Warum Roger Nordmanns Solarplan für die Schweiz nicht aufgeht

Die Gründe dafür findet man in einer kürzlich veröffentlichten Empa-Studie: Nur mit stundenbasierten Daten lassen sich verlässliche Aussagen über die Stromproduktion von Solaranlagen machen.
Nordmann

«Elektromobilität, Gebäudesanierung und Ausstieg aus der Atomenergie? Der Ausbau der Photovoltaik (PV) von 2 auf 50 GW macht es möglich. Auch im Winter!» Dieses Versprechen auf der Hülle des 2019 von Roger Nordmann veröffentlichten Buches «Sonne für den Klimaschutz» lässt sich bei genauerem Hinsehen nicht einlösen. Auch nicht mit einem so gewaltigen PV-Ausbau, wie ihn Nordmann fordert.

Um einige Probleme des Nordmann-Buches zu verstehen, bietet sich als Referenz eine Studie an, die praktisch zeitgleich erschienen ist: Martin Rüdisüli und Kollegen von der Empa haben ihre Arbeit im Juni 2019 in der Zeitschrift «Energies» publiziert. Sie gehen darin – wie Nordmann auch – der Frage nach, was es für unser Stromsystem bedeutet, wenn auf der Angebotsseite alle AKW mit PV-Anlagen ersetzt, und auf der Verbrauchsseite die Gebäude mit Wärmepumpen und der Verkehr mit E-Autos elektrifiziert werden. Die Autoren beider Studien sind sich darin einig, dass in Zukunft neben PV kein anderer Energieträger ein grösseres Ausbaupotenzial hat.

Die Empa-Studie geht davon aus, dass der Stromertrag unserer bisherigen AKW durch Solaranlagen in der Jahressumme ersetzt wird. Um dies zu erreichen muss die Leistung der heutigen PV-Anlagen um den Faktor 13 ausgebaut werden. Das ist bereits sehr ambitioniert, denn es ist deutlich mehr, als die Energiestrategie 2050 vorsieht. Nordmann geht aber noch viel weiter: Er fordert einen fast doppelt so grossen Ausbau auf 50 GW, was der Leistung von 50 AKW vom Typ Gösgen entspricht. 50 solche AKW würden aber pro Jahr 400 Terawattstunden (TWh) Strom produzieren, während Nordmann – durchaus realistisch – mit einer Jahreseinspeisung von 44 TWh rechnet: die PV-Anlagen produzieren neunmal weniger.

Bei der Substitution von AKW durch PV ist die unterschiedliche Stromeinspeisung dieser beiden Energieträger von zentraler Bedeutung: 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. Nicht so Nordmann. Zwar zeigt er zuerst die grossen Schwankungen der Solarproduktion und erkennt richtig, dass die jahreszeitliche Variabilität das Hauptproblem ist. Bei der Berechnung seines zentralen Modells aber «vergisst» er diese Darstellung und verwendet Monatswerte für die PV-Einspeisung. Damit werden alle Nachtausfälle und Tagesschwankungen eliminiert und in einen Durchschnittswert verwandelt, der so verwendet wird, wie wenn aus solarem Flatterstrom für einen Monat vorhersehbarer Bandstrom geworden wäre. Diese unzulässige Glättung des Systems führt zwangsläufig zur Falscheinschätzung der Überschuss- und Defizitwerte.

Zu welchen Resultaten kommen nun die beiden Papiere? Wie erwähnt, rechnet Nordmann mit fast doppelt soviel Solarstrom wie die Empa. Zudem nimmt er an, dass die Elektrifizierung der Gebäude und des Verkehrs zu 100 Prozent durchgeführt ist – bei der Empa sind es nur 75 Prozent der Gebäude und 20 Prozent des Verkehrs. Betrachtet man zuerst nur die Stromdefizite, summieren sich diese im Empa-Szenario auf auf gut 28 TWh im Jahr. Bezeichnenderweise sucht man diesen Wert in Nordmanns Buch vergeblich, aus Teilangaben lässt er sich aber mit 15 TWh selber errechnen. Bei so unterschiedlichen Prämissen ist das allerdings kaum zu vergleichen. Der Sache näher kommt man mit einer Variant-Rechnung Nordmanns, in der er annimmt, der PV-Ausbau finde nur zur Hälfte statt, also etwa im gleichen Ausmass wie in der Empa-Studie. Hier gibt er ohne Detailangaben ein Defizit von fast 26 TWh an.

Versteckt bestätigt Nordmann somit das wissenschaftlich detailliert herausgearbeitete Fazit der Empa-Studie, dass eine Elektrifizierung der Schweiz mit PV-Strom anstelle der AKW zu einem gewaltigen Jahresdefizit führt. Wobei dies ausschliesslich im Winter ein Problem ist, wo der magere PV-Ertrag den Bandstrom der AKW in keiner Weise ersetzen kann. Die Berechnungen der Empa-Studie ergeben, dass das zu einer Aufblähung unserer heutigen Winterstromlücke von 4 TWh auf 23 TWh führen würde. Wollte man diese Strommenge mit einem Pumpspeicherwerk aus Sommerüberschüssen in den Winter umlagern, kann man sich unser grösstes und modernstes Werk in Limmern vorstellen, das vor kurzem für 2.1 Milliarden Franken in Betrieb genommen wurde und maximal 0.033 TWh Strom speichern kann: Es wären also knapp 700 solche Anlagen notwendig! Natürlich ist das nur ein Gedankenexperiment, denn ein Pumpspeicherwerk ist nicht für die saisonale Speicherung ausgelegt.

Dass aber nicht nur die Defizite kritisch sind, zeigt eine besonders absurde Massnahme, die mit Nordmanns Solarplan realisiert werden müsste. Je mehr PV-Anlagen installiert werden, desto grösser wird im Sommer die Gefahr, dass deren Einspeisung so rasch und stark ansteigt, dass der Strom das Netz überfordert, und von den Verbrauchern gar nicht mehr benötigt wird. Um eine teure Netzstabilisierung und die unsinnige Marktsituation von nicht gefragtem Strom zu vermeiden, schlägt Nordmann vor, mit sogenanntem «Peak Shaving» die Anlagen einfach abzuregulieren. Die Betreiber müssten sich verpflichten, dass ihre Stromproduktion in solchen Situationen teilweise massiv unterbunden würde. Was als hocheffizientes System angepriesen wird, entpuppt sich als Verschwendungsmaschinerie.

Und schliesslich interessiert in einer solchen solarbasierten Energiewende auch die CO2-Bilanz. Nordmann behauptet, dass mit seinem Plan 86 Prozent CO2 eingespart werden könnte. Dabei geht er aber nicht vom Ist-Zustand mit den bisherigen AKW aus, was unumgänglich ist, und zudem setzt er für PV-Anlagen und E-Autos einfach Null CO2 ein – mit der Bemerkung «ohne graue Energie». Das ist wie ein schlechter Witz. Auch hier zeigen die Empa-Forscher wie es gemacht werden muss. 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, bei PV-Anlagen 50g und für Importstrom 443g. Bei PV und Importstrom sind geschätzte Optimierungspotenziale der Zukunft bereits mitgerechnet. Das Fazit ist 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.

Roger Nordmanns Solarplan für die Schweiz geht nicht auf: Erstens müsste die jährliche Zuwachsrate neuer PV-Anlagen im Vergleich zu heute um mehr als das Fünffache gesteigert werden. Und zweitens würde das Stromdefizit im Winter, das wir nach heutigem Stand der Technik praktisch nur mit Importstrom decken können, zu einer massiv gesteigerten Abhängigkeit vom Ausland und einem deutlichen Anstieg der CO2-Emissionen führen. Zudem scheint fraglich, ob sich die PV-Eigentümer mit einer Strategie des «Spitzenabrasierens» ihrer Sommerproduktion abfinden würden.

Was wäre in also zu tun? Erstens müssen wir den laufenden AKW möglichst Sorge tragen, damit sie so lange wie möglich am Netz bleiben. Zweitens soll die Subventionierung von PV-Anlagen auslaufen. Drittens sind die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Wasserkraft zu verbessern, sodass es sich wieder lohnt, in neue Anlagen zu investieren. Und viertens muss die dringend notwendige Planung neuer Kraftwerke in Angriff genommen werden, die imstande sind, vor allem im Winter zuverlässigen Bandstrom zu produzieren. Aus energietechnischer und klimarelevanter Sicht heisst das Planung der neusten Generation von AKW, die physikalisch inhärent sicher sind, auch in kleineren Einheiten gebaut werden können und das Abfallproblem weitgehend gelöst haben. Die Atomenergie zu tabuisieren ist für ein technisch hochentwickeltes Land ein Schuss in den eigenen Fuss.

Dieser Post ist auch in meinem Blog Schlumpf-Argumente erschienen.

Bitte teilen Sie diesen Beitrag mit

4 Kommentare

  • Guntram Rehsche

    Hat lange gedauert mit dieser Kritik an Nordmann’s Buch «Sonne für den Klimaschutz»! Immerhin ist es schon bald ein Jahr alt – und wurde vielerorts wohlwollend zur Kenntnis genommen. Sogar einer der grossen Stromproduzenten soll es intern ausführlich diskutiert haben – eine Kritik in der Form von Martin Schlumpf wurde kaum laut.

    Ein paar Behauptungen in seiner Darstellung sind denn auch leicht zu entkräften, so als Beispiele:
    – AKW sollen gemäss Schlumpf bei gleicher Spitzenleistung das 9fache von Solaranlagen an Strom liefern. Bekanntlich laufen aber auch AKW nicht während des ganzen Jahres, gibt es kleinere und grössere Störfälle und liefert 1KWp Solarleistung im Jahr wegen verbesserter Technologie längst mehr als 1000 KWh pro Jahr, vielmehr rund 1200 im Flachland und bis zu 1500 in den Bergen – der Faktor beträgt also höchsten das 7fache.
    – Sodann wird der nötige Ausbau der Solarenergie auf den «Faktor 13» gegenüber der heutigen Produktion beziffert, nur schon um den Strom der AKW zu ersetzen. Auch dieser Faktor liegt de facto deutlich tiefer (eingedenk der vorgängig erwähnten Fakten). Zur Beachtung: Solarenergie trägt hierzlande aktuell gegen 4% zur Stromproduktion bei (jährlich per Ende 2020 rund 2,5 TWh).
    – Wir alle wissen, dass die Sonne in der Nacht nicht scheint – und dennoch baut die ganze Welt auf Photovoltaik für die künftige Stromversorgung (bei weitem und seit Jahren das grösste Investitions- und Zubauvolumen). Ja, warum wohl? Weil dieses Problem eben ein lösbares ist in vielerlei Hinsicht. Der Kürze halber kann ich diesbzüglich nur das Buch von Nordmann selbst empfehlen (Kapitel Stromspeicherung). Dass er einfach alle Nachtausfälle und Tagesschwankungen eliminiert, kann nur behaupten, wer das Buch nicht gelesen hat – oder vielleicht einfach nicht verstehen will. Ein weiteres Ammenmärchen der Schlumpf’schen Kritik ist die Rechnung zu den nötigen Pumpspeicherwerken.
    – Der Vorwurf einer Verschwendungsmaschinerie durch viele PV-Anlagen wird absurd, wenn man weiss, dass bei AKW 2/3 der erzeugten Energie in Form von Wärme in den allermeisten Fällen verloren gehen (warum braucht es denn Kühltürme für die Abwärme?).
    – All diese Einwände machen klar: Schlumpf geht es – wie bei C-C üblich – um die Diskreditierung des Potentials der Solarenergie und – wie der letzte Abschnitt dann auch Schwarz auf Weiss belegt – um eine Wiederbelebung der Atomtechnologie. Diese wird betrieben mit dem Verweis auf deren Möglichkeiten, die allesamt aber noch nicht realiserbar sind. So schwach die Analyse von Nordmann’s Vorschlag also ist, noch viel schwächer ist von Schlumpf vorgetragene Alternative. Der Vorschlag «die neuste Generation von AKW zu planen, die physikalisch inhärent sicher sind, auch in kleineren Einheiten gebaut werden können und das Abfallproblem weitgehend gelöst haben.», ist reine Phantasterei – und politisch gemäss der Energiegesetzgebung sowieso nicht zu realisieren. Bei dessen angestrebter Veränderung wünsche ich viel Vergnügen!

  • Louis Odermatt

    Guntram Rehsche ist ein Zürcher Schreiberling (Kommunikationsbranche), der von der Erneuerbarenszene insbes. von der Swisssolar seine Texte in Rohform erhält und diese dann sprachlich „veredelt“. Er selbst hat von der Physik der Energie-/Strombereitstellung eigentlich keine Ahnung. Das erkennt man auch an seinem unbeholfenen Kommentar. Seine 5 Spiegelstriche enthalten keinerlei sachliche, quantitative Widerlegung zu den Inhalten von Herrn Schlumpfs sehr gutem Artikel – sondern allein irrelevante, diffuse ideologische Anti-AKW-Haltungen, die man durch die Pfeiffe rauchen kann.

    Dass neue AKW wegen eines stumpfsinnigen Gesetzes nicht realisierbar wären, ist ein lächerliches Argument. Das kann man gut an der Coronasituation erkennen, wo innerhalb kürzester Zeit eine Notstandsregelung erlassen wurde – die nun sogar sehr rasch zu einem neuen Coronagesetz führte. Bei einer Strommangelsituation wäre es vermutlich ganz ähnlich.

    Solar hat keine Chance. Man plant beim BFE in der Hinterhand bereits Gaskraftwerke. Der Gaspreis ist in den letzten 2 Jahren durch US- Shale-LNG-Überangebote dramatisch eingebrochen. Das ist die Chance. Dennoch, Gas ist auch nicht wirklich nachhaltig. Aber Gas wird vermutlich die effektive Übergangsenergie, bevor dereinst Kernspaltung oder Kernfusion übernimmt. An Atomkernstrom kommt die Menschheit langfristig nicht vorbei. Das wird dann der übernächste Schritt.

    Und jetzt höre ich bereits die Solar-Wasserstoff- Jünger, die mittels Power-to-Gas-to-Power den Atom-Winterstrom gern solar ersetzen möchten. Wohlgemerkt mit einem effektiven Gesamtketten-Wirkungsgrad von 25% (!!). Um ca. 15 TWh CH-AKW-strom des Winter-Halbjahrverbrauchs so zu ersetzen, braucht es also gut 60TWh/Sommerhalbjahr-Speicherstrom (–> Heimatbild ade!) und die entsprechende Speicherkapazität für den anfallenden Wasserstoff. Herr Rehsche (unser Erneuerbaren-Energiespezialist )darf mal zu rechnen beginnen, wieviel Wasserstoffgas aus 60 TWh sommersgesammelten SolarStrom gebildet werden – und vorallem welches Speichervolumen bei einer Kompression auf 10 bar notwendig ist. Viel Spass dabei. (Tip: Man kommt mit den vier Grundrechnungsarten und einer Tabelle zur Gaskompressibilität aus).

    Rehsche kann dabei spasseshalber mal die 10 bar Gasspeicher von Schlieren mit 40m Durchmesser ansetzen, und rechen, dass jede dieser Kugeln einen Fläche von 50 x 50 m^2 braucht. Jede Kugel fasst ca. 250’000 m^3 H2-Gas bei 10 bar.
    Um also in einem G&D-GasKW (–>Wirkgrad 50%) im Winter 15 TWh Strom zu produzieren (Ersatz der CH-AKW) braucht man also 40’000 solcher Gasspeicher à la Schlieren. Um die auf einer Fläche von 50x50m^2 aufzustellen braucht es eine Fläche von mind. 100km^2, also ein Feld von 10 km x10 km dicht gestellter Behälter. Machbar?

    Das sind doch mal Argumente Herr Rehsche. Nicht nur Gedöhns.

  • G. Rehsches Einwände sind oft derart unsachlich, dass ich einmal darauf eingehe.
    – AKW liefern 9mal mehr Strom als PV: Nordmann gibt in seinem Buch 44 TWh als Ertrag von 50 GW PV an; ich nehme Gösgen als Modell mit 1 GW Leistung, der Ertrag von Gösgen im 6-Jahresdurchschnitt vor 2019 ist 8.015 TWh, bei 50 GW ergibt das 400.75 TWh; 400 : 44 = 9.1, also Faktor 9 – Rehsches Bemerkungen über „AKW laufen nicht das ganze Jahr“ etc ist reines Ablenkungsmanöver, und er geht überhaupt nicht darauf aus, dass dieser Faktor auf einen gewaltigen Nachteil von PV verweist
    – Der PV-Ausbaufaktor ist auf den Stand von 2017 bezogen, da hat Rehsche recht, vom heutigen Stand aus ist es noch etwa das 11-Fache, aber das ist ohnehin Schätzarbeit; hingegen überschätzt er die heutige PV-Produktion: 2019 war der Ertrag aus PV 2’178 GWh, das sind gemessen an der Landeserzeugung 3%, nicht 4
    – Im Kap.8 von Nordmann beschreibt dieser sein Modell, von dem alle Zahlen stammen, Titel „Modellierung auf monatlicher Basis“, darauf gehe ich ein; Rehsche hat offenbar das Buch nicht gelesen, sonst wüsste er, dass ich zu recht von einem Monatsmodell Nordmanns ausgehe
    – Warum ist meine Rechnung zu den Pumpspeicherwerken ein Ammenmärchen? Da fehlen Rehsche offenbar die Argumente, um einen sachlichen Einwand zu formulieren
    – Die Verknüpfung meiner Verschwendungsmaschinerie-Kritik (beim geplanten Abregeln der PV-Anlagen im Sommer) mit der nicht optimalen Ausnutzung der Primärenergie in den AKW ist gesucht, diese zwei Dinge haben nichts miteinander zu tun; und inhaltlich bringt er kein gutes Argument für diese „Verschwendung“
    – Mir geht es nicht um die Diskreditierung der PV-Anlagen, sondern um eine sachliche energiepolitische und Umwelt-Kritik dieser Option
    – Und ja, ich plädiere, als Resultat dieser Kritik, u.a. für neue AKW; da kennt sich Rehsche offenbar überhaupt nicht aus – und klar, es bleiben immer Unwägbarkeiten für die Zukunft

  • Philippe Huber

    Der schöne Plan von R. Nordmann, Präsident von Swisssolar, ist ein tolles Marketingcoup. Klar geht der Plan nicht auf, aber darüber kümmert er sich nicht, sondern nur darum, dass die Anreize, sprich Subventionen, für die PV weiter sprudeln. Schon bei 5’000 MW PV Produktion wird Swissgrid dafür sorgen müssen, dass diese Produktion abgeriegelt wird. Das werden die Bilanzgruppen, sprich grossen EVU, umsetzen müssen. Die Investoren in PV-Anlagen werden schreien und klagen. Was für eine schöne Welt bei Sonnenschein. Und im Winter werden wir importieren müssen oder unzählige Batteriespeicher bauen, die bald unbedingt auch Anreize brauchen werden …

Bitte hinterlassen Sie Ihren Kommentar