionen still und bauen die dezentrale erneuerbare Erzeugung massiv aus. Infolge dieser Veränderungen steigen die Anforderungen an die für eine zuverlässige Versorgung verantwortlichen Übertragungsnetzbetreiber (in der Schweiz ist das Swissgrid). Jüngst publizierten sieben zentraleuropäische Übertragungsnetzbetreiber (aus BE, FR, AT, CH, DE, NL und LU, darunter Swissgrid), gemeinsam eine Arbeit, in der sie untersuchten, ob unter allen Bedingungen und zu allen Zeiten genügend Strom produziert werden kann, um die Nachfrage zu decken (1).
Stundengenaues Ausbalancieren
Produktionsschwankungen der erneuerbaren Energien, extreme Wetterlagen wie lange anhaltende Kälteperioden (wie zum Beispiel im Winter 2012), geplante und ungeplante Abschaltungen von grossen Kraftwerken, wetterbedingte Wassermengen-Schwankungen und temperaturabhängige Verbrauchswerte beeinflussen Erzeugung und Verbrauch.
Die erneuerbaren Energien aus Wasser, Wind und Sonne haben im Gegensatz zu anderen Energiearten keine Grenzkosten. Das heisst, dass bei einem Wasser-, Wind- und Sonnenkraftwerk keine Kosten entstehen, wenn die Produktion gesteigert wird. Dies führt aus ökonomischen Gründen dazu, dass unabhängig von Zuverlässigkeitsüberlegungen (oder, wie oft behauptet wird: von Subventionen) immer ein Maximum dieser erneuerbaren und fluktuierenden Energien ins Netz eingespeist wird. Entsprechend wichtig ist eine vorausschauende Planung der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems.
Die Untersuchung der Netzbetreiber wurde für die aktuelle Situation (2015/2016) und für die Jahre 2020/2021 durchgeführt auf Basis der bekannten Kraftwerks-Zu- und Abgänge und der existierenden und geplanten Netzausbauten. Als Mass für die Zuverlässigkeit der Versorgung gelten die Anzahl Stunden pro Jahr, während denen die Erzeugung den Bedarf nicht decken kann (die «Loss of Load Expectation», abgekürzt LOLE).
Ermutigende Ergebnisse mit Überraschungen
In einem Referenz-Szenario werden operationelle Produktionsreserven (für die kurzfristige Ausbalancierung) nicht berücksichtigt, strategische Reserven (für vorhersehbare Engpässe) hingegen schon. Für die gesamte Region resultiert damit für 2015/2016 ein geringer LOLE von 28 Stunden, verursacht hauptsächlich von Frankreich und in geringem Mass von Belgien. Für 2020/2021 reduziert sich das auf 10 Stunden. Diese Werte sind ein Hinweis auf die Schwachstellen des Systems, sie können jedoch mit operationellen Reserven und Nachfragemanagement überbrückt werden. Die übrigen Länder wie die Schweiz können durch grenzüberschreitenden Austausch den Bedarf jederzeit decken.
Die Studienautoren untersuchten auch in einer Art Stresstest den hypothetischen Fall einer national autonomen Energieversorgung. Insbesondere kleinere Länder würden dabei sehr grosse Produktionsdefizite aufweisen. Für die Jahre 2015/2016 hätte dabei Luxemburg mit 8760 Stunden LOLE die höchste Unterversorgung, an zweiter Stelle folgt die Schweiz mit 1251 Stunden. Dieses hypothetische Schweizer Defizit würde sich bis 2020/2021 auf 1086 Stunden reduzieren. Der Produktionsmix wird dann mehr Solar- und Wind- und weniger Kernenergie aufweisen (Abschaltung des Kernkraftwerks Mühleberg). Diese Verbesserung wird im Bericht nicht weiter erklärt, der Grund dürfte sein, dass die meist kurzfristigen Schwankungen der Erneuerbaren leichter mit Wasserkraft ausreguliert werden können als ein länger dauernder Ausfall eines Grosskraftwerks. Zusammenfassend lässt sich also sagen: Entgegen oft geäusserten Meinungen kann sich die Versorgungssicherheit auf dem Weg zur Energiestrategie 2050 bei sorgfältiger Planung sogar verbessern.
(1) «Generation Adequaty Assessment» (externe Seite Pdf)
Veranstaltung: Stromnetz der Zukunft
Das Energy Science Center (ESC) der ETH Zürich organisiert am 18. Juni 2015 eine Veranstaltung zum Thema «Stromnetz der Zukunft».
Weitere Informationen sowie die Anmeldung finden Sie hier.
Kommentare
In Zukunft wird es ja einen enormen Park an Elektroautos geben, in der Schweiz 4-6 Mio. Elektroautos mit einer gesamten Speicherkapazität von grob geschätzt 300 GWh. (grob 10-12 Tage KKW Gösgen) – Inwiefern tragen Ihrer Meinung nach bidirektionale Lademodelle zur Versorgungssicherheit bei?
Diese Autos würden also einige Tage unbrauchbar herumstehen, oft am falschen Platz. Gäbe 5-fache Nachfrage für öV. Im übrigen braucht es gemittelt enorm viel mehr Strom. Könnte es nicht ein kleines Problem geben mit Ressourcen, Umweltverschutzung (ist ja nur in China, die sind das gewöhnt), Preisen, Anlagenerneuerung alle paar Jahrzehnte für die sogenannt 'Erneuerbaren'?
Mit Solar- und Windenergie allein erreicht man keine Versorgungssicherheit, denn Sonne und Wind können beide gleichzeitig in einem ganzen Land ausbleiben. Heute sind es noch fossile oder Wasserkraftwerke, die dann die Stromlücke überbrücken. Um vollständig auf Öl, Erdgas und Kohle zu verzichten gibt es zwei Lösungen: 1) Ein grossräumiges, transkontinentales Stromnetz für hohe Übertragungsleistungen (Hochspannungsleichstromnetz). Das wäre heute die kostengünstigste Lösung zumal man dann die Sonnen- und Windkraftwerke an den besten Standorten bauen könnte. Doch Kriege und Sabotage wären eine Gefahr für eine solche Lösung. 2) Bei wenig Wind+Sonne greift man auf gespeicherte Energie zurück. Für kurze Lücken können Pumpspeicher und Batterien einspringen, der Verbrauch heruntergefahren (demand Management) und Biomasse (Holz) verbrannt werden. Für den saisonalen Ausgleich muss ein Teil des in Überschussphasen erzeugten Stroms in Wasserstoff oder Erdgas umgewandelt und gespeichert werden (Erdgaskavernen) um dann später verstromt zu werden. Oder man baut soviele (zuviele) Windkraftwerke um den Winterstrombedarf fast allein zu decken (denn im Winter scheint die Sonne viel weniger). Smartgrids übernehmen in einem solchen dezentralen System das Lastmanagement. Heute wäre ein rein dezentrales noch zu teuer (vor allem für Länder mit wenig Pumpspeicher). Sobald Speicher sehr viel billiger werden, kann sich das ändern.
Was halten Sie von komplett neuen Technologien, die in 10-20 Jahren parat sind, wie Graphen-Filter zur Wasserstoffabscheidung, Infrarotemission, Belichtung metallischer Nanopartikel etc.?
Herausforderungen sind sind ja bekanntlich auch Chancen. Ein ETH Spin-Off hilft diese zu bewältigen. Smart für's SmartGrid ... http://adaptricity.com/call_made
Die Studie sagt fast nichts über die Versorgunssicherheit der Energiestrategie 2050 aus, denn sie untersucht nur die Jahre 2015/16 und 2020/21. Gäbe es keine Versorgunsischerheit für diese in naher Zukunft liegenden Jahre wäre das wohl das aus für jede neue Energiestrategie. Betreffend Schweiz ist für mich die ETH-Studie Energiezukunft Schweiz http://www.ethlife.ethz.ch/archive_articles/111114_energiestudie_rok/energiestudie_def nach wie vor massgebend. Und in dieser Studie wird das Hauptproblem einer vorwiegend Erneuerbaren Energieversorgung sehr gut sichtbar: Der Strommangel im Winter. Der wichtigste Grund dafür liegt in der schlichten Tatsache, dass die Schweiz im Dezember nur 1/5 der August-Sonneneinstrahlung erhält. Für Deutschland sieht es nicht besser aus. Deshalb wird in "Energiezukunft Schweiz" ein Erdgaskraftwerk mit CO2-Abscheidung und Speicherung vorgeschlagen. In Deutschland werden im Winter wohl einfach die Braunkohlekraftwerke auf Hochtouren laufen. Für die Schweiz wird es wohl wesentlich günstiger kommen im Winter Strom aus Deutschland zu beziehen als den Strom in einem futuristischen Gaskraftwerk mit CO2-Abscheidung zu erzeugen. Mein persönliches Fazit: Die saisonalen Schwankungen bei der Erzeugung von Strom aus Sonne sind auf dem Breitengrad der Schweiz und nördlich davon so stark, dass es sehr schwierig wird im nördlichen Europa im Winter ohne fossile Energie auszukommen.
@Klaus Ragaller, 10. April 2015 08:37 Sicher ist nur, dass im Winter die Sonne kaum scheint. Obwohl im Winter typischerweise mehr Wind bläst, kann dieser ausbleiben. Will man in so einem Fall - Flaute im Winter - auf Kohle, Öl und Erdgas verzichten und auch keinen Strom importieren, so muss man auf das Verbrennen von Biomasse und/oder auf chemisch gespeicherte Energie beispielsweise in Form von erneuerbar erzeugtem Erdgas zurückgreifen. Die Schweiz - als Ausnahme - hat zusätzlich noch Wasser hinter den Staumauern. Da bei einem hohen Anteil von Sonne und Wind ohnehin zu gewissen Zeiten hohe Stromüberschüsse anfallen, wird man bei Stromüberschuss einen Teil des Stroms kurzfristig beispielsweise in Batterien speichern und einen andern Teil in Wasserstoff oder Erdgas umwandeln und das Erdgas dann im Winter wieder verstromen. Es ist also aufwändig die Produktionsschwankungen auszugleichen. Die kostengünstigste Alternative zur Speicherung von Strom wäre der Stromtransport über grosse Distanzen. Doch das ist politisch / sicherheitstechnisch nicht realistisch.
Diesen Mangel kann man leicht ausgleichen, in dem stärker BHKW's eingesetzt werden. Ich betreibe ein solches seit Mitte 2013 im eigenen Einfamilienhaus. Damit konnte ich meinen Strombedarf in der Heizperiode (1.10.14 bis 31.3.15) mit 52.3% selber decken (HT 77.7%, NT 37.6% - Nachtabsenkung). Gegenwärtig wird das BHKW mit 20% Kompogas betrieben. Dieser Anteil wird noch gesteigert. Schwierig bedeutet machbar. Allerdings nicht ohne Anstrengung. Darin unterscheiden sich Unternehmer von Unterlassern.
Der Umstieg auf Erneuerbare braucht ein Zusammenspiel von Sonne, Wind, Wasser und Bio-Energien. Schon die Kombination von Sonne und Wind gleicht die Jahreszeitschwankungen erstaunlich gut aus. Siehe http://www.ise.fraunhofer.de/en/downloads-englisch/pdf-files-englisch/data-nivc-/electricity-production-from-solar-and-wind-in-germany-2014.pdfcall_made Bild No. 14.
Wie kann man eigentlich schreiben "Stromkonzerne legen alte Kraftwerke wegen fehlender Wirtschaftlichkeit oder wegen ihrer CO2-Emissionen still" ? Im Prinzip passiert ja in Deutschland genau das Gegenteil ! Man nimmt alte abgeschriebene Braunkohlekraftwerke wieder in Betrieb. Man hat in einer ersten Phase KKWs im Süden abgestellt, mit dem Resultat, dass der Süden ohne zusätzliche Netztrassen noch lange unterversorgt bleibt. Oder: Man nimmt ein modernes Gaskombikraftwerk nicht in Betrieb ! Wer erklärt mir angesichts der gesteckten Klimaziele diese spezielle "Strategie" ?
@Klaus Ragaller, 10.April 2015 Laut "Stellungnahme zum ersten Fortschrittsbericht der Bundesregierung für das Berichtsjahr 2013" http://bit.ly/1NwPHyLcall_made wird Deutschland das 40% CO2-Reduktionsziel (1990-2020) mit den vorhandenen Massnahmen verfehlen. Zitat: "Die Expertenkommission begrüßt die Offenheit der Bundesregierung, mit der sie bekundet, dass mit den vorhandenen Maßnahmen die Treibhausgasemissionen bis 2020 um lediglich 33 bis 34% statt der angestrebten 40% gesenkt werden können. Diese Zielverfehlung zeichnete sich auch schon mit der tatsächlichen Entwicklung seit 2010 deutlich ab." Der Strommix von Deutschland im Jahr 2014 http://www.unendlich-viel-energie.de/strommix-deutschland-2014call_made zeigt, dass 100 Terawattstunden Strom mit Kernenergie und 157 TWH mit Erneuerbaren erzeugt werden. Da bis 2022 alle Kernkraftwerke abgestellt werden, gibt es bis 2020 einen sehr grossen Strom-Ersatzbedarf. Wenn er nicht durch Stromminderverbrauch oder/und Zubau mit Erneuerbaren Energien ausgeglichen wird, müssen Kohlekraftwerke in die Lücke springen. Eine andere Möglichkeit um das CO2-Ziel zu erreichen wäre eine stärkere Absenkung der verkehrsbedingten Emissionen oder/und Einsparungen beim Heizen. Es ist also durchaus noch möglich das Ziel zu erreichen. Allerdings bleiben nur noch 5 Jahre.
Nein, die Richtung der Energiewende stimmt auch in Deutschland. 2014 sank die Stromproduktion von allen fossilen Kraftwerkskategorien, auch von Braunkohle. Die Erneuerbaren lieferten fast ein Drittel, das Ziel von 40 % totaler Emissionsreduktion bis 2020 wurde mehrfach bestätigt. Bei der Bundesnetzagentur kann man die Liste der geplanten Kraftwerkszubauten und der Stilllegungen mit Leistungen über 10 MW einsehen. Letztere überwiegen bei weitem: 12 GW gegenüber 6.5 GW. Und das obwohl die Wirtschaft boomt. Aber natürlich würde man sich wünschen, dass alles schneller ginge, ohne Fehlinvestitionen, mit weniger Verordnungen, stattdessen mit einem wesentlich höheren CO2 Preis.