Solaranlagen gefährden Stromversorgung und belasten CO2-Bilanz

Verlässliche Aussagen über die Stromproduktion von Solaranlagen lassen sich nur mit stundenbasierten Daten machen. Eine Empa-Studie hat das gemacht. Ihre Resultate sind besorgniserregend.
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Mit der Abschaltung des AKW Mühleberg fallen knapp fünf Prozent unserer landeseigenen Elektrizitätsproduktion weg. Kurz- bis mittelfristig bedeutet das, dass wir diesen Strom aus dem Ausland importieren müssen, zum überwiegenden Teil im Winter. Viele werden einwenden, dass dies nicht nötig sei, wenn wir den Zubau von Solaranlagen nur stark genug beschleunigen. Dass diese Hoffnung aber illusorisch ist, zeigt eine im Sommer 2019 veröffentlichte Empa-Studie. Darin unterstellen die Forscher, dass alle AKW schrittweise abgestellt und vollständig durch Photovoltaik(PV)-Anlagen ersetzt werden. Dies würde bedeuten, dass die Fläche der heute installierten Solarpanels noch dreizehnmal dazu gebaut wird – ein äusserst ambitioniertes Vorhaben, das weit vom bisherigen Ausbautempo entfernt ist. Welches wären die wichtigsten Auswirkungen einer solchen Energiewende?

Um dies beantworten zu können, ist es wichtig, sich die Unterschiede der Stromeinspeisung aus AKW oder PV-Panels zu vergegenwärtigen: Hier Tag und Nacht, das ganze Jahr über gleichmässig kalkulierbarer Bandstrom, dort systematisch aussetzender, volatiler und saisonal stark differierender Flatterstrom. Um alle Fluktuationen der PV-Einspeisung erfassen zu können, müssen diese in kurzen Zeitintervallen aufgezeichnet werden. Die Empa-Studie hat dies anhand von stündlich gemessenen Satellitendaten der Sonneneinstrahlung pro Fläche gemacht. Erst mit dieser genauen zeitlichen Auflösung können sinnvolle Antworten über den Beitrag von PV-Anlagen gemacht werden.

Bereits im heutigen System mit Wasser- und Kernkraftwerken ist im Winter zu wenig Strom verfügbar, vor allem weil die natürliche Wasserproduktion im Sommer deutlich ertragreicher ist als im Winter. Nur mit dem Einsatz all unserer Speicherseen und Pumpspeicherwerke gelingt es, die hydrologische Einspeisung auf etwa 57 Prozent im Sommer und 43 Prozent im Winter zu glätten. Dem steht aber ein Mehrverbrauch im Winter gegenüber, der dazu führt, dass wir dann eine Stromlücke von gut 4 Terawattstunden (TWh) haben.

Zu welchem Resultat führt nun die Empa-Studie? Bei gleichem Verbrauch verdreifacht sich das Winterdefizit auf über 13 TWh. Allein durch den Ersatz der AKW durch PV-Anlagen vergrössert sich demnach die bereits bestehende Winterstromlücke um 9 TWh. Natürlich gibt es auf der anderen Seite viel überschüssigen Sommerstrom, aber überschüssiger Strom ist wertlos: In Deutschland nehmen die Stunden ständig zu, in denen andere Länder sogar dafür bezahlt werden müssen, dass sie den Strom überhaupt abnehmen. Und wenn das nicht gelingt, bleibt nur noch das Abschalten der Windräder oder Solaranlagen, und auch dies geschieht immer öfter.

Der immer wieder vorgebrachte Einwand, die Schweiz sei mit ihren Pumpspeicherwerken und Stauseen in der Lage, Stromlücken im Winter zu überbrücken, beruht auf Illusionen. Stauseen sind auf natürliche Zuflüsse angewiesen und können keinen überschüssigen Strom speichern. Und Pumpspeicherwerke sind nicht für die langfristig saisonale Speicherung ausgelegt, sondern für den kurzfristigen Ausgleich im Netz. Stellen wir aber trotzdem die Frage, wieviel ein Pumpspeicherwerk rein theoretisch saisonal speichern könnte, wenn es also seinen Betrieb vom Sommer bis in den Winter stilllegen würde. Das grösste und modernste Schweizer Pumpspeicherwerk Limmern könnte auf diese Weise 0.033 TWh speichern. Es wären also über 400 solche Werke notwendig, um das von der Empa errechnete Winterdefizit auszugleichen. Zur Erinnerung: Limmern hat 2.1 Milliarden Franken gekostet.

Die Substitution der AKW durch PV-Anlagen führt in der Schweiz also zwingend zu einem gewaltigen Mehrbedarf an Importstrom im Winter. Dabei ist in keiner Weise gesichert, ob wir diesen Strom in Zukunft noch erhalten werden. Nach den Ankündigungen aus Deutschland und Frankreich über deren Umbau der Stromversorgung scheint dies sehr fraglich. Noch viel schlimmer aber würde es, wenn wir auch noch die Strategie einer grösseren Elektrifizierung umsetzen würden: Die Empa-Studie weist bei einem Ersatz von 75 Prozent aller Gebäudeheizungen mit Wärmepumpen und bei 20 Prozent des Verkehrs mit E-Autos eine Winterstromlücke von 23 TWh aus. Das wäre dann so gigantisch, dass 700 Limmern-Werke gebaut werden müssten.

Und schliesslich haben die Empa-Forscher auch berechnet, was dieser Strommehrbedarf für die CO2-Emissionen bedeutet. Dazu haben sie auf die neuste Version der Datenbank Ecoinvent zurückgegriffen, wo aus vollständigen Lebenszyklus-Analysen verschiedener Materialien deren CO2-Intensität in Gramm CO2 pro Kilowattstunde angegeben wird. Diese sind für AKW 12g, PV-Anlagen 50g und Importstrom 443g. Bei PV und Import sind geschätzte Optimierungspotenziale der Zukunft bereits mitgerechnet. Somit ist das Fazit klar: Jeder Ersatz unserer AKW führt zu mehr CO2-Emissionen. Kommen Solaranlagen zum Zug, vergrössern sich diese um den Faktor vier, muss man auf Importstrom zurückgreifen, sogar um den Faktor 36.

Was also können wir tun? Erstens müssen wir den laufenden AKW möglichst Sorge tragen, damit sie so lange wie möglich am Netz bleiben. Zweitens sollte die Subventionierung der PV-Anlagen wie geplant auslaufen. Drittens sind die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Wasserkraftwerke zu verbessern, sodass es sich wieder lohnt, in neue Werke zu investieren. Und viertens muss die dringend notwendige Planung neuer Kraftwerke in Angriff genommen werden, die imstande sind, zuverlässigen Bandstrom vor allem im Winter zu produzieren. Aus energietechnischer und klimarelevanter Sicht eignet sich dazu am besten die neuste Generation von AKW. Sie sind physikalisch inhärent sicher, können auch in kleineren Einheiten gebaut werden und haben das Abfallproblem weitgehend gelöst. Wenn es der Politik mit der Klimafrage wirklich ernst ist, muss sie diese neusten AKW dem Bau von Gaskombikraftwerken vorziehen. Diese könnten zwar schneller in Betrieb gehen, würden jedoch die Ziele der Schweizerischen Klimapolitik torpedieren.

Dieser Beitrag ist am 22.02.2020 in der Aargauischen Zeitung “Die Botschaft” unter der Rubrik «Was mich bewegt» und im Blog des Autors erschienen.

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8 Kommentare

  • Dr. Max D. Amstutz

    Öffentlichkeit und Politiker müssen darüber vermehrt informiert werden, dass moderne Atomkraftwerke sicher sind, das Abfallproblem gelöst ist und durch ihren Einsatz keine CO2-Emissionen produziert. Glaubwürdige Organisationen wie die ETH und die EMPA müssen mit entsprechender Veröffentlichung ihrer Studien in den Medien auftreten.

  • Guntram Rehsche

    Eine Vorbemerkung: Die ganze Welt investiert in Solaranlagen, das jährliche Investitionsvolumen beträgt über 100 Mrd. $, selbst nördlicher als die Schweiz gelegene Staaten sind dieser bei PV-Installationen weit voraus (Niederlande, Dänemark, Belgien und natürlich Deutschland). Ja spinnen die denn alle?

    Schlumpf’s Argumente sind aber auch sachlich in vielerlei Hinsicht falsch. Zuerst einmal, weil die ökonomische Seite interessanterweise in den Ausführungen von Schlumpf gar nicht vorkommt. Aber: Offenbar hat die Ökonomie bereits entschieden – zugunsten der Solarenergie, deshalb bleibt sie wohl unerwähnt. Bester Beleg sind die Investitionen von Warren Buffet in Grossanlagen, aber auch die immer häufigeren förderfreien in Europa.

    Doch nun zu den anderen, energetischen Argumenten: Häufig überschüssiger Strom ist demnach wertlos – nur: bis jetzt gibt es in der Schweiz überhaupt keinen überschüssigen Strom – und das wird auch noch auf lange Zeit hinaus so sein – mindestens bis zu einem Solarstromanteil von 10-20% (heute 3%) an der gesamten Stromerzeugung. Also noch viel Luft für den Ausbau von Solaranlagen.

    Stauseen sind gemäss Schlumpf auf natürliche Zuflüsse angewiesen und können keinen überschüssigen Strom speichern. Und Pumpspeicherwerke sind nicht für die langfristig saisonale Speicherung ausgelegt, sondern für den kurzfristigen Ausgleich im Netz. Jedoch: Auch Speichern ist aktuell kein Problem, dieses wird gelöst sein, bevor neue AKW gebaut sind

    Und da sind wir beim interessantesten Punkt: Wiedermal müssen AKW als Alternativen herhalten – doch diese neuen Wunderwerke gibt es bislang nirgends im rein kommerziellen Betrieb. Für sie gilt das absolute Todschlagargument: Zu teuer, zu spät – und immer noch zu gefährlich und den Beweis der verschwindenden Abfälle schuldig. Der konkrete Gegenbeweis steht aus.

    Schliesslich zur CO2-Intensität in Gramm CO2 pro Kilowattstunde. Diese sind für AKW 12g, PV-Anlagen 50g und Importstrom 443g. EMPA-Untersuchung kommt zu ganz anderen Resultaten – wenn aber im Rahmen der Sektorenkoppelung fossile Energien in den Bereichen Verkehr und Wärme durch Solarstrom ersetzt werden (und damit extrem viel CO2 eingespart wird), fällt das CO2 aus neuen Solaranlagen nicht ins Gewicht für die Gesamtbelastung.

    Der Studien gibt es ja viele – ich verweise u.a. auf jene des Instituts für Solare Energieforschung ISE, das eineindeutig festhält: Klimaschutzziele sind durch Energiewende erreichbar! (https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/presseinformationen/2020/0320_ISE_d_PI_Wege_zum_klimaneutralen_Energiesystem.pdf).

    • Vielen Dank, Herr Rehsche. Ich beschränke meine Replik auf drei Punkte, obwohl ich alle replizieren könnte.

      Erstens wird in NEE investiert, weil hier in der Regel dank priorisierter Einspeisung und Subventionen risikolose Erträge generiert werden können. Sobald die staatlichen Beihilfen gekürzt werden oder ganz wegfallen, nehmen die Investitionen drastisch ab. Dies gilt insbesondere für Solar- und noch fast mehr für Windenergie (onshore). Die Investoren spinnen in der Tat keineswegs, das übernehmen die Energiepolitiker.

      Zweitens müssen bei der Stromproduktion die Angebotsverhältnisse im europäischen Netzverbund betrachtet werden – nicht nur die Schweiz. Leider sind die Besonnungsverhältnisse in Europa so, dass es bei schönem Wetter in diesem Netzverbund immer wieder zu grosser Überproduktion kommt, die sich in negativen Preisen an den Strombörsen niederschlägt. Zu diesen Zeiten ist Strom kein Gut mehr, sondern ein Bad (ein negatives Gut sozusagen, für das man den Abnehmer bezahlen muss). Je höher der Anteil der intermittierenden NEE im europ. Netzverbund wird – egal woher die Produktion kommt -, desto gravierender wird dieses Problem.

      Drittens weiss Herr Rehsche immerhin, dass auch die Speicherproblematik immer schlimmer werden könnte, er setzt aber hier auf das Prinzip Hoffnung. Doch abgesehen von exorbitanten Wirkungsgradverlusten, verbunden mit ebenso exorbitanten Kosten, haben wir hier ein unlösbarer Problem der Grössenordnungen. Es ist überhaupt nicht möglich, die Speicher für hohe Anteile an intermittierendem NEE-Strom zeitgerecht und in ausreichender Leistung zu erstellen.

    • Schön, dass Sie mir das Stichwort liefern, Herr Rehsche. Ja, die nördlichen Länder spinnen, aber nicht alle. Sicher die Deutschen und die Dänen, aber nicht die Schweden und die Finnen. Woher diese Unterschiede im denken kommen ist mir aber seit Jahren nicht klar. In der Geschichte hat es sicher immer wieder mal Fälle gegeben, wo praktisch die Bevölkerung ganzer Länder während langer Zeit an irgendwelche Dinge geglaubt hat, welche sich schliesslich als völlig falsch bzw. untauglich erwiesen haben. Für mich ist dies einfach nur seit Jahren (gesteuerte) Massenhysterie, die aus verschiedenen Gründen Erfolg hat, Ignoranz, Geldgier, und einigen mehr. Dies müssten Psychologen genauer zu erklären versuchen. Die Strompreise in D und DK sind nicht ohne Grund praktisch die höchsten in der EU. Die Dänen sind ganz speziell. Sie sind zwar pro Kopf Weltmeister beim Windstrom, setzen aber daneben immer noch rechte Mengen an Kohle bei ihrer Stromversorgung ein. Das wird ganz sicher nicht an die grosse Glocke gehängt. Die neuen erneuerbaren PV und Wind weisen, auch ohne Tagesspeicher, durchwegs miserable ERoEI-Werte auf, eine einigermassen saisonale Speicherung wird noch sehr lange auf sich warten lassen, oder sie wird wegen extremer Kosten und fehlendem Platzbedarf möglicherweise überhaupt nie kommen. Die angestrebte und eigentlich sinnvolle Sektorkopplung dürfte die Prozesse schliesslich so kompliziert machen, dass sie mit Sicherheit nicht mehr gesteuert werden können, auch nicht bei der Stromversorgung, wo man ja bekanntlich versucht mittels digitalen Lösungen die Produktion so weit wie möglich zu glätten und dabei erst noch die notwendige Netzfrequenz absolut stabil zu halten. Auf die Digitaltechnik ist meines Erachtens eigentlich wenig Verlass, wie wir mit schöner Regelmässigkeit schmerzhaft feststellen müssen, wenn wieder einmal ein grosses und teures Projekt in der Wirtschaft, aber auch in der Verwaltung scheitert.

  • Guntram Rehsche

    Den Erneuerbaren Energien ihre (noch) teilweise – aber immerhin stets abnehmende – Fördernotwendigkeit vorzuhalten und als Alternative die Atomkraft welcher Art auch immer anzuführen, ist schlicht und einfach lächerlich. Denn die Atomkraft ist genau jene Energieform, die nie ohne Förderung auskam und auch in Zukunft nicht auskommen wird. Und wo ist sie denn, diese «neuste Generation von AKW, die physikalisch inhärent sicher sein sollen und auch in kleineren Einheiten gebaut werden können und auch das Abfallproblem weitgehend gelöst haben»? Wären die wirtschaftlich, müssten sie ja längst gebaut sein – aber sie sind eben sowohl unwirtschaftlich wie auch technisch unzureichend.

  • Lieber Herr Rehsche,
    Sie lenken vom Hauptproblem ab: Mit der PV-Strategie anstelle von AKW manövrieren wir uns in ein riesiges Winterstromloch. Allein für diese Substitution errechnet die Empa-Studie ein Winter-Defizit von 13 TWh, und die angestrebte teilweise Elektrifizierung der Gebäude und des Verkehrs erhöht dieses auf 23 TWh – das ist mehr als fünfmal mehr als heute! Diese saisonale Problematik wird aber meist verschwiegen oder bagatellisiert oder wie bei Ihnen wird auf das Prinzip Hoffnung gesetzt. Das halte ich für fahrlässig, zumal die Schweiz im Gegensatz zu Deutschland weder auf einen namhafte Windstromanteil (der etwas „glätten“ würde) noch auf konventionelle Backup-Kraftwerke abstellen kann.

    • Guntram Rehsche

      Wie schon oben erwähnt – das Prinzip Hoffnung gilt ja nun ganz speziell für die Atomkraft bzw. für neue zu erstellende AKW….

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