Das Stromsystem der Zukunft ist erneuerbar und flexibel

Im fünften und letzten Teil der Serie „Strommarkt Schweiz – Europäische Integration oder Autarkie?“ geht es um die Frage: „Ist der Strommarkt einem massiven Wandel ausgesetzt?“

 

Beispielhafter Vergleich der stündlichen Stromerzeugung während einer Woche im zukünftigen System mit viel erneuerbaren Energien sowie im System mit Bandlastkraftwerken (Kern- & Kohlekraftwerke).
Beispielhafter Vergleich der stündlichen Stromerzeugung während einer Woche im zukünftigen System mit viel erneuerbaren Energien sowie im System mit Bandlastkraftwerken (Kern- & Kohlekraftwerke) Quelle: Agora Energiewende.

Zahlreiche Branchen befinden sich im Zuge der Digitalisierung im Umbruch. Neue Marktteilnehmer wie Uber oder AirBnB, die vor 10 Jahren noch nicht einmal gegründet waren, sind rasch vom kleinen Start-up zum globalen Marktleader aufgestiegen und dominieren heute ganze Wirtschaftszweige. Die Digitalisierung erfasst das Stromsystem mit dem Einzug von Smart Grids, Elektroautos, virtuellen Kraftwerken und App-gesteuerten Anlagen aber erst langsam, denn der grosse, zurzeit stattfindende Umbruch in der Strombranche wird nicht von der Digitalisierung, sondern von anderen Faktoren ausgelöst.

 

„Gute alte Zeiten“

In der – zumindest aus Sicht der Stromwirtschaft – „guten alten Zeit“ produzierten grosse Kernkraftwerke und (ausserhalb der Schweiz) Kohlekraftwerke kontinuierlich Strom, sogenannte „Bandlast“, der über das Übertragungs- und Verteilnetz an die Kunden gelangte. Die Produktion wurde der Nachfrage angepasst und diese war früher gut prognostizierbar. Absehbare Nachfragespitzen – wie das grossflächige Einschalten der Kochherde zur Mittagszeit oder die Unterhaltungselektronik-intensiven Abendstunden – wurden mit regelbaren, flexiblen (Pump-)Speicherkraftwerken und (ausserhalb der Schweiz) Gaskraftwerken gewinnbringend versorgt. Es war die Zeit der bedarfsgerechten, gewinnbringenden Produktion durch zentrale Kraftwerke mit hoher Verfügbarkeit und Flexibilität. Die konventionellen Kraftwerke wie Kern-, Speicher-, Kohle- oder Gaskraftwerke wurden europaweit vom Staat geplant, gebaut und finanziert und erst Jahre später im Zuge der Liberalisierung des Strommarktes in private Firmen der heutigen Strombranche überführt, wobei die Hauptaktionäre der grossen Stromfirmen nach wie vor vielerorts die Gliedstaaten (Kantone) sind.

 

Strommarktöffnung

In den letzten rund zehn Jahren ist aus dem übersichtlichen Stromsystem ein immer komplexeres System geworden. Die Gründe dafür sind vielseitig und keineswegs trivial. Der Wandel begann mit der Strommarktöffnung. In der EU ist der Strommarkt für Grosskunden seit 2004, für Private seit 2007 geöffnet. Die Schweiz nimmt da eine Ausnahmestellung ein. Während der erste Schritt der Marktöffnung (für Grossverbraucher) seit 2009 abgeschlossen ist, warten die Privaten weiterhin auf die Liberalisierung. Der zweite Schritt zur vollständigen Strommarktliberalisierung dürfte in der Schweiz wohl erst um 2020 kommen. Die Marktöffnung erlaubt es den Verbrauchern, ihren Stromlieferanten frei wählen zu können. Sie sind dann nicht mehr gezwungen, die Gestehungskosten ihres lokalen Anbieters zu bezahlen. Dadurch erhöht sich der Wettbewerb unter den Anbietern, und grosse wie kleine Kraftwerke aus der Nordostschweiz konkurrieren mit jenen aus der Westschweiz und der Zentralschweiz. Der Wettbewerb in der Strombranche endet aber nicht an der Landesgrenze. Mit der Schaffung eines europäischen Strombinnenmarktes verfolgt die EU seit den 1990er-Jahren das Ziel, in Europa einen wettbewerbsfähigen, offenen und grenzüberschreitenden Strommarkt zu schaffen. Dieser Vision ist die EU im Jahr 2016 schon sehr nahe gekommen. So sind in Europa 26 Länder, von Spanien bis Finnland und Italien bis England, über das sogenannte Markt Coupling miteinander verbunden. Vor allem aufgrund der unvollständigen Strommarktliberalisierung in der Schweiz ist die Eidgenossenschaft nicht offiziell mit den anderen europäischen Ländern gekoppelt. Trotzdem ist das gegenseitige Interesse des grenzüberschreitenden Stromhandels gross, so dass die Schweizer Stromfirmen mit ihren Kraftwerken über explizite Auktionen ebenfalls am europäischen Strommarkt teilnehmen. Aus den früheren nationalen Märkten wird zunehmend ein grosser europäischer Strombinnenmarkt. Der tiefste Gebotspreis entscheidet dann, ob der in Zürich nachgefragte Strom an einer Windturbine an der Ostsee, in einem Speicherkraftwerk in Norwegen oder in einem Kernkraftwerk in der Schweiz produziert wird.

 

Klimaschutz

Parallel zur Strommarktliberalisierung ist die Energiewende ein weiterer Grund für die zunehmende Komplexität im Stromsystem. Die Energiewirtschaft ist europaweit für einen erheblichen Anteil der CO2-Emissionen verantwortlich. In Deutschland stammten auch im Jahr 2014 46 % der CO2-Emissionen aus Kraftwerken der Energiebranche. In der Schweiz sieht das ganz anders aus. Die in der Schweiz stehenden Kern- und Wasserspeicherkraftwerke sind nahezu CO2-frei und somit sehr klimafreundlich. Will die EU ihre Klimaziele erreichen, müssen daher die CO2-Emissionen in der Energiewirtschaft deutlich gesenkt werden. Kohle- und Gaskraftwerke müssen folglich durch andere Technologien ersetzt werden. Eine Option wäre der Umstieg auf Kernkraftwerke, doch dieser hat in einigen Ländern, so auch in Deutschland und der Schweiz, seit dem Reaktorunglück in Fukushima einen schweren Stand. Kohle- und Gaskraftwerke, die sehr viel CO2-Emissionen verursachen, können demzufolge nur mit erneuerbaren Energien ersetzt werden, sollen die Klimaschutzziele erreicht werden. „Energiewende“ bedeutet im deutschsprachigen Raum folglich Ausstieg aus fossilen Energieträgern und Kernkraft und Ausbau der erneuerbaren Energien. Bei den erneuerbaren Energien machen die Stromproduktionen aus Sonne (PV) und Wind das Rennen, da sie vergleichsweise konkurrenzfähig sind. Der Ausbau der erneuerbaren Energien beschränkt sich aber keinesfalls auf Europa, sondern ist ein globales Phänomen. Im Jahr 2014 wurden alleine in China Windkraftanlagen mit einer Leistung von 23 Gigawatt zugebaut. Das entspricht der Leistung von rund 23 grossen Kernkraftwerken! Zum Vergleich: In Deutschland und in den USA wurden 2014 je rund 5 Gigawatt zugebaut. In Brasilien, Indien und Kanada je weitere 2 Gigawatt. Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien entstehen viele dezentrale Kraftwerke, welche wetterabhängig und somit stark fluktuierend produzieren. Vor allem beim Ausbau der Stromerzeugung aus Sonnenenergie handelt es sich grösstenteils um Anlagen von Privaten. Diese sind nun gleichzeitig Produzenten von Strom als auch Verbraucher (Prosumer). Neben der stark fluktuierenden Stromproduktion aus erneuerbaren Energien wird auch der Stromverbrauch variabler und weniger gut vorhersehbar, da zwischen Eigenverbrauch der selbsterzeugten Energie und Netzbezug hin und her gewechselt wird oder intelligente Geräte sich entscheiden, zu einem bestimmten Zeitpunkt gerade keinen Strom zu beziehen. Aus dem ursprünglich einfachen Stromsystem mit grossen zentralen Kraftwerken, die Strom in eine Richtung zum Kunden lieferten, ist ein europaweiter Markt geworden mit vielen dezentralen Anlagen, unzähligen Marktteilnehmern und fluktuierender Stromproduktion. Während früher das Stromsystem Nachfrage-gesteuert war, ist es heute aufgrund der Wetterabhängigkeit der Stromproduktion Angebot-gesteuert. Nicht mehr die Verbraucher bestimmen, wann ein Kraftwerk produziert, sondern die Kraftwerke entscheiden wann Verbraucher ihren Strom konsumieren. Dafür braucht es flexible, smarte Nachfrager. Hier kommt die Digitalisierung ins Spiel, die dabei auf eine Branche trifft, welche den Wandel und Umbruch schon bestens kennt.

> weiterführende Literatur

Das Stromsystem der Zukunft ist erneuerbar und flexibel

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?