Energie­wende

Abbildung 1: Solaranlage auf der Albigna Staumauer (Bildquelle).

Ausgangslage

Im Nachgang zum Unfall im japanischen Kernkraftwerk Fukushima haben Bundesrat und Parlament im Jahr 2011 einen Grundsatzentscheid für einen schrittweisen Ausstieg aus der Kernenergie in der Schweiz gefällt. Die bestehenden fünf Kernkraftwerke sollen am Ende ihrer sicherheitstechnischen Betriebsdauer stillgelegt und nicht durch neue Kernkraftwerke ersetzt werden. Stattdessen sollen, je nach Stromangebots- und Nachfrageszenarien, eine Kombination aus neuen erneuerbaren Energien und gasbetriebenen Kombikraftwerken im Inland sowie Stromimporte aus den Nachbarländern die Versorgung sichern

Für den damit verbundenen Umbau des Schweizer Energiesystems bis ins Jahr 2050 hat der Bundesrat die Energieperspektiven 2050+ erarbeitet.

Im Rahmen des Übereinkommens von Paris hat sich der Bundesrat noch ehrgeizigere Ziele für die Reduktion des CO2-Ausstosses gesetzt. Ab dem Jahr 2050 soll die Schweiz unter dem Strich keine Treibhausgasemissionen mehr ausstossen (Netto-Null-Klimaziel). Die langfristige Klimastrategie zur Erreichung dieses Ziels, die Klimastrategie 2050 wurde vom Bundesrat am 27. Januar 2021 verabschiedet und beim UNO-Klimasekretariat eingereicht. Damit ist die Schweiz der Aufforderung des rechtlich nicht bindenden Übereinkommens von Paris nachgekommen, welches alle Staaten zur Erarbeitung von Klimastrategien für den Zeithorizont bis 2050 aufruft.

Klimastrategie 2050

Die Klimastrategie präsentiert für die Sektoren Gebäude, Industrie, Verkehr, Landwirtschaft und Ernährung, Finanzmarkt, Abfall, synthetische Gase sowie für den internationalen Luftverkehr mögliche Entwicklungen bis zum Jahr 2050 und definiert für jeden Sektor strategische Zielsetzungen. Sie stützt sich dabei weitgehend auf die überarbeiteten Energieperspektiven 2050+ (EP2050+) des Bundes ab und ergänzt diese mit Abschätzungen für die Bereiche, die mit den Perspektiven nicht abgedeckt sind. Dies betrifft insbesondere die Methan- und Lachgasemissionen, Landnutzungsänderungen sowie den internationalen Flugverkehr.

Gemäss Klimastrategie und EP2050+ muss die Energieversorgung der Schweiz vollständig umgebaut werden. Erschwerend ist die Tatsache, dass nicht nur der Ersatz der fossilen Energieträger, sondern in absehbarer Zeit auch die Abschaltung der Kernkraftwerke notwendig sein wird. Hinzu kommt, dass mit dem Ausstieg Deutschlands aus der Kernenergie und der Kohleverstromung, dem Wegfall russischer Gaslieferungen und der zunehmenden Behinderung grenzüberschreitender Stromlieferungen durch die EU die Möglichkeit künftiger Stromimporte, insbesondere im Winter, zunehmend in Frage gestellt wird.

Energieperspektiven 2050+

In den technischen Berichten der EP2050+ zeigt der Bund anhand verschiedener Szenarien auf, wie die Klimaziele konkret erreicht werden sollen. Gemäss dem Basisszenario soll der Stromverbrauch bis 2050 trotz eines Bevölkerungswachstums von 19% und einer fast vollständigen Elektrifizierung des Energiesystems nur um 29% zunehmen.

Der Bund geht davon aus, dass der zusätzliche Strombedarf sowie der Zusatzbedarf durch den Ausstieg aus der Kernenergie weitgehend durch Photovoltaik auf Gebäuden sowie etwas Windenergie und Geothermie gedeckt werden kann. Der bei einem solchen Erzeugungsmix im Winter fehlende Strom wird, so die Annahme, durch europäische Windenergie bereitgestellt. Zusätzlich sollen grosse Importe von Biogas und strombasierten Kraftstoffen helfen, mögliche Versorgungsengpässe zu vermeiden.

Insgesamt kommen die EP2050+ zu dem Schluss, dass die Reduktion der Treibhausgasemissionen auf netto null bis 2050 mit heute bekannten Technologien zu konkurrenzfähigen Kosten möglich ist. Diese Schlussfolgerung ist umstritten und wird auch von wissenschaftlicher Seite kritisiert. Der Hauptvorwurf lautet, dass der notwendige Umbau des Energiesystems von den Behörden zu optimistisch dargestellt und die damit verbundenen Kosten unterschätzt werden

Trotz dieser Bedenken gibt es keine Hinweise darauf, dass das auftraggebende Bundesamt für Energie die EP2050+ einer unabhängigen wissenschaftlichen Überprüfung unterzogen hätte oder dies in Zukunft beabsichtigt. Das Bundesamt für Energie übernimmt für die EP2050+ auch keine Verantwortung, wird doch in den Berichten einleitend explizit festgehalten, dass für den Inhalt und die Schlussfolgerungen ausschliesslich die aus der Privatwirtschaft stammenden Autoren der Berichte

Dieser Hintergrund hat mich dazu veranlasst die wesentlichen Schlussfolgerungen der EP2050+ selber zu überprüfen. Im Folgenden ist meine Kritik an den wesentlichen Annahmen der EP2050+ zum zukünftigen Energieverbrauch und zur Energieerzeugung zusammengestellt.

  • Kritik an den EP2050+

    Kritik an den EP2050+

    Die EP2050+ kommen zum Schluss, dass die Reduktion der Treibhausgasemissionen auf netto null bis 2050 mit heute bekannten Technologien möglich ist. Diese Schlussfolgerung ist umstritten und wird auch von wissenschaftlicher Seite kritisiert. Im Folgenden ist die Kritik an den wesentlichen Annahmen der EP2050+ zum zukünftigen Energieverbrauch und zur Energieerzeugung zusammengestellt.

  • Kosten der EP2050+

    Kosten der EP2050+

    Die Kostenbetrachtungen im technischen Bericht zu den EP2050+ beziehen sich allesamt auf ein Vergleichsszenario «Weiter wie bisher (WWB)». Ein Vergleich mit der heutigen Situation wird jedoch nicht gezogen. Die Kostenangaben in den EP2050+ sind deshalb nur beschränkt aussagekräftig. Um eine Vergleichsbasis mit den übrigen Betrachtungen zu schaffen, werden deshalb die Kosten des Basisszenarios mit der…

Schlussfolgerungen

Obwohl die schweizerische Bevölkerung bis 2050 um 19% zunehmen wird, geht das im Basisszenario der EP2050+ vorgeschlagene Energiesystem von einer geht von einem um 23% reduzierten Primärenergiebedarf aus. Die vorliegende Analyse zeigt, dass diese Reduktion durch die zweifelslos möglichen Effizienzsteigerungen allein nicht erklärt werden kann.

Für die postulierte Reduktion wird in den EP2050+ zusätzlich angenommen, dass der Anteil energieintensiverer Betriebe in der Schweiz zurück geht und in den Sektoren Industrie und Dienstleistung sowohl der Flächenbedarf als auch die Beschäftigtenzahl trotz Bevölkerungszunahme stagnieren. Entsprechend wird von einem überproportionalen Rückgang des Pro-Kopf-Wärme- und Stromverbrauches ausgegangen.

Doch damit nicht genug. Das im Basisszenario der EP2050+ vorgeschlagene Energiesystem geht zudem von einem niedrigen Elektrifizierungsgrad aus. Strom und die damit nutzbar gemachte Umweltwärme decken lediglich 64% des Bruttoenergiebedarfes ab. Biogene Energieträger tragen zu 12%, strombasierte Energieträger zu 17% und fossile Energieträger zu 7% zum Bruttoenergiebedarf bei. Die inländische Produktion reicht jedoch nicht aus den Bedarf an biogenen und strombasierten Energieträgern zu decken. Die EP2050+ sehen deshalb folgende Importe vor:

  • Biogene Energieträger: Insgesamt sollen 11,2 TWh/a Biogas und 1,5 TWh/a Biodiesel importiert werden. Als Lieferländer werden im Zusatzmaterial zu den EP2050+ die Ukraine und Russland genannt. Vor dem aktuellen geopolitischen Hintergrund ist es mehr als fraglich ob diese Länder die benötigten Importe gewährleisten können.
  • Strombasierte Energieträger: Die vorgesehenen Importe belaufen sich auf 2,6 TWh/a an strombasiertem Wasserstoff und 27,5 TWh/a an strombasierten flüssigen Treibstoffen. Insbesondere die strombasierten flüssigen Treibstoffe sind aufgrund ihrer hohen Produktionskosten unwirtschaftlich. Es ist deshalb unwahrscheinlich, dass im Ausland diesbezügliche Produktionskapazitäten aufgebaut werden, von denen die Schweiz profitieren könnte.

Weiter ist vorgesehen, dass die CO2-Abscheidung für 40% der schweizerischen Negativemissionen ins Ausland verlagert werden soll.

  • Negativemissionen: Der mit der Verlagerung der CO2-Abscheidung verbundene Stromverbrauch von 8,5 TWh/a fällt im Ausland an und muss dort mit klimaneutralen Produktionsanlagen erzeugt werden. Zudem benötigen die CO2-Abscheidungsanlagen viel Platz und sind lärmig. Auch hier stellt sich die Frage ob sich ein Land bereit erklärt diese undankbare Aufgabe für die Schweiz zu günstigen Konditionen zu übernehmen.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass der tiefe Stromverbrauch des EP2050-Basisszenarios nur dank einer unerwünschten Deindustrialisierung sowie keinesfalls gesicherter Importe resp. Verlagerungen ins Ausland zustande kommt. Solch unsichere Annahmen sind als Planungsgrundlage für ein zukünftiges stabiles Energiesystem nicht geeignet.

Aus diesem Grund geht selbst die schweizerische Elektrizitätskommission (ElCom) in ihrem Bericht «Winterproduktionsfähigkeit» davon aus, dass zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit bis zum Jahr 2035 erdgasbetriebene Reservekraftwerke mit einer Leistung von bis zu 4’000 MW benötigt werden.

Doch selbst wenn abgenommen wird, dass die umfangreichen Mengen wie vorgesehen importiert werden können, wären sie sehr teuer. Statt heute 6,4 Mia. CHF/a für 146,2 TWh/a fossile Energieträger müssten 2050 12,3 Mia. CHF/a für lediglich 42,2 TWh/a klimaneutrale Energieträger aufgewendet werden.

Produktionsseitig soll der auf wackeligen Annahmen basierende Strombedarf im Wesentlichen mit Gebäudephotovoltaik und in geringerem Umfang mittels Windenergie und tiefer Geothermie gedeckt werden.

Nun ist Gebäudephotovoltaik aus technischer Sicht mit Abstand die schlechteste Lösung. Der Strom fällt vor allem dann an, wenn wir ihn nicht brauchen. Im Winterhalbjahr, wenn die Wärmepumpen betrieben werden müssen, liefern Photovoltaikanlagen auf Gebäuden selbst bei Übernahme der sehr optimistischen Annahmen der EP2050+ lediglich 31% ihrer Jahresproduktion. 69% wird im Sommer produziert, wenn der Stromverbrauch geringer ist. Zudem ist Gebäudephotovoltaik die zweitteuerste aller erneuerbaren Stromquellen. Nur Strom aus Kleinwasserkraftwerken kostet noch etwas mehr. Hinzu kommt, dass Gebäudephotovoltaik von allen Produktionstechnologien die höchsten Investitionen in den Netzausbau auslöst und dass die EP2050+ von einer ausserordentlich teuren Ausrüstung von 70% aller Anlagen mit Batteriespeichern ausgehen. Aufgrund der in den EP250+ getroffenen Annahmen steigen die Stromkosten um 6,5 Mia. CHF/a.

Insgesamt verursacht das Basisszenario der EP2050+ zusätzliche Kosten von 29,4 Mia. CHF/a oder 2’900 CHF pro Jahr und Person. Szenarien welche geringere Kostenfolgen haben werden in den EP2050+ nicht untersucht. Zwar werden neben der Basisvariante ZERO Basis drei zusätzliche abgeleitete Varianten aufgeführt. Sie beruhen jedoch allesamt auf einem von Gebäudephotovoltaik dominierten Produktionsmix. Entsprechend sind alle vier Varianten auch sehr teuer.

In der politischen Diskussion spielen der zukünftige Produktionsmix und die Kosten der Energiewende eine zentrale Rolle. Aufgrund der sehr beschränkten Szenarienauswahl können die EP2050+ zu dieser Diskussion jedoch nichts beitragen.

Alternative Versorgungsszenarien

Anders als es die EP2050+ nahelegen, gibt es durchaus Alternativen zu einem mehrheitlich auf Importen und Gebäudephotovoltaik basierenden Energiesystem. In meinem Blog leite ich insgesamt sechs solcher alternativer Versorgungsszenarien her.  

Methodisch wird in einem ersten Schritt der Ersatzbedarf für die Substitution der fossilen Energieträger und der notwendigen Negativemissionen hergeleitet. In einem nächsten Schritt werden das Ausbaupotenzial der verschiedenen klimaneutralen Produktionstechnologien sowie die dafür benötigte Verstärkungen des Stromnetzes abgeschätzt.

Basierend auf diesen Herleitungen und Abschätzungen, werden im Beitrag Produktionsmix sechs sehr unterschiedliche Alternativszenarien zu den EP2050+ vorgestellt.

Ich hoffe, dass die im Blog dargelegten Kosten dieser Szenarien sowie ihrer Vor- und Nachteile zu einer Versachlichung der Diskussion über die Energiewende beitragen können.

Die Details zu den Herleitungen und Abschätzungen finden Sie hier:

  • Ersatz­bedarf

    Ersatz­bedarf

    Im Rahmen des Übereinkommens von Paris hat sich der Bundesrat ehrgeizige Ziele für die Reduktion des CO2-Ausstosses gesetzt. Ab dem Jahr 2050 soll die Schweiz unter dem Strich keine Treibhausgase mehr ausstossen (Netto-Null-Klimaziel). Die langfristige Klimastrategie zur Erreichung dieses Ziels, die Klimastrategie 2050, sieht vor, dass die fossilen Energieträger bis zum Jahr 2050 soweit als…

  • Aus­bau­pot­enzial

    Aus­bau­pot­enzial

    Aus­bau­pot­enzial Heutige und zukünftige Energieproduktion Die Energiewende bedingt einen massiven Ausbau der Produktion an klimaneutraler Energie. Um die Ziele der Klimastrategie 2050 zu erreichen, muss damit nicht nur der Wegfall der fossilen Energieträger, sondern zusätzlich auch der Wegfall der Kernenergie kompensiert werden. Insgesamt resultiert daraus ein ungedeckter Strommehrbedarf von 79,5 TWh/a. Für die Produktion dieses…

  • Negativemissionen

    Negativemissionen

    Um das Netto-Null-Ziel zu erreichen genügt es nicht alle fossilen Energieträger zu ersetzen. Abgesehen davon, dass dies nicht vollständig möglich ist gibt es insbesondere in der Zementindustrie und der Landwirtschaft signifikante Treibhausgasemissionen die sich nicht vermeiden lassen. Die im Jahr 2050 noch verbleibenden klimawirksamen Treibhausgasemissionen belaufen sich auf 17,6 Mt CO2-eq/a.

  • Stromnetz

    Stromnetz

    Um das Netto-Null-Ziel zu erreichen, reicht es nicht aus, alle Heizungen durch Wärmepumpen zu ersetzen, die Mobilität zu elektrifizieren und den benötigten klimaneutralen Strom bereitzustellen. Es braucht auch ein Stromnetz, das die zusätzlichen Verbraucher und Erzeugungsanlagen zuverlässig miteinander verbinden kann.

  • Pro­duk­tions­mix

    Pro­duk­tions­mix

    Pro­duk­tions­mix Aufgrund des Ersatzes der fossilen Energieträger und dem Ausstieg aus der Kernenergie resultiert im Jahr 2050 ein Strombedarf von 114,2 TWh/a.Für die Deckung dieses Bedarfs werden fünf verschiedene Produktionsmixvarianten vorgestellt: Der benötigte zusätzliche Strombedarf und Bewertung der einzelnen Varianten werden im Folgenden im Detail vorgestellt. Produktionsmixvarianten Es zeigt sich, dass die Energiewende bei allen…

13 Kommentare zu «Energie­wende»

  1. Herzlichen Dank für den Beitrag in der NZZ vom 24.01.2023. Ich gratuliere zu diesen Ausführungen.
    Es geht nicht ohne elementares Nachdenken mit Einbezug von Kosten, Akzeptanz und zeitlicher Machbarkeit.
    Ich empfehle den erwähnten Artikel in der Neuen Zürcher Zeitung vom 24.01.2023 zu lesen. Die Situation ist dort kurz und übersichtlich zusammengefasst. Soweit ich als Wasserkraftplaner mit mehr als 40 Jahren Berufserfahrung beurteilen kann, sind die Facts so gut wie möglich wiedergegeben.

  2. Bravo, endlich spricht einer Klartext. Danke, lieber spät, als gar nicht. Die Schweiz soll sich endlich bewegen. Es muss endlich eine schlaue Energie-Strategie aufgestellt werden. Wieviel TWh Strom wollen wir in 2030 und 2050 und woher soll das kommen? Einfache Frage.

  3. Gratuliere zu Ihren klaren Worten in der NZZ vom 24.1.2023. Dass viel geschehen muss ist unterdessen den meisten klargeworden. Leider dominiert in den entscheidenden Gremien immer noch Ideologie und Wunschdenken. Ein Problem dieser Grössenordnung muss strukturiert angegangen werden: Lagebeurteilung, Zwänge, Alternativen, Vor- und Nachteile, Entscheid. Aus meiner Sicht gehören unsere Gesetze nicht zu den zwingenden Randbedingungen, weil sie, im Gegensatz zu Naturgesetzen, geändert werden können. Ich würde aber auf keinen Fall eine freie, demokratische Ordnung opfern.

  4. Jörg Leuthold

    Auch von mir herzlichen Dank für den klaren Text in der heutigen NZZ. Die Frage «Wollen wir 5000 Windräder und 700 Gondosolar oder doch lieber die KKW?» muss offen politisch diskutiert werden.
    Was mir einzig fehlt, ist ein Hinweis, ob die fossile Energie, die in den EE ist, auch mit eingerechnet wurde. Ende Dez. gab es dazu einen Bericht im Beobachter mit dem Hinweis, dass momentan noch die meisten Module aus China kommen und oft mit Kohlestrom hergestellt werden. Dazu kommt dann der Stahlbeton für die 5000 Fundamente, der Stahl oder das Aluminium für die Befestigung der Panels und der Diesel für die Baumaschinen um die 5700 Zufahrtsstrassen zu bauen.

    1. Der fossile Energieverbrauch der im Ausland anfällt, wurde in Übereinstimmung mit der Kyoto-Logik nicht berücksichtigt. Trotzdem ist der Ressourcenverbrauch für den Bau der EE-Anlagen ein wichtiges Thema, das ich ebenfalls angehen möchte sobald ich dazu komme.

      1. Jörg Leuthold

        Vielen Dank für die sofortige Antwort. Ich habe zwei Themen vermischt. Das CO2 für den Stahl und die Panels, das wird im Ausland ausgestossen. Das CO2 für den Beton und den Diesel der Baumaschinen
        fällt aber sicher in der CH an. Wurde das in der ganzen Energiestrategie des Bundes einfach vergessen? Hochachtungsvoll.

  5. Erwin Bolthausen

    Besten Dank für das Interview in der NZZ. Wahrscheinlich ist es auch nur Wunschdenken, dass die politischen Instanzen die Fakten zur Kenntnis nehmen werden.

    Ein kleiner Einwand zu den Windrädern, der nicht wirklich auf detaillierter Faktenkenntnis beruht: Ich frage mich, ob es bei Windenergie nicht vernünftig wäre, mit Deutschland zu kooperieren. Deutschland wird mangels Solarstrom im Winter und Wasserkraftwerken nicht darum herum kommen fast vollständig auf Windenergie zu setzen. Dies mit der Folge, dass an Tagen an denen der Wind in der Schweiz gut bläst, Deutschland einen Ueberschuss haben wird, den es nicht abspeichern kann. Von daher frage ich mich schon, ob es neben dem alpinen Solarstrom die Windenergie bei uns noch braucht.
    Natürlich: Zur Zeit will Deutschland kein Abkommen mit uns, auch weil es denkt, sie kriegten zu wenig von uns. Wenn sich aber mal bei uns die Erkenntnis durchgesetzt hat, dass ein massiver Ausbau der alpinen Solarenergie notwendig ist, so wäre es grotesk, wenn Deutschland nicht zu einem Abkommen bereit wäre.

  6. Jörg Leuthold

    Es ist auch schade, dass der Beitrag von Georg Schwarz schon wieder von der Startseite der NZZ verschwunden ist. Und dass es da keine Kommentarfunktion gibt. Hochachtungsvoll

  7. Spannend aber leider nicht gesamtheitlich und eher etwas polemisch. Sehr schade gehen Sie nur von der Produktion aus. Es gibt noch sehr viele Elektroheizungen, Elektro-Warmwassererwärmer usw. die völlig irr Strom verbrauchen und das gerade im kalten Winter. Das gleiche gilt übrigens auch für Gas und Öl.
    Das Sparen von Energie ist wesentlich günstiger als das Produzieren und einfacher umzusetzen. Schauen Sie sich das physikalisch, technisch fundiert an und beurteile Sie Ihre Aussagen dann bitte noch einmal.

    Energieeffizienz ist nicht zu vernachlässigen und das zeigt sich ja im Gesamtstromverbrauch der Schweiz, der ja seit längerem praktisch konstant oder sogar leicht abnehmend ist. Trotz grosser Zuwanderung, starker Wirtschaft, mehr Wohnfläche pro Person, mehr Wärmepumpen und mehr E-Autos.

    1. Der Ersatz der Elektroheizungen und -Boiler wurde selbstverständlich berücksichtigt. Details finden Sie unter https://georgschwarz.ch/raumheizung/ und https://georgschwarz.ch/warmwasser/. Das Nichtberücksichtigen von Effizienzgewinnen war ein bewusster Entscheid damit die Berechnungen transparent und nachvollziehbar bleiben Im Gegenzug wurde auch das Bevölkerungswachstum nicht berücksichtigt. Die Beschreibung der angewandten Methodik finden Sie unter https://georgschwarz.ch/vorgehen/.

  8. Danke für die Links und die Transparenz. Die Effizienz ist eben enorm wichtig und sollte daher auf gar keinen Fall vernachlässigt werden. Ich hatte es schon vorher geschrieben:
    Der Stromverbrauch ging trotz allen Zubauten und Bevölkerungswachstum zurück.
    Das wertet leider die transparente und wertvolle Arbeit massiv ab. Schade.

    1. Jörg Leuthold

      Die grossen Effizienzgewinne gehen langsam vorbei (von Glühbirne zu Sparlampen zu LED), irgendwann ist Ende der Fahnenstange. Dazu kommt der Rebound-Effekt: Bspl: Moderne TV-Geräte werden immer effizienter und verbrauchen pro Pixel weniger Energie. Dafür werden neuere Geräte auch tendenziell größer und arbeiten mit einem Vielfachen an Pixeln, sodass der Gesamtverbrauch wieder steigt.

  9. Gratulation für den Klartext in der NZZ vom 24.1.2023.
    Eine gute Möglichkeit wäre die angenommenen Daten im AXPO PowerSwitcher zu veröffentlichen. Es ist ein sehr gutes Visualisierung Tool auf der AXPO Homepage. Versch. Personen u.a. NR Grossen / NR Nordmann / Alt NR Rechsteiner / HELION und SWISSOLAR haben ihre Sicht dort festgehalten.

    https://powerswitcher.axpo.com/

    Eine Antwort zu Wasserstoff als Zwischenspeicher konnte ich nicht genau verstehen – warum soll das in der Schweiz teurer zu stehen kommen – Überproduktion von Sommer Solarstrom auf Wasserstoff wandeln und in Grossspeicher deponieren (ausser dem schlechtem Wirkungsgrad bei der wieder Verstromung).

Kommentar verfassen

Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert