Die Wegmarken der Roadmap Grossen

Steigerung der Stromeffizienz um 40 Prozent

Obwohl Strom die hochwertigste Energieform ist, geht in der Schweiz rund die Hälfte des produzierten Stroms verloren: Sie verpufft ohne den gewünschten Nutzen (etwa im Standby-Modus von Geräten) oder sie entfaltet nicht nur die beabsichtigte Wirkung (etwa bei ineffizienten Geräten, die viel Abwärme produzieren). Jede Kilowattstunde Strom, die nicht verbraucht wird, muss nicht produziert, transportiert oder zwischengespeichert werden – sie ist deshalb die wertvollste. Eine im Vergleich zu heute um mindestens 40 Prozent effizientere Stromnutzung ist erwiesenermassen möglich, insbesondere durch den Einsatz von intelligenten Gebäudesteuerungen und effizienten Elektrogeräten.

Elektrifizierung der Sektoren Verkehr und Gebäude

Fossile Brenn- und Treibstoffe werden hauptsächlich in Heizungen und Fahrzeugmotoren verbrannt. Für den Umstieg auf erneuerbare Energien ist Strom meist die beste Lösung, für Hochtemperaturanwendungen werden es biogene oder synthetische Brennstoffe sein. 60 Prozent der Wohngebäude heizen heute mit Öl oder Gas, in Zukunft wird dies mehrheitlich mit Wärmepumpen geschehen. 70 Prozent der Schweizer Verkehrsleistung wird auf der Strasse abgewickelt. Insbesondere sämtliche Fahrzeuge des individuellen Personenverkehrs und der lokale Güterverkehr fahren zukünftig mit Strom – unbestritten die umweltschonendste Form des Strassenverkehrs. Schwere Fahrzeuge fahren CO₂-neutral mit Wasserstoff, synthetischen oder biogenen Treibstoffen. Die Elektrofahrzeuge werden vor allem Zuhause und am Arbeitsplatz geladen. Die Elektrifizierung führt zu einem höheren Stromverbrauch an und in Gebäuden. Während bis heute rund 20 Prozent des Schweizer Energieverbrauches in Form von Strom in Gebäuden verbraucht wird , werden es bis 2050 rund 60 Prozent sein. Entsprechend lohnt sich die Stromproduktion vor Ort und die optimierte Steuerung über das Smart-Grid in mehrfacher Hinsicht.

Starker Zubau von Photovoltaik

Spätestens bis 2050 werden mit Photovoltaik-Anlagen mindestens 46 Terawattstunden (TWh) Strom produziert. Das entspricht knapp der doppelten Menge Strom, die heute die vier noch in Betrieb stehenden Atomkraftwerke erzeugen. Rund zwei Drittel des ausschöpfbaren Potentials werden bis dahin realisiert, Dächer und Fassaden sind mit Photovoltaik-Modulen belegt. Senkrechte PV-Anlagen an Fassaden oder Infrastrukturbauten sowie Anlagen in den Bergregionen produzieren wichtigen «Winterstrom».

Neben der Wasserkraft wird Solarstrom zum zweiten tragenden Pfeiler unserer Energieversorgung. Um den Zubau an Photovoltaik-Anlagen zu beschleunigen und zu vereinfachen, sind politische Schritte notwendig. 

Hierzu 

• wird das Fördersystem Photovoltaik mit Einmalvergütungen und Ausschreibungen weiterentwickelt;
• wird die Stromproduktion verstärkt auf die Winterstrom-Produktion ausgerichtet;
• wird die Einführung von virtuellen Zusammenschlüssen zum Eigenverbrauch (ZEV) ermöglicht (inklusive entsprechender Anpassungen des Netzgebührensystems); 
• werden administrative und regulatorische Hürden zur Errichtung von Photovoltaik-Anlagen abgebaut.

Saisonspeicher mittels Power-to-X 

Heute wie auch in Zukunft hat die Schweiz im Winter einen höheren Stromverbrauch als sie Strom produziert, also eine Winterstrom-Lücke. Heute wird diese mit Stromimporten kompensiert, bis 2050 soll die Versorgung im Winter eigenständig möglich sein. Der Strombedarf wird durch die stetige Elektrifizierung steigen, die Produktion aus erneuerbaren Quellen ist unstet. Kurz- und langfristige Stromengpässe können wie folgt überwunden werden: Die Tages- und Wochenspeicherung wird mit Batterien, Pumpspeicherung und Wasserstoff sichergestellt. Die Saisonspeicherung erfolgt nebst den bestehenden und vergrösserten Speicherseen mittels Power-to-X-Technologie. Überschüsse aus dem Sommer werden rückverstromt und damit für den Winter nutzbar gemacht. So produzieren wir im Jahr 2050 in jedem Monat genug einheimische Energie, um den gesamten Bedarf abzudecken. Um Umwandlungsverluste zu reduzieren, können synthetische Treib- und Brennstoffe (z.B. Methanol) sowie Wasserstoff auch direkt genutzt werden. Anwendungen dazu sind zum Beispiel Hochtemperaturprozesse in der Industrie, Lastwagen im Güterfernverkehr, schwere Bau- und Landwirtschaftsmaschinen oder der Flugverkehr.

Harmonisierung von Stromverbrauch und -produktion 

Über ein Smart-Grid funktioniert das Zusammenspiel der erneuerbaren Stromproduktion mit sämtlichen Verbrauchern und unter diesen Verbrauchern intelligent und effizient. Die Zahl dieser intelligenten Verbraucher steigt stetig an: In die smarten Netze werden alle Verbraucher der Gebäudetechnik wie Ladestationen, Wärmepumpen oder Kühlanlagen integriert. Sie tragen dazu bei, dass Produktion und Verbrauch jederzeit sowohl zeitlich als auch örtlich optimal aufeinander abgestimmt sind. Es wird in Intelligenz und dezentrale Speicherung investiert statt in Kupferleitungen und den zusätzlichen Netzausbau. Mit SmartGridready etabliert sich in der Schweiz ein Standard, der bei dieser Umsetzung eine wichtige Rolle spielt.

Stromproduktion und -verbrauch im Jahr 2050

Stromproduktion und -verbrauch der Schweiz im Jahr 2050.

Die Elektrifizierung des Verkehrs und des Gebäudeparks führt bis im Jahr 2050 zu einem deutlich erhöhten Strombedarf (rote Linie in obenstehender Grafik) im Vergleich zur heutigen Situation (violette Linie). Bei dieser Berechnung sind sowohl die Szenarien zur Bevölkerungsentwicklung der Schweiz als auch die Verkehrsperspektiven berücksichtigt.

Stromverbrauch Jahr 2019:          57 TWh
Stromverbrauch Jahr 2050:          67 TWh
Stromlücke Winter 2050:                5 TWh
Stromüberschuss Sommer 2050: 17 TWh

Annahmen:

• Bevölkerungswachstum 2020 bis 2050: +20.2%
  
• Fahrzeug-Kilometer Güterverkehr bis 2050: +46%
  
• Fahrzeug-Kilometer Personenverkehr bis 2050:  +0%

Nicht berücksichtigt:

• Flugtreibstoffe (im Pariser Klimaabkommen ebenfalls ausgeklammert)

Für die Deckung des zusätzlichen Bedarfs an elektrischer Energie ist ein deutlicher Photovoltaik-Zubau von 43 TWh auf Total 46 TWh . Gemäss einer Studie des Bundesamts für Energie (BFE) beträgt das Potential auf Schweizer Hausdächern und -fassaden jährlich 67 TWh. Die Photovoltaik ersetzt die Atomkraft und hat den grossen Vorteil, dass sie den Strom dort produziert, wo er auch verbraucht wird: am Gebäude.

Die obenstehende Grafik macht deutlich, dass zusätzlich erhebliche Effizienzmassnahmen sowie Speichertechnologien und Intelligenz nötig sind, damit Produktion und Verbrauch über das ganze Jahr in Übereinstimmung gebracht werden können. Die grüne Linie zeigt den Strombedarf im Jahr 2050 mit einer Steigerung der Stromeffizienz um 40 Prozent. Mit intelligenten Gebäudesteuerungen, verbrauchsarmen Geräten und insbesondere durch die Vermeidung von Betrieb ohne Nutzen kann dieses Effizienzpotential ausgeschöpft werden.

Die Schweiz verfügt bereits heute mit den Speicherkraftwerken über eine gute Möglichkeit, Energieüberschüsse aus dem Sommer zu speichern und daraus im Winter Strom zu produzieren. Die Speicherseen müssen wo möglich erhöht werden, so dass im Sommer mehr Wasser zurückgehalten und für die Winterstrom-Produktion genutzt werden kann. Dank dieser Talsperren-Erhöhungen stehen potentiell 2 TWh mehr Winterstrom zur Verfügung. Diese Umlagerung von Sommer- zu Winterstrom wurde in den Berechnungen zur Roadmap Grossen und in obenstehender Grafik bereits implementiert.

Die zukünftige Stromproduktion setzt sich zusammen aus der im Minimum gleichbleibenden Produktion aus Wasserkraft inklusive Umlagerung (blaue Säulen), den bestehenden erneuerbaren Energien (dunkelgrüne Säulen), dem starken Zubau von Photovoltaik-Anlagen (gelbe Säulen) sowie den zusätzlichen erneuerbaren Energien wie Windkraft, neue Speicherseen etc. (hellgrüne Säulen). Vereinfachend nicht berücksichtigt wurde der Ausbau weiterer erneuerbaren Energien wie Holz, Geothermie, Fernwärme, Biogas, etc. – obwohl dafür ebenfalls ein grosses Potential besteht. Diese könnten insbesondere für die Energieversorgung im Winter und für nicht elektrifizierbare Prozesse effizient eingesetzt werden.

Der Stromverbrauch muss laufend an die Wetter- und Jahreszeit-bedingten Schwankungen bei der Stromproduktion angeglichen werden. Wie bei der Atomkraft (Bandenergie) fällt die Produktion von PV-Strom nicht bedarfsgerecht an, weshalb die bestehenden Rundsteuerungen für Boiler und Wärmepumpen sukzessive durch smarte Steuerungen ersetzt werden müssen. Strom aus Pumpspeicherkraftwerken behält wegen seiner Steuerbarkeit eine wichtige Rolle. Auf diese Weise können die meisten Stromlücken im Stundenbereich gedeckt werden. Ohne zusätzliche Massnahmen wird es weiterhin eine Winterlücke geben, die es mit anderen Technologien wie Power-to-X zu überbrücken gilt.

Stromproduktion und -verbrauch der Schweiz im Jahr 2050, harmonisiert.

In den Sommermonaten produziert die Schweiz einen Überschuss an Solarstrom von rund 17 TWh. Dieser kann dank Power-to-X-Technologien bedarfsgerecht umgewandelt und gespeichert werden. Um die Winterlücke (orange Säulen) zu decken, wird der synthetisch hergestellte Brennstoff rückverstromt. Trotz Umwandlungsverlusten reicht der Überschuss im Sommer aus, um die Stromlücke von rund 5 TWh im Winter zu decken. Damit ergibt sich eine Jahresproduktion und ein Jahresverbrauch, die optimal aufeinander abgestimmt sind, eben harmonisiert. Forschung und Entwicklung an Saisonspeichern müssen entsprechend forciert werden. Daneben bleiben die Speicherkraftwerke auch für die Saisonspeicherung sehr wichtig.

Die Elektrifizierung führt zu einer deutlichen Reduktion des gesamten Endenergie-Verbrauches der Schweiz, wie die untenstehende Grafik zeigt. Dies, weil Strom die hochwertigste und effizienteste Energieform ist. Sie lässt sich sehr leicht mithilfe elektrischer Bauteile in andere Energieformen umwandeln, wobei nur wenig Energie verloren geht. Strom kann zu 100 Prozent zur Verrichtung einer Arbeit genutzt werden. Die parallel umgesetzten Effizienzmassnahmen bei Strom und Wärme senken den Gesamtenergieverbrauch zudem markant. 

Aktueller und zukünftiger Energiemix der Schweiz (ohne Flugverkehr).

Heute ist die Schweiz in der Energieversorgung zu rund 75 Prozent vom Ausland abhängig, wie der Energiemix eindrücklich aufzeigt. Weder fossile Brenn- und Treibstoffe noch die notwendigen Ressourcen für Atomstrom (etwa Uran) existieren in der Schweiz. Diese Abhängigkeit wird mit der Roadmap Grossen stark reduziert oder gar eliminiert, gleichzeitig wird die Versorgungssicherheit und die Resilienz verbessert.

Wirtschaftlichkeit

Ein Weiter-wie-bisher ist in der Schweizer Energieversorgung nicht möglich und kann deshalb nicht als brauchbares Vergleichsszenario herangezogen werden. Der Atomausstieg ist beschlossen, das Klimaabkommen von Paris wurde unterzeichnet und der Bundesrat hat sich zu Netto Null CO₂ Emissionen bis 2050 bekannt. 

Vor diesem Hintergrund stellen sich aus wirtschaftlicher Sicht folgende Fragen:

• Wie viel würde eine versorgungssichere, auf dem Import von erneuerbaren Energien basierte Energieversorgung kosten?
• Wie entwickeln sich die Preise für fossile Energieträger und der CO₂-Abgaben in der Schweiz und international?

Es gibt bis heute keine wissenschaftlichen Studien, die diese Fragen beantworten. Man darf jedoch davon ausgehen, dass die Kosten für den Import erneuerbarer Energien nicht sinken werden, da ganz Europa im gleichen Zeitraum die Energieversorgung ebenfalls auf erneuerbar umstellt und zumindest zeitweise eine Energieknappheit die Preise nach oben drücken dürfte. Bei den Kosten für fossile Energie ist die Sachlage klarer: Alle heute bekannten Entwicklungen deuten darauf hin, dass CO₂-Abgaben international und in der Schweiz deutlich steigen und damit das Verbrennen fossiler Energien teurer wird.

Der Trend zur CO₂-freien Schweiz hat eingesetzt und macht in den Sektoren Verkehr und Gebäude aktuell grössere und schnellere Schritte. 

Die Autoindustrie investiert weltweit gigantische Summen in den Aufbau von Elektrofahrzeug-Flotten, neue Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren werden in wenigen Jahrzehnten nicht oder kaum mehr in Verkehr gesetzt.

In der Schweiz sind aktuell rund 4,7 Millionen Personenwagen immatrikuliert. Hier stellt sich die Frage, wie hoch die Kosten für die Energieversorgung sämtlicher elektrischer Fahrzeuge sein würden, wenn der Strom importiert oder zentral erzeugt würde.

Sicher ist, dass eine Elektrifizierung des Strassenverkehrs ohne dezentrale Energieerzeugung und intelligente Steuerung (Smart-Grid) zu enormen Ausbaukosten in Milliardenhöhe für das Stromnetz führen würde. 

Die Preise für Photovoltaik und Elektromobilität sind heute wettbewerbsfähig und sie werden weiter sinken. Die Saisonspeicherung mittels Power-to-X-Technologien ist heute noch sehr teuer. Diese Technologie muss sich etablieren und die Preise werden sinken, für den breiten Einsatz bleiben rund 10 bis 15 Jahre Zeit.

Bei Berechnungen für die Wirtschaftlichkeit der Energie- und Klimastrategie ist zu berücksichtigen, dass die Konsumentinnen und Konsumenten sowie die Wirtschaft heute jährlich über 20 Milliarden Franken Betriebskosten für Öl, Gas und Atomstrom ausgeben. Davon fliesst ein grosser Teil ohne Return on Investment ins Ausland ab, der Rest sind Abgaben, Steuern und Gewinne. Die Investitionskosten sind weitgehend getätigt, bei Ersatzinvestitionen in Öl- und Gasheizungen sowie bei Atomkraftwerken teilt sich die Wertschöpfung im In- und Ausland auf. Bei den Investitionen in Photovoltaik-Anlagen und ins Smart-Grid steigt die Wertschöpfung in der Schweiz massiv. Es werden tausende von Arbeitsplätzen für Fachkräfte geschaffen. Das Knowhow und die entwickelten und angewendeten Technologien bieten ein enormes Exportpotenzial, das unserer Volkswirtschaft während Jahrzehnten zugutekommen wird. Mit der Roadmap Grossen bleibt zudem die Wertschöpfung für den Betrieb der Anlagen in der Schweiz. 

Aus all diesen Gründen ist es naheliegend, dass die Schweizer Energieversorgung mit der Roadmap Grossen nicht teurer wird als eine auf Import oder Zentralproduktion basierte.

Politische Forderungen

Zur Realisierung der Roadmap Grossen sind folgende politischen Rahmenbedingungen umzusetzen oder anzupassen:

• deutliche Erhöhung der Ausbauziele für Photovoltaik
  
• Offensive für den raschen und starken Zubau von Photovoltaik-Anlagen: Weiterentwicklung des Fördersystems mit Einmalvergütungen und Auktionen, verstärkte Ausrichtung auf Winterstrom-Produktion, Einführung virtuelle Zusammenschlüsse zum Eigenverbrauch (ZEV) und erneuerbare Energiegemeinschaften (EEG)  mit Anpassung der Gebühren für Netzkosten und Lastspitzen (Basis für Smart-Grid) sowie Reduktion der administrativen, regulatorischen Hürden zur Errichtung von Photovoltaik-Anlagen
  
• Unabhängigkeitsgrad und Resilienz festlegen
• Stromabkommen mit der EU
• Vollständige Strommarktliberalisierung (ev. schrittweise)
  
• Förderung der Power-to-X-Technologie von der Forschung bis zur Realisierung als Ergänzung zur Speicherwasserkraft
• weitere Senkung der Flottenziele für Fahrzeuge
• bessere Rahmenbedingungen zur Installation von E-Auto-Ladestationen in Mehrparteiengebäuden, in öffentlichen Zonen und an Arbeitsplätzen
• weitere Erhöhung der CO₂-Abgaben auf Brennstoffen
• Umsetzung der Energiestrategie 2050 in den Kantonen (MuKen)
• Senkung der administrativen und regulatorischen Hürden für Gebäudesanierungen

Résumé

Mit meiner Roadmap Grossen zeige ich auf, dass eine CO₂-neutrale und eigenversorgte Schweiz möglich ist. Ich verstehe die Roadmap als Grundlagenpapier – eines das Mut für die Zukunft macht. Denn sie fokussiert darauf, was möglich ist.

Die Roadmap Grossen beschränkt sich auf die Schweiz, sie ist jedoch keinesfalls ein Plädoyer für eine abgeschottete Schweiz. Im Gegenteil: Eine vernetzte Energiepolitik ist zwingende Voraussetzung für das Erreichen der vorgegebenen Energie- und Klimaziele bis 2050. Und diese Vernetzung soll selbstverständlich nicht an der Landesgrenze enden. 

Aber: Die Schweiz soll dabei ihre Verantwortung tragen und die Rolle der europäischen Strom-Drehscheibe, der Batterie und des Stromnetz-Stabilisators selbstbewusst spielen.

Dank

Ich bedanke mich herzlich bei meinen Co-Autoren Selina Davatz und Mario Rubin, beide Energieberater bei Elektroplan Buchs & Grossen AG.

Mein Dank geht an Nationalrat Roger Nordmann sowie Urs Elber, Christian Bach und Peter Richner von der EMPA für den Austausch zu den Berechnungen meiner Roadmap.

Ich danke allen engagierten Energie-Fachspezialisten in Unternehmen, Verbänden, Organisationen, Verwaltung und Politik für ihren täglichen Einsatz zugunsten der Energiewende.

Impressum
Autor: Jürg Grossen, Frutigen
Co-Autoren: Selina Davatz, Bleiken, und Mario Rubin, Frutigen
Mitarbeit: Nicola Brusa, Lausanne
Berechnungen und Grafiken: Mario Rubin, Frutigen
Energiedreieck: Selina Davatz, Bleiken
Fotos: Colin Grossen, Frutigen, Barna Bartis, Eberhard Grossgast, Nathan Queloz (unsplash.com), Simon Zangger, Zürich (Porträt)
Umsetzung Online: Laxushan Yogalingam, Damjan Schertenleib, itlink.swiss