Ist das Schweizer Stromsystem für die Energiestrategie 2050 gerüstet?

Im Jahr 2011 haben Bundesrat und Parlament den Entscheid gefällt, schrittweise aus der Kernenergie auszusteigen. Für den Umbau des Schweizer Energiesystems hat der Bund die Energiestrategie 2050 formuliert, über die kontrovers debattiert wird. Um eine faktenbasierte Diskussion über die Schweizer Energiepolitik zu unterstützen, hat die Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften (SATW) vom ETH Power Systems Laboratory (PSL) untersuchen lassen, ob die geplante Energiestrategie des Bundesamts für Energie (BFE) mit der heute vorhandenen und bereits geplanten Infrastruktur technisch machbar ist, und ob die Versorgung auch in Extremfällen gewährleistet werden kann.

Hochauflösende Simulationen mit Netzmodellen

Unsere Studie beruht auf einem europäischen Stromnetzmodell, das 29 Länder und die jeweiligen Strommarktzonen umfasst. Das Modell nutzt Daten zum Kraftwerkportfolio in jedem Land sowie landestypische Lastverbrauchs- und Wind-/Photovoltaik-Einspeisezeitreihen. Die anvisierten Ausbaupläne für das europäische Stromnetz (Kraftwerks- und Stromtransportkapazitäten) werden im vollen Umfang berücksichtigt.

Das Schweizer Stromsystem haben wir deutlich detaillierter durch fünf Sub-Regionen (Wallis, Tessin, Graubünden, restliche Deutschschweiz, restliche Westschweiz) abgebildet. Die Eckdaten zum Schweizer Kraftwerkpark, zur Energiekapazität der Speicherseen und zum Lastverhalten basieren auf Statistiken und den Energiestrategieszenarien des BFE. Zudem haben wir einen «Stresstest» für das Hochspannungssystem mit deutlich höherem Landesverbrauch gemäss einem Szenario der Internationalen Energieagentur (IEA) simuliert. Die angenommenen Stromtransportkapazitäten zwischen den fünf Schweizer Regionen beruhen auf Swissgrid-Netzdaten für das geplante Übertragungsnetz im Jahr 2020.

Unter Berücksichtigung der Grenzkosten der einzelnen Kraftwerke haben wir in hochauflösenden Simulationen (8760 stündliche Simulationsschritte pro Jahr) den europaweiten Einsatz von Kraftwerken für die künftige Stromerzeugung optimiert. Wir sind dabei von einer Einspeise-Priorität für fluktuierende erneuerbare Energien (Wind, Photovoltaik, Wasser) ausgegangen und haben uns insbesondere auf eine optimale Pumpspeicher- und Speicherseebewirtschaftung konzentriert.

Keine Engpässe, aber hohe Importe

Unsere Ergebnisse zeigen, dass das geplante Schweizer Stromsystem gut für die Energiestrategie gerüstet ist. Unter der Annahme, dass alle für 2020 bis 2025 geplanten Ausbauten im Bereich Netz und Pumpspeicherkraftwerke realisiert werden, reichen sowohl die nationalen als auch die grenzüberschreitenden Leitungskapazitäten in Zukunft für die Landesversorgung aus.

Entwickeln sich Produktion und Verbrauch gemäss den untersuchten BFE-Szenarien, treten bis 2050 keine Versorgungsengpässe in der Schweiz auf. Dasselbe gilt sogar für das IEA-Szenario mit 50 Prozent höherem Verbrauch. Dann sind aber Stromimporte von bis zu 20 Terawattstunden (TWh) notwendig, was rund 30 Prozent des heutigen Landesverbrauchs (ca. 59 TWh) entspricht.

Der Schweizer Stromverbrauch geht also über die Eigenproduktion hinaus, kann jedoch für alle Szenarien durch Stromimporte gedeckt werden. In Europa wird gemäss heutiger Planung genügend Kraftwerksleistung verfügbar sein. Zusätzliche Gaskraftwerke in der Schweiz können während einer Übergangsphase sinnvoll sein, sind aber nicht unbedingt notwendig. Sie würden zwar den Stromimport reduzieren, erhöhten aber die Abhängigkeit von Gasimporten und könnten nicht voll ausgelastet werden.

Speicherseen als Sicherheitsgaranten

Die entscheidende Rolle für eine sichere Stromversorgung spielen die Schweizer Pumpspeicherkraftwerke und Speicherseen. Mit ihrer enormen Leistungs- und Energiekapazität stellen sie eine grosse Flexibilitätsquelle dar. Selbst in kritischen Situationen decken sie den Grossteil der Stromversorgung ab. Die Speicherseen können bis zu 15 Prozent des jährlichen Landesverbrauchs saisonal zwischenspeichern. Die Pumpspeicher als Kurzzeitspeicher absorbieren die Photovoltaik-Spitze um die Mittagszeit und decken den hohen Stromverbrauch in den Abendstunden ab. Zusammen mit der grossen Kapazität des Übertragungsnetzes, das im Bedarfsfall grosse Import/Export-Volumen ermöglicht, ist die Schweiz im Vergleich zu ihren Nachbarn heute schon gut für den Netzbetrieb mit grossen Mengen fluktuierender erneuerbarer Energien aufgestellt.

Im Fall eines starken Ausbaus der Photovoltaik werden Engpässe zuerst im Verteilnetz auftreten. Die effektive Ertüchtigung der Verteilnetze ist daher das Thema einer Folgestudie.

(Dr. Andreas Ulbig/ETH-Zukunftsblog)