Abbildung 1: Laden von Elektroautos (Bildquelle).

Aufgrund der weitgehenden Elektrifizierung des Energiesystems steigt auch der Stromverbrauch. Dieser Mehrverbrauch macht auch einen Ausbau des Stromnetzes erforderlich. Der Umfang des Ausbaus wird insbesondere durch die Elektromobilität und die zusätzlichen Wärmepumpen bestimmt.

Die Herleitung der Netzausbaukosten der zusätzlichen Verbraucher basiert wie bei den zusätzlichen Produktionsanlagen auf den verschiedenen Szenarien der BFE-Verteilnetzstudie. Die in Tabelle 1 zusammengestellten Szenarien entsprechen denjenigen der EP2050+. Neben der Gesamtlast sind in der Tabelle die Verbrauchslasten der Elektromobilität, der Wärmepumpen und der übrigen Verbraucher aufgeführt. Die Werte in der Spalte «Investition Mehrverbrauch» entsprechen den gesamten Netzausbauinvestitionen abzüglich der Investitionen, die für die Einbindung der zusätzlichen Gebäude-PV-Anlagen benötigt werden.

Tabelle 1: Leistung der Zusatzverbraucher der verschiedenen Szenarien der EP2050+ und zugehörige Netzausbauinvestitionen in Mia. CHF (Quelle: BFE-Verteilnetzstudie, https://pubdb.bfe.admin.ch/de/publication/download/11205).

Szenarien	Gesamt- last [GW]	Elektro- mobilität [GW]	Wärme- pumpen [GW]	übrige Verbraucher [GW]	Investition Mehr- verbrauch	davon EM&WP	davon übriger Verbrauch
Status Quo	24.0	0.1	1.3	22.6	27.4	1.3	26.1
Weiter wie bisher	31.2	7.3	3.7	20.2	34.0	9.9	24.1
Zero Basis	36.3	11.7	5.8	18.8	41.3	15.8	25.5
Zero A	38.3	13.1	6.5	18.7	43.9	17.6	26.3

In der Abbildung 2 sind die Verbrauchslasten der Elektromobilität und der Wärmepumpen sowie die Spalte Investition Mehrverbrauch grafisch dargestellt. Die Grafik zeigt, dass die Verbrauchslasten sowohl der Elektromobilität als auch der Wärmepumpen einen linearen Zusammenhang mit den Netzausbauinvestitionen für den Mehrverbrauch aufweisen.

Abbildung 2: Leistung der Wärmepumpen (orange) und Elektromobilität (blau) der verschiedenen Szenarien der EP2050+ und zugehörige Netzausbauinvestitionen.

Unter Kreditierung dieses linearen Zusammenhangs können Netzausbauinvestitionen von 0,9 Mia. CHF pro GW Verbrauchslast aus Elektromobilität und Wärmepumpen abgeleitet werden. Die resultierenden Werte sind in Spalte 7 der Tabelle 1 zusammengestellt. Für die übrigen Verbraucher ergibt sich gemäss Spalte 8 unabhängig vom Szenario ein Basisbeitrag von rund 25,5 Mia. CHF.

Lastmanagement

In den EP2050+ wird davon ausgegangen, dass die Flexibilisierung des Stromverbrauchs eine zentrale Rolle für die Integration des Stromsystems der Schweiz spielen wird. Dabei werden sowohl die Elektromobilität als auch die Wärmepumpen als flexible Verbraucher betrachtet, deren Stromverbrauch im Falle von Elektrofahrzeugen um mehrere Tage und bei Wärmepumpen um mehrere Stunden verschoben werden kann.

Die Analysen der BFE-Verteilnetzstudie zeigen, dass die verbrauchsseitigen Netzausbauinvestitionen in erster Linie durch das Ladeverhalten der Elektromobilität beeinflusst werden. Der Einfluss des Wärmepumpenbetriebes ist deutlich geringer als jener der Elektromobilität. Dies liegt daran, dass die Netzdimensionierung in den unteren Netzebenen tendenziell vorrangig durch Ladeleistungen für Elektromobilität bestimmt ist. Der auslegungsrelevante Lastbeitrag in der Netzebene NE7der Elektromobilität ist im Jahr 2050 ca. doppelt so hoch wie der der Wärmepumpen. Dadurch wirkt die zusätzliche Flexibilitätsannahme für die Wärmepumpen entsprechend nur auf einen kleinen Teil der Gesamtlast aus.

In Abbildung 3 sind die Auswirkungen von verschiedenen Lastverlagerungsstrategien auf die Netzausbaukosten dargestellt.

Wenn alle Elektromobile zu Zeiten mit geringen Strompreisen geladen werden, spricht man von marktorientiertem Laden. Wie aus Abbildung 3 ersichtlich ist, hat marktorientiertes Laden von Elektrofahrzeugen einen grossen Einfluss auf die Netzausbaukosten. Im «Worst-Case-Szenario» mit maximal ausgebauter Heimladekapazität und der Annahme, dass alle Ladevorgänge an den Heimladestationen gleichzeitig erfolgen, ergeben sich Mehrkosten von 36 Mia. CHF. Für das Szenario «Marktladen» mit einer um 40% geringeren Heimladekapazität, muss das Stromnetz im Vergleich zum Szenario Zero Basis mit zusätzlichen 17 Mia. CHF ausgebaut werden.

Im Gegenzug können Netzausbaukosten eingespart werden, wenn nur dann geladen wird, wenn das Stromnetz freie Kapazitäten aufweist (netzorientiertes Laden). Die damit erzielbaren Einsparungen belaufen sich auf 6 Mia. CHF.

Abbildung 3: Investitionsbedarf der Sensitivitäten zum Szenario ZERO Basis: Abweichung zum Szenario ZERO Basis (Quelle Bild 3.62, BFE-Verteilnetzstudie, https://pubdb.bfe.admin.ch/de/publication/download/11205).

Die EP2050+ gehen davon aus, dass der Stromverbrauch der Elektromobilität und der Wärmepumpen in Perioden mit hohem Stromangebot und relativ tiefen Preisen verschoben wird. Es wird somit von einem marktorientierten Verbrauch ausgegangen. Daraus resultieren zusätzliche Netzausbaukosten, welche sich an den Mehrkosten von 17 Mia. CHF des Szenarios «Marktladen» orientieren.

Geht man hingegen davon aus, dass die Stromkunden ihren Verbrauch nach maximalem Komfort ausrichten, werden sie darauf verzichten ihre Elektrofahrzeuge marktorientiert zu laden. Dies liegt daran, dass der Ladezeitpunkt von aussen vorgegeben wird und nicht vom Fahrzeughalter frei gewählt werden kann. Es kann deshalb davon ausgegangen werden, dass sich das von den EP2050+ propagierte Flexibilisierung des Stromverbrauchs nur mit entsprechenden Vorschriften oder einer sehr attraktiven Tarifstruktur durchsetzen lässt.

Aus Komfortgründen werden Fahrzeugbesitzer das Heimladen gegenüber dem öffentlichen Laden bevorzugen. Bei der Berechnung der Netzausbaukosten wird deshalb davon ausgegangen, dass der Grossteil des Ladebedarfs an privaten Heimladestationen bedient wird. Dazu werden im Vergleich zum Szenario Zero Basis 40 % mehr Heimladestationen und dafür etwas weniger öffentlichen Schnelladestationen installiert. Der Netzausbau verteuert sich dadurch gemäss Abbildung 3 um 5,0 Mia. CHF oder 0,4 Mia CHF/GW Elektromobilität.

Netzausbaukosten in Abhängigkeit des Jahresverbrauchs

Da in den Szenarien des vorliegenden Blogs mit dem Jahresverbrauch der zusätzlichen Verbraucher statt mit ihrer Leistung gearbeitet wird, müssen die Netzausbaukosten auch auf den zusätzlichen Jahresverbrauch umgerechnet werden.

Die dafür benötigten Angaben finden sich ebenfalls in der BFE-Verteilnetzstudie. In Tabelle 2 sind die resultierenden spezifischen Netzausbaukosten zusammengestellt.

Tabelle 2: Zusammenstellung der Netzausbaukosten verschiedener Verbraucher in Abhängigkeit von Leistung resp. Jahresverbrauch (in Mia. CHF, Berechnungsgrundlagen für Jahreskosten: Betriebskosten 4%, Betriebsdauer 40 Jahre, Realzins 1,6%).

Technologie	Leistung [GW]	Vollast- stunden [h/a]	Pro Jahr [TWh/a]	Kosten pro GW	Kosten pro TWh/a	Jahreskosten pro TWh/a	Produktions- verlust [TWh/a]
Wärmepumpen	1.0	1’538	1.54	0.90	0.59	0.043	0.00
E-Mob Standard	1.0	935	0.94	0.90	0.96	0.071	0.00
E-Mob Heimladen	1.0	935	0.94	1.33	1.42	0.105	0.00
E-Mob Marktladen	1.0	935	0.94	2.35	2.52	0.186	0.00
Negativemissionen	1.0	8’000	8.00	0.00	0.00	0.000	0.00
Wasserstoffproduktion	1.0	2’000	2.00	0.00	0.00	0.000	0.00

Die Netzausbaukosten für die Negativemissionen und eine allfällige Wasserstoffproduktion sind in Tabelle 2 auf null gesetzt. Dies weil die genannten Verbraucher in den Netzebenen NE1 und NE3 angesiedelt sind und deshalb nur geringe Netzausbaukosten nach sich ziehen.