Ist eine 100% erneuerbare Stromversorgung möglich?

Die sonnigen Sommermonate führten zu Rekorderträgen bei den Photovoltaikanlagen. So viel Solarstrom wie im Juli 2018 wurde in der Schweiz bisher nie zuvor produziert. Gemäss Zahlen von Swissolar ist in der Schweiz zurzeit eine Photovoltaik-Leistung von rund 2 Gigawatt installiert. Im langjährigen Durchschnitt produzieren diese Anlagen im Juli rund 273 Gigawattstunden (GWh) Strom, im Juli 2018 hingegen rund 308 Gigawattstunden, also 13% mehr. Insgesamt stand im Juli 2018 Solarstrom für mehr als 1 Million Einfamilienhäuser zur Verfügung. Auch die vorhergehenden Monate lagen deutlich über den Mittelwerten: April +16%, Mai +2%, Juni +15%. Über ein ganzes Jahr betrachtet liegt der Anteil des Solarstroms am Schweizer Stromverbrauch aber erst bei rund 2,5%. Traditionellerweise spielt in der Schweiz die Wasserkraft die wichtigste Rolle im Stromsystem. Sie ist seit jeher die Basis und der Grundstein der Stromversorgung. Insgesamt 60% des produzierten Stroms in der Schweiz stammt aus der Wasserkraft – einerseits aus Speicherkraftwerken und andererseits aus Laufwasserkraftwerken in Flüssen. Die Schweizer Kernkraftwerke sind für etwas mehr als 30% der Schweizerischen Stromerzeugung verantwortlich. Mit dem Ja zur Energiestrategie 2050 wurde vom Volk auch der Ausstieg aus der Kernkraft verlangt. Damit dies gelingt, muss vorderhand Strom gespart werden (Efficiency First). Langfristig muss die Stromproduktion der Kernkraftwerke zudem durch andere Energiequellen kompensiert werden, will die Schweiz weiterhin bilanziell in etwa so viel Strom produzieren wie sie selber auch verbraucht.

Die Schweizer Stromversorgung war schon einmal 100% erneuerbar. Bis 1965 konnte der Stromverbrauch mit 100% Wasserkraft gedeckt werden. Auf den starken Anstieg des Stromverbrauchs reagierte die Schweiz mit dem Bau von Kernkraftwerken, Bildquelle: BFE 2018: Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2017.

Grosses Potenzial

Die Stromerzeugung aus Wind und Sonne ist in den letzten Jahren immer konkurrenzfähiger geworden. In der Schweiz gilt die Sonnenenergie als wichtiger Baustein für eine zukunftsfähige und erneuerbare Stromversorgung nach Abschaltung der Kernkraftwerke. Das Potenzial für Solarstrom ist auch in der Schweiz riesig. Gemäss energieschweiz könnten auf geeigneten Dächern und Fassaden in der Schweiz rund 30 Terrawattstunden Strom pro Jahr produziert werden. Das entspricht rund der Hälfte des gesamten Schweizer Stromverbrauchs. Zusammen mit der bestehenden Wasserkraft ist eine 100% erneuerbare Stromversorgung in der Schweiz also möglich. Aber es gilt, drei grosse Herausforderungen zu meistern!

 

Flexibilität gefragt

Strom aus Sonnenergie oder Windenergie fluktuiert mit dem Wetter. Scheint die Sonne oder weht der Wind, so produzieren die Anlagen Strom. In der Nacht, bei Nebel oder bei Flaute produzieren die Anlagen allerdings keine Kilowattstunde Strom. Das Wetter gibt daher den Takt für die Stromversorgung an. Diese dezentrale und nicht-steuerbare Stromproduktion verlangt deshalb hohe Flexibilität auf der Nachfrageseite. In Zeiten geringer Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen muss folglich auch die Stromnachfrage (automatisch) gesenkt werden – sofern möglich. Die Hoffnung liegt hierbei auf der Digitalisierung des Stromsystems, also in einem Smart Grid, wo die Stromverbraucher automatisch auf Schwankungen in der Stromproduktion reagieren. Im Fokus stehen dabei „verschiebbare Lasten“, die keine Komforteinbussen mit sich bringen. Beispiele in privaten Haushalten sind Wärmepumpen, Elektroboiler oder auch Elektrofahrzeuge, welche zukünftig gesteuert werden.

Stromversorgung in der Schweiz nach Ausstieg aus der Kernenergie und mit starkem Zubau der Photovoltaik, Quelle: EBP.

Aus Strom wird Gas

Für eine 100% erneuerbare Stromversorgung wird die Schweiz haufenweise Photovoltaikanlagen installieren. An sonnigen Tagen im Sommerhalbjahr werden diese Anlagen sehr viel Strom auf einmal produzieren – ja eigentlich zu viel. So wird es künftig Stunden im Sommerhalbjahr geben, in denen die Produktion aus Sonnenenergie die Stromnachfrage übersteigt. In diesen Stunden der Überproduktion sinkt der Strompreis gegen null oder wird sogar negativ. Dies soll Anreize geben, dass zusätzlich Strom in genau diesen Stunden genutzt wird. Hier kommt die Sektorkopplung zum Zug. So werden zukünftig Sektoren, die heute noch mehrheitlich auf fossile Energiequellen setzen, wie der Mobilitäts- oder der Wärmesektor, künftig mit dem Stromsystem „gekoppelt“. Durch diese Kopplung kann der „überschüssige“ Strom in den gekoppelten Sektoren effizient und sinnvoll eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit bietet das Power-to-Gas-Verfahren. In Zeiten des erneuerbaren Stromüberschusses wird mittels Elektrolyse (die viel Strom braucht) Wasserstoff hergestellt, welcher dann ins Gasnetz eingespeist werden kann. Durch die Kopplung des Stromsystems mit dem Gasnetz entstehen neue Optionen und Flexibilität der Energieversorgung. Einerseits kann dadurch die erneuerbare Stromproduktion optimal genutzt und andererseits die Gasversorgung auf nachhaltige Art und Weise transformiert werden. Die Umwandlung von Strom in Gas ist nur mit hohen Energieverlusten möglich. Das oberste Kredo bleibt daher auch in Zukunft, den Strom direkt im Stromsystem zu nutzen.

Beispiel einer “kalten Dunkelflaute” im Januar 2017 in Deutschland. Quelle: AgoraEnergiewende

Kalte Dunkelflaute

Die wohl grösste Herausforderung für eine 100% erneuerbare Stromversorgung sind kalte Dunkelflauten. Also kalte, mehrtägige Perioden im Winter mit Hochnebel und Windstille. In dieser Zeit produzieren die tausenden Photovoltaik- und Windenergieanlagen kaum Strom, während gleichzeitig der Stromverbrauch aufgrund der winterlichen Kälte hoch ist. Damit in diesen Phasen auch zukünftig kein Blackout droht, braucht es Konzepte gegen die Dunkelflaute. Zentral zur Überbrückung solcher Dunkelflauten sind die grossen Stauseen, welche bedarfsgerecht grosse Strommengen produzieren können. Eine wichtige Rolle spielen aber auch stetige anfallende erneuerbare Energien wie die Wasserkraft aus Flüssen. Auch die Wärme-Kraft-Kopplung (WKK) ist ein wichtiger Baustein einer 100% erneuerbaren Stromversorgung. Aus Gas wird in WKK-Anlagen sehr effizient Wärme und Strom hergestellt. WKK-Anlagen würden folglich genau in der kalten Dunkelflaute automatisch auf Hochtouren laufen und die Stromversorgung sicherstellen. Damit das Stromsystem 100% erneuerbar ist, muss das dabei eingesetzte Gas ebenfalls erneuerbar sein, also z.B. Biogas oder synthetisch hergestelltes Gas (Power-to-Gas). Eine Schlüsselrolle für eine 100% erneuerbare Stromversorgung nehmen aber vor allem der Netzausbau und die europäische Kooperation ein. Würde jedes einzelne Land versuchen, selbständig eine erneuerbare Stromversorgung zu installieren, würde dies unter dem Strich in einem viel teureren und unzuverlässigen System münden, als mit einer länderübergreifenden Kooperation. In Zeiten der Über- oder Unterdeckung ist der Import und Export von Strom die optimale Lösung für ein effizientes und sicheres Stromsystem. Auch die Gefahr von Dunkelflauten sinkt, denn irgendwo in Europa weht immer der Wind. Die gegenseitige Absicherung der Stromversorgung ist daher für alle Länder ein Gewinn und Grundstein für eine 100% erneuerbare Stromversorgung.

Ist eine 100% erneuerbare Stromversorgung möglich?

Die Schweiz produzierte 2017 weniger Strom als sie verbrauchte

Die Schweizer Wirtschaft ist im letzten Jahr gewachsen. So auch der Gesamtwohnungsbestand und die Schweizer Bevölkerung. Trotzdem nahm der Stromverbrauch der Schweiz im Jahr 2017 gegenüber dem Vorjahr „nur“ um 0,4% zu. Dies entspricht einer Steigerung in der Höhe des Jahresverbrauchs von rund 48‘800 Haushalten. Insgesamt wurden in der Schweiz 58,5 Milliarden Kilowattstunden (kWh) Strom im Wert von über 10 Milliarden Franken abgesetzt, wie aus der schweizerischen Elektrizitätsstatistik 2017 hervorgeht.

Ausfuhr- (positiv; dunkelblau) oder Einfuhr¸berschuss (negativ; hellblau) jeweils f¸r das Winterhalbjahr in der Schweiz. So viel Strom wie im Winterhalbjahr 2016/17 musste die Schweiz zur Aufrechterhaltung der Versorgungslage bisher noch nie importieren.

Effizienz senkt Stromverbrauch pro Kopf

Rund zwei Drittel des Stroms fliesst in die Wirtschaft. Dabei ist die Stromnachfrage des Industriesektors etwas höher als jene des Dienstleistungssektors. Rund ein Drittel des Stroms wird von Haushalten nachgefragt. In allen Bereichen nahm die Stromnachfrage gegenüber dem Vorjahr leicht zu. Die höchste Zunahme ergab sich bei den Haushalten und in der Industrie. Vor allem in den Haushalten ist der Stromverbrauch im Winterhalbjahr höher als im Sommerhalbjahr. Im Mittel über die ganze Schweiz beträgt der Winteranteil am gesamten Stromverbrauch erfahrungsgemäss rund 55%.

Der Elektrizitätskonsum je Einwohner hat im Jahr 2017 trotz Wirtschaftswachstum um 0,5% abgenommen. Hauptgrund dafür sind Steigerungen der Energieeffizienz. Der Stromverbrauch pro Kopf lag 2017 bei 6‘920 kWh, so tief wie seit 1997 nicht mehr. Im europäischen Vergleich ist das eher hoch, wobei vor allem die skandinavischen Länder noch deutlich mehr Strom pro Kopf nachfragen. So verbraucht jeder Norweger mehr als 20‘000 kWh Strom pro Jahr und damit fast dreimal soviel wie ein Schweizer. Das ist aber nicht zwingend problematisch. Entscheidend ist der Anteil der elektrischen Energie am gesamten Energiekonsum eines Landes. In der Schweiz liegt dieser Wert etwa bei einem Fünftel, in Norwegen bei fast bei 50%, in Holland bei nur 15%. Die Norweger brauchen also rund dreimal so viel Strom pro Einwohner wie die Schweizer, dafür sind sie weniger von anderen Energieträgern wie Öl und Gas abhängig.

Im Jahr 2016 resultierte erstmals ein negativer Aussenhandelssaldo. Dieser hat sich 2017 sogar noch erhöht. Die Schweiz gibt also mehr Geld aus für den importierten Strom als sie mit Exporten verdient.

Produktion aus Kernkraft auf 30-Jahrestief

Wo Strom verbraucht wird, muss auch Strom produziert werden. Der schweizerische Kraftwerkpark erzielte 2017 mit 61,5 Milliarden Kilowattstunden eine gegenüber dem Vorjahr leicht verringerte Produktion. Das grösste Produktionsvolumen realisierten die Speicherkraftwerke (34%) gefolgt von Kraftwerken in Flüssen (26%). An der gesamten Elektrizitätsproduktion waren die Wasserkraftwerke somit zu 60% beteiligt. Etwas mehr als 30% der Schweizer Stromproduktion stammen aus Kernkraftwerken. Im vergangenen Jahr produzierten die Schweizer Kernkraftwerke so wenig Strom wie seit 30 Jahren nicht mehr. Grund dafür war die geringe Arbeitsausnutzung der Kernkraftwerke Beznau I und Leibstadt. Beide Kraftwerke mussten aufgrund von Unregelmässigkeiten für längere Zeit vom Netz genommen werden. So kam das grösste Kernkraftwerk der Schweiz (Leibstadt) im Jahr 2017 nur auf 53% Arbeitsausnutzung. Auch im Vorjahr waren es lediglich 57%. In den Jahren 2008-2014 waren es jeweils 86-92% Ausnutzung. Das Kernkraftwerk Beznau I produzierte wie bereits im Vorjahr keine einzige Kilowattstunde Strom. Die neuen erneuerbaren Energien wie Biomasse und Solarkraft konnten 6% an die Gesamtproduktion beisteuern, Tendenz steigend.

Trotz höherer Produktion aus Wasserkraft gegenüber dem Vorjahr blieb die Gesamtstromerzeugung unter dem Landesstromverbrauch (inkl. Verluste). Seit 1950 produzierte die Schweiz damit erst zum zweiten Mal innerhalb eines Jahres weniger als sie verbrauchte.

 

Importierte Versorgungssicherheit

Seit vielen Jahren ist die Schweiz eine Drehscheibe des europäischen Stromhandels. Mit den Nachbarländern wird rege Strom ausgetauscht. Im Jahr 2017 war vor allem der Netto-Import aus Deutschland und der Netto-Export nach Italien stark ausgeprägt. Besonders prägnant waren die winterlichen Importe aus Deutschland. Über das ganze Kalenderjahr betrachtet, konnte die Schweiz seit 1998 häufig einen Ausfuhrüberschuss vorweisen – exportierte also mehr Strom als sie importierte. Bereits zum zweiten Mal resultierte für die Schweiz nun aber ein Einfuhrüberschuss. Die Importabhängigkeit zeigt sich vor allem im Winter. Für die Bedarfsdeckung sind Importe in den kalten Monaten von zentraler Bedeutung. In allen der letzten 14 Winter reichte die inländische Produktion nicht aus, um den Strombedarf zu decken. Im Winter 2016/17 resultierte sogar ein neuer Einfuhrüberschussrekord. So wurde im Winterhalbjahr rund doppelt so viel Strom importiert als noch im Vorjahr. Ein anderes Bild zeigt sich im Sommerhalbjahr. Von Mai bis August ist die Elektrizitätsproduktion dank gutem Wasserangebot erfahrungsgemäss hoch und erlaubt Stromexporte in grossen Mengen. Der Aussenhandel mit Strom war für die Schweiz traditionellerweise gewinnbringend. So konnte Strom zu günstigen Konditionen importiert werden, gleichzeitig konnten die Exporte zu attraktiven Preisen abgesetzt werden. Seit 1970 resultierte so regelmässig ein positiver Saldo im Stromaussenhandel. Im Rekordjahr 2008 waren dies über 2 Milliarden Franken. Die verringerte Exportkraft und die teureren Winterimporte haben in den letzten zwei Jahren auf den Aussenhandelssaldo gedrückt. Zum ersten Mal überhaupt resultierte so im Jahr 2016 ein negativer Saldo. Im Jahr 2017 erhöhte sich der negative Saldo weiter und erreichte 72 Millionen Franken. Im Sinne der Versorgungssicherheit profitierte die Schweiz auch in den letzten Jahren vom europäischen Stromhandel, anders als in den Vorjahren ist dies aber mit immer höheren Kosten verbunden.

Die Schweiz produzierte 2017 weniger Strom als sie verbrauchte

Licht auf den möglichen Atomausstieg

Ein Atomausstieg in der Schweiz ist möglich. Im Winter wären jedoch mehr Importe nötig als heutzutage. Für die Versorgungssicherheit und die Umwelt wäre das aber nicht per se schlecht.   

Am 27. November stimmt das Schweizer Stimmvolk über die Initiative „für den geordneten Ausstieg aus der Atomenergie“ ab. Die Volksinitiative will den Bau neuer Kernkraftwerke in der Schweiz verbieten und die Laufzeit der bestehenden Kernkraftwerke begrenzen. Der Bund soll zudem dafür sorgen, dass weniger Energie verbraucht, die Energieeffizienz erhöht und erneuerbare Energien gefördert werden. Für Diskussionsbedarf sorgt indes die Forderung nach einer klaren Begrenzung der Laufzeit bestehender Kernkraftwerke. Bei Annahme der Initiative müssten die drei kleinen Kernkraftwerke Beznau 1 und 2 sowie Mühleberg im Jahr 2017 abgeschaltet werden. Die beiden Kraftwerk-Schwergewichte Gösgen und Leibstadt wären noch bis im Jahr 2024, respektive 2029 am Netz. Doch was würde ein Ja zum Atomausstieg am 27. November konkret bedeuten?

asdf. Bildquelle: istock
Neue und alte Energiewelt auf engstem Raum. Wenn die Schweiz Strom aus Deutschland importiert, stammt dieser Strom nicht zwingend von deutschen Kraftwerken sondern kann theoretisch von jedem anderen europäischen Kraftwerk stammen. Bildquelle: iStock

Im Winter kein Strom?

Die Schweiz verbraucht pro Jahr rund 63’000 GWh Strom. Alle Schweizer Kernkraftwerke zusammen haben im Jahr 2014 insgesamt 26’000 GWh Strom produziert – oder eine Strommenge, die rund 40% des Schweizerischen Bedarfs im Jahr deckt. Nach einem Ja zur Atomausstiegsinitiative und dem schrittweisen Ausstieg aus der Kernenergie muss diese Strommenge von rund 26’000 GWh jedes Jahr anders produziert oder beschafft werden. Eine Möglichkeit ist die Ausweitung der Inlandproduktion, vor allem durch den Ausbau der erneuerbaren Energien. Eine andere Option ist, auf mehr Importe aus dem europäischen Strommarkt zu setzen. Gegenüber der Schweiz erscheint der gesamte europäische Strommarkt wie ein unerschöpfliches Reservoir. In der Region der europäischen Übertragungsnetzbetreiber ENTSO-E, also von Spanien bis Finnland und von Grossbritannien bis Griechenland, wurde alleine im Jahr 2014 eine Strommenge von 3,2 Millionen GWh produziert. Alle Kernkraftwerke zusammen machen also weniger als 1% der gesamten europäischen Stromproduktion aus. Ob und wann die Schweiz ihre Kernkraftwerke abschaltet, ist dem europäischen Strommarkt mehr oder weniger egal. Effekte hat es kaum welche. Dafür ist die produzierte Strommenge viel zu klein.

Starkes Netz

Viel entscheidender ist die Rolle des Schweizer Stromübertragungsnetzes. Im Herzen Europas hat die Schweiz eine wichtige Drehscheibenfunktion. Rund elf Prozent des europäischen Stroms fliessen durch die Schweiz. Dies stellt eine grosse Herausforderung und Verantwortung dar, doch profitiert die Schweiz auch in mehrfacher Hinsicht von dieser Rolle. So schreibt die Übertragungsnetzbetreiberin Swissgrid: „Als Transitland ist die Schweiz gut in den europäischen Stromverbund integriert. Import- und Exportmöglichkeiten sorgen dafür, dass in der Schweiz immer genügend Strom zur Verfügung steht.“

Je mehr Erneuerbare desto weniger Importe

Durch den starken Ausbau der erneuerbaren Energien in der Schweiz können die Importe jedoch reduziert werden. Das Potential der Wasserkraft ist in der Schweiz aber nahezu erschöpft. Beliebig ausbaubar ist diese Energieform also nicht. Windkraftprojekte haben in der Schweiz zudem einen sehr schweren Stand. Im Jahr 2015 haben Windenergieanlagen in der Schweiz nur gerade 110 GWh Strom produziert und konnten damit lediglich 0,2% des Landesverbrauchs decken. Die Hoffnung liegt berechtigterweise bei der Sonnenenergie. Photovoltaikanlagen auf Hausdächern erleben einen regelrechten Boom. Die installierte Leistung erreichte Ende 2015 1,3 Gigawatt. Dies entspricht der Leistung eines grossen Kernkraftwerks. Der produzierte Strom deckte bereits rund 2% des einheimischen Strombedarfs. Und das dürfte erst der Anfang sein. Der Zubau der Photovoltaik dürfte in den nächsten Jahren in rasantem Tempo weitergehen.

Mühleberg bis 2019?

Der Nachteil der Sonnenenergie ist jedoch ihre Nichtverfügbarkeit in der Nacht und in dunklen Wintermonaten. Ein Teil des an sonnigen Tagen produzierten Stroms kann jedoch in grossen Saisonspeichern und Batterien zwischengespeichert werden. Trotzdem ist die Schweiz vor allem im Winterhalbjahr auf Stromimporte angewiesen. Das wäre jedoch nichts Neues. Bereits seit vielen Jahren ist die Schweiz jeweils im Winterhalbjahr Stromimporteur. Nach dem Abschalten der Kernkraftwerke würden die Stromimporte im Winter folglich weiter zunehmen. Möglich wäre dies, da die Schweiz ein leistungsfähiges Stromnetz hat und in Europa genügend alternative Erzeugungskapazitäten vorhanden sind. So schreibt auch die Swissgrid: „Ein Atomausstieg in der Schweiz ist grundsätzlich möglich.“ Gleichzeitig macht die Übertragungsnetzbetreiberin jedoch auf eine Herausforderung aufmerksam. Während Swissgrid für die Ausserbetriebnahme von Beznau 1 und 2 keine Probleme sieht, ortet sie Probleme bei der Ausserbetriebnahme des Kernkraftwerks Mühleberg im Raum Bern. Dort sind die Transformatorenkapazitäten aktuell noch zu gering, um die steigende Menge an Importstrom bis auf die tiefen Stromnetzebenen zu transformieren und so die Endkunden bedienen zu können. Allenfalls müsste das Kernkraftwerk bei Annahme der Atomausstiegsinitiative noch bis 2019 am Netz bleiben. Dann schaltet die Betreiberin BKW sein Kernkraftwerk sowieso ab. Spätestens dann muss die Transformierungsleistung im Raum Bern also erhöht sein, damit unabhängig von der Atomausstiegsinitiative die Versorgungssicherheit gewährleistet bleibt.

Dreckstrom aus Deutschland?

Ein Ja zur Atomausstiegsinitiative ist also kein Nein zur Versorgungssicherheit, bedeutet aber deutlich mehr Stromimporte im Winter. Drohen also bei einem Ja Importe aus deutschen Kohlekraftwerken?

Ein Ja zur Atomausstiegsinitiative ist kein Nein zur Versorgungssicherheit.

Die physikalische Herkunft des Stroms, der aus der Steckdose kommt, lässt sich eigentlich unmöglich bestimmen. Den Elektronen sieht man nicht an, ob sie aus einem Kern-, einem Kohlekraftwerk oder von einer Photovoltaikanlage produziert wurden. Gleichzeitig ist festzuhalten, dass der europäische Strommarkt sehr eng miteinander verbunden und in regem Handelsaustausch ist. Das bedeutet, dass wenn die Schweiz Strom aus Deutschland importiert, dieser Importstrom nicht zwingend von deutschen Kraftwerken sondern von theoretisch jedem anderen europäischen Kraftwerk stammen könnte. Um zu beurteilen, wie dreckig der Importstrom also wäre, sollte man sich nicht nur die deutschen Kohlekraftwerke sondern vielmehr den gesamteuropäische Strommix vor Augen halten. Dabei zeigt sich, dass der europäische Strommix, verglichen mit dem Schweizer Atomstrom, zwar mit höheren CO2-Emissonen behaftet ist, nicht aber mit einer höheren Belastung der Umwelt über den ganzen Lebenszyklus, also unter Berücksichtigung von Auswirkungen auf Klima, Gesundheit, Ökosysteme und Ressourcen. Durch den perspektivisch starken Ausbau der erneuerbaren Energien in Europa verbessert sich der europäische Strommix zudem stetig, so dass die Umweltbelastung des Importstroms weiter zurückgeht.

Strom kennt keine Grenzen

Ein Atomausstieg in der Schweiz ist grundsätzlich möglich. Die Annahme der Initiative würde das Übertragungsnetz kurzfristig vor einige Herausforderungen stellen, die mit einem leicht verzögerten Ausstieg möglicherweise umgangen werden könnten. Die Auswirkungsbeurteilung auf die Umwelt ist nicht so trivial, wie von den Gegnern proklamiert. Entscheidend für die Versorgungssicherheit wie auch für den Klima- und Umweltschutz ist eine enge Kooperation der Schweiz mit den europäischen Nachbarländern innerhalb des europäischen Strommarktes. Denn Strom kennt keine Grenzen.

Licht auf den möglichen Atomausstieg

Sinken oder erhöhen sich die Strompreise durch erneuerbare Energien?

Im vierten Teil der Serie „Strommarkt Schweiz – Europäische Integration oder Autarkie?“ geht es um die Frage: „Kostet erneuerbare Energie nichts?“

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In einer exemplarischen Stunde ohne erneuerbare Energien (obere Grafik) liegt der Grosshandelsstrompreis deutlich höher (70 EUR/MWh) als in einer Stunde mit gleichhoher Nachfrage und hoher Produktion aus Wind und Sonne (untere Grafik, 50 EUR/MWh).

Zur Stromproduktion in der Schweiz kommen verschiedene Kraftwerkstypen zum Einsatz wie Wasserspeicherkraftwerke und Laufwasserkraftwerke, Kernkraftwerke sowie konventionell-thermische Kraftwerke, die mit Gas, Öl oder Abfälle befeuert werden. Seit einigen Jahren werden vermehrt auch Windenergieanlagen und Photovoltaik- (PV-)Anlagen, die Strom aus der Sonnenenergie gewinnen, gebaut und ans Stromnetz angeschlossen. Unabhängig vom Energieträger fallen bei einem Kraftwerksbau anfängliche Investitionskosten an. Nach der Inbetriebnahme des Kraftwerks wird zwischen fixen und variablen Kosten unterschieden. Die fixen Betriebskosten hängen nicht oder kaum von der produzierten Strommenge ab, sondern von der Anlagengrösse, von Unterhalts- oder Personalkosten sowie von Kosten der Finanzierung. Die variablen Betriebskosten oder vereinfacht gesagt „Brennstoffkosten“ sind jener Kostenpunkt, der nur dann anfällt, wenn auch tatsächlich Strom produziert wird. Bei Kernkraftwerken bemessen sich die Brennstoffkosten am Preis für die Brennstäbe aus Uran, bei thermischen Kraftwerken am Preis für Kohle, Öl oder Gas. Wasserkraftwerke haben durch die Entrichtung der Wasserzinsen ebenfalls „Brennstoffkosten“. Anders sieht es bei den neuen erneuerbaren Energien aus. Wind- und PV-Kraftwerke benötigen nämlich keine „Brennstoffe“, um Strom zu produzieren. Die Sonne scheint sozusagen unentgeltlich und auch auf Windstösse werden keine „Windzinsen“ erhoben. Kurz gesagt: Wetter ist gratis.

 

Merit-Order-Effekt

Dass Wetter gratis ist, hat weitreichende Folgen und treibt grosse Betreiber konventioneller Kraftwerke scheinbar in den Ruin, wie abermals aus schlechten Jahreszahlen grosser europäischer und schweizerischer Firmen wie Alpiq und Axpo deutlich ersichtlich wurde. Der Grund für die Turbulenzen in der Stromwirtschaft ist der sogenannte Merit-Order-Effekt. Er beschreibt die Verdrängung teuer produzierender Kraftwerke durch den Markteintritt eines Kraftwerks mit geringeren Grenzkosten, beispielsweise nach Neubau und Inbetriebnahme eines solchen Kraftwerks ins Stromnetz. Dieser Effekt ist weit über die Grenzen hinweg spürbar, da die europäischen Staaten erfolgreich an der Schaffung eines europäischen Strombinnenmarktes arbeiten. So sind alle grossen Mitspieler der europäischen Stromwirtschaft an einem Marktplatz versammelt und konkurrenzieren sich. Alle Kraftwerksbetreiber, die an der Strombörse teilnehmen, geben stündliche Gebote ab, zu welchen sie bereit sind, Strom zu produzieren. Gemäss Marktlogik liegt dieser Gebotspreis exakt so hoch wie die variablen Betriebskosten, also Brennstoffkosten. Der starke Ausbau von PV- und Windenergieanlagen in Deutschland, Frankreich, Österreich und Italien, perspektivisch auch in der Schweiz, löst nun in vielen Stunden diesen Merit-order-Effekt aus, da PV- und Windstrom keine Brennstoffkosten vorweisen und deshalb „gratis“ an der Strombörse angeboten werden. In Zeiten hoher Strom-Netzeinspeisung durch Wind und PV verdrängt dieser Erneuerbare-Strom den Strom aus den teuren konventionellen Kraftwerken und senkt so über den Merit-Order-Effekt den Grosshandelspreis. Bei gleicher Stromnachfrage liegt der Strompreis einer exemplarischen Stunde ohne erneuerbare Energien deutlich höher als in einer Stunde mit hoher Produktion aus erneuerbaren Energien (siehe Abbildung). Obwohl PV- und Windstrom am Grosshandel „gratis“ anbieten, können sie Erträge erzielen, da alle Kraftwerke, auch Kernkraft- oder Kohlekraftwerke, gemäss Marktlogik nicht ihren Gebotspreis, sondern den Gebotspreis des teuersten zur Nachfragedeckung gerade noch benötigten Kraftwerks erhalten. Dieses Kraftwerk wird in dieser Stunde preissetzend für den gesamten Börsenplatz. Alle Kraftwerke, die geringere Grenzkosten vorweisen, erwirtschaften in dieser Stunde einen Beitrag zur langfristigen Deckung ihrer Fixkosten.

Der Merit-Order-Effekt hat auf dem europäischen Strommarkt deutlich Spuren hinterlassen. So hat sich der Grosshandelsstrompreis seit 2007 mehr als halbiert, wobei dabei nicht ausschliesslich der Ausbau der erneuerbaren Energien eine Rolle spielte. Grosse Kraftwerksbetreiber müssen deshalb ihren Strom zu deutlich tieferen Preisen verkaufen als noch vor 8-10 Jahren und haben zusehends Mühe, ihre Fixkosten zudecken.

 

Höhere Stromrechnung?

Scheint mittags viel Sonne oder bläst starker Wind, dann verdrängt der Strom aus PV oder Wind die teuren Öl- oder Gaskraftwerke auf dem europäischen Strommarkt. Dadurch fällt der Strompreis im Grosshandel. Trotz stark fallender Preise haben sich die Stromkosten für die Endkunden seit 2007 nicht verbilligt. In Deutschland zahlen die Endkunden heute sogar fast doppelt so viel verglichen mit dem Jahr 2000. Der Grund dafür liegt in der Zusammensetzung des Endkunden-Strompreises. Auf der Stromrechnung erscheinen nicht nur die Kosten des eigentlichen Stroms, welcher aufgrund des Merit-Order-Effekts in den letzten Jahren gesunken ist, sondern auch Netzentgelte, Steuern und Abgaben. Der eigentliche Strompreis macht bei genauer Betrachtung nur rund ein Drittel der Stromrechnung aus. Rund 7 Rp./kWh, oder rund ein Drittel der Stromrechnung, werden in einem durchschnittlichen Haushalt zur Deckung der Strometzkosten erhoben. Nochmals rund 7 Rp./kWh, oder nochmals ein Drittel, entrichten die Haushalte über die Stromrechnung an Steuern und an die KEV-Umlage. Die Kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) ist das Instrument des Bundes, welches zur Förderung der Stromproduktion aus erneuerbaren Energien eingesetzt wird, also für den Bau neuer Wind- und PV-Anlagen, welche zukünftig somit weiterhin den Merit-Order-Effekt auslösen und Betreiber konventioneller Anlagen dadurch auch in den folgenden Jahren unter Druck setzen.

 

Sinken oder erhöhen sich die Strompreise durch erneuerbare Energien?

Paradoxa der Energiewende

Die sogenannte Energiewende wird zwar viel diskutiert, mitunter wird aber durchaus Unterschiedliches darunter verstanden: Während auf der einen Seite hauptsächlich die dezentrale und erneuerbare Stromerzeugung im Vordergrund steht, wird auf der anderen Seite die Minimierung (bzw. Eliminierung) des CO2-Ausstosses als Hauptmerkmal angesehen. Im deutschsprachigen Raum bedeutet Energiewende gleichzeitig auch Atomausstieg also die Abschaltung bestehender Kernkraftwerke und häufig auch eine Art Technologieverbot, sodass keine neuen Kernkraftwerke gebaut werden können. Der Atomausstieg wurde nach der Fukushima-Katastrophe 2011 durch die Parlamente geboxt und damit die Energiewende zwangsläufig eingeleitet. Heikel an dieser Sache ist, dass die Elektrizitätsbranche sehr lange Investitionszyklen kennt und Entscheide häufig Jahrzehnte im Voraus in die Wege leitet. Auf kurzfristige Schocks reagiert die Branche nur träge. Diese Trägheit betrifft vor allem die grossen Betreiber von konventionellen Kraftwerken (Kernkraftwerke, Erdgaskraftwerke), welche immense Geldsummen an ihre Infrastruktur gebunden haben und Jahrzehnte im Voraus kalkulieren. Dementsprechend überrumpelt fühlte sich die Branche, als nach Fukushima die neuen erneuerbaren Energien wie Photovoltaik- (PV) und Windkraftanlagen mit dem Dünger von staatlichen Fördermassnahmen wie Pilze aus dem Boden schossen. Besitzer und Betreiber dieser dezentralen Anlagen waren häufig nicht mehr die grossen Energiebetreiber, sondern viele kleine, häufig private Akteure. Schon bald summierte sich die installierte Leistung dieser vielen kleinen Anlagen zu einem beachtlichen Anteil und die produzierte Menge Strom stieg von Jahr zu Jahr weiter an. In Deutschland stammte 2013 bereits 25 Prozent der Stromerzeugung von Erneuerbaren. Die Erneuerbaren wurden also innert kürzester Zeit erwachsen, werden aber in Deutschland weiterhin wie Kinder behandelt. So geniessen sie auch im Jahr 2014 einen Einspeisevorrang.

Sihlsee Oktober 2014

Wetterabhängige Stromproduktion

Solarzellen auf dem Dach und Windräder an Küsten und auf Hügeln produzieren nur dann Strom, wenn es die Witterung zulässt. So ist die Stromproduktion aus PV einerseits stark tageszeitabhängig (in der Nacht wird nie Strom erzeugt) anderseits jahreszeitabhängig (im Sommer ist die Strahlung deutlich erhöht), aber auch wetterabhängig. Die Stromproduktion aus Windenergieanlagen fluktuiert ebenfalls. Die tageszeitlichen und jahreszeitlichen Unterschiede sind aber deutlich geringer. Bei geeigneter Witterung wird sofort PV- und Windstrom produziert und diese Produktion ist kaum regelbar: Die produzierte Menge Strom ist, bei gegebener Anzahl Anlagen, nur abhängig vom Wetter, nicht aber von den Marktbedürfnissen. Das Wetter und nicht der Kunde entscheidet, wann Strom aus neuen erneuerbaren Energien produziert wird. Gleichzeitig werden die Erneuerbaren vom Staat mit einer Einspeisevergütung gefördert. Unabhängig vom vorherrschenden Marktpreis für Strom erhalten die Produzenten von erneuerbaren Energien bei der Einspeisung ihres produzierten Stroms ins Netz einen festgelegten Preis. Da die erneuerbaren Energien zur Stromproduktion keine teuren Betriebsstoffe wie Heizöl, Kohle, Gas oder Uran, sondern die gratis zur Verfügung stehende Sonnen-, Wind-, Erdwärme- und Wasserenergie benötigen, entsteht eine einzigartige Preisbildung auf dem Strommarkt. Da die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien keine Brennstoffkosten haben und ihre Produktion nicht regelbar ist (also genau dann produziert wird, wenn es das Wetter zulässt), bieten sie ihre Energie am Markt „gratis“ an (Einspeisevorrang). Relativ billig wird am Markt die Stromerzeugung aus Kernenergie und Kohle angeboten. Teuer und weniger gefragt ist Strom aus Erdgas und Erdöl (Merit Order Prinzip). Obwohl die Erneuerbaren „gratis“ am Markt anbieten, erhalten sie den Strompreis des letztbietenden Erzeugers. Der Unterschied zwischen angebotenem Preis und Marktpreis entspricht der Marge, mit der die fixen Kosten gedeckt werden müssen.

Mehr CO2

Die zunehmende Menge neuer erneuerbaren Energien im Strommarkt haben in Europa und vor allem in Deutschland in den letzten Jahren ein im Vorfeld stark unterschätztes Phänomen ausgelöst. Da immer mehr PV- und Windenergieanlagen „gratis“ am Strommarkt teilnahmen, gab es eine regelrechte Stromschwemme und die Strompreise an der Börse sind in der Folge markant gesunken. Im Gleichschritt wurden die Margen für konventionelle Erzeuger (Kohle, Gas, Öl) immer geringer. Dies bekommen zurzeit auch die Betreiber konventioneller Kraftwerke in der Schweiz zu spüren, bspw. die Pumpspeicherkraftwerke in den Alpen. Sobald die Strompreise unter den Brennstoffkosten liegen, bieten die grossen Betreiber von Gaskraftwerken ihre Leistung nicht mehr am Markt an. Solange dies nur einige Stunden im Jahr auftritt ist dies nicht weiter dramatisch. Die Anzahl solcher Stunden hat in den letzten Jahren jedoch stetig zugenommen, so dass einige Kraftwerke kaum noch auf die für einen rentablen Betrieb nötigen Betriebsstunden (Volllast-Stunden) kommen und ihre Kraftwerke schliesslich ganz abschalten. Der Siegeszug der Erneuerbaren wirft die konventionellen Kraftwerke regelrecht aus dem Markt, was jedoch unerwünschte Folgen haben könnte. Die konventionellen Kraftwerke haben nämlich gegenüber PV und Wind einen wichtigen Vorteil. Ihre Stromerzeugung ist nicht abhängig vom Wetter. Wenn also aufgrund der aktuellen Marktsituation kaum noch konventionelle Kraftwerke am Netz sind und eine langanhaltende Inversionswetterlage im Winter ansteht und kaum Strom aus PV- und Windenergieanlagen produziert wird, kann die Stromversorgung nicht weiter aufrecht erhalten werden. Doch nur für diese kritischen Stunden wollen die grossen Betreiber ihre Leistung nicht vorhalten, es sei denn auch sie werden zukünftig finanziell vom Staat unterstützt (Kapazitätsmarkt). Ein weiteres Paradoxa der Energiewende ist, dass die CO2-Emissionen aus der Stromerzeugung in Deutschland in den letzten Jahren trotz des massiven Ausbaus der Erneuerbaren nicht etwa zurückgingen, sondern sogar anstiegen. Der Grund dafür liegt in den sinkenden Strompreisen. Da die Marge auf dem Strommarkt so tief ist, werden kaum noch Gaskraftwerke betrieben, da Erdgas teuer ist. Rentabel sind nur noch alte Kohlekraftwerke, welche bereits amortisiert sind und mit billiger Kohle befeuert werden können. Kohle verursacht aber gegenüber Erdgas viel mehr CO2.

Dieses unerwünschte Nebenphänomen war sicherlich nicht so geplant und zeigt exemplarisch auf, welche Dynamik tiefe Markteingriffe auslösen können. Obwohl unter „Energiewende“ kaum jemand höhere CO2-Emissionen versteht, ist dies in Deutschland zurzeit Realität.

Paradoxa der Energiewende