Zu Voellmy/Zürcher: Eine CO2 neutrale Schweiz bis 2050

Kritische Bemerkungen zum Bericht Voellmy / Zürcher.
Voellmy Cover

Vgl. Blog mit dem Bericht Voellmy / Zürcher.

Mit den Konklusionen der Autoren, welche ich aus der Zusammenfassung herauslese, dass nämlich die «Energiewende» technisch wie auch ökonomisch eine sehr gewagte Übung und deren erfolgreiche Umsetzung mehr als fragwürdig sei, bin ich durchaus einverstanden. Nur bin ich der Meinung, dass die Realität noch krasser ist als es in dieser Studie dargestellt resp. berechnet wird.

Hier einige der zu optimistischen Annahmen, die mir bis jetzt (nach rascher Lektüre) aufgefallen sind:

  1. Die jährliche Einstrahlenergie pro Flächeneinheit wird mit 150 kWh/m2 angenommen. Es ist wohl verständlich, dass man bei einer Berechnung der Grössenordnungen eher auf der «guten» Seite liegt, hier sind es aber rund 50% zu viel, was kaum vernünftig ist, liegen doch verlässliche Erfahrungswerte resp. Messungen vor.
  2. Vernachlässigt resp. nicht beachtet wird auch der Wirkungsverlust (Fouling Factor) der PV über die Zeit. Da müssten über das Mittel der Lebensdauererwartung m. E. rund 10% Wirkungsverlust eingerechnet werden.
  3. Speicherung: Auch da meine ich, dass die Annahme von 20% Verluste für Hydro- Speicherung zu optimistisch ist. Da eine geeignete Hydrospeicheranlage völlig asymmetrisch konzipiert werden müsste – pumpen während rund 10% der Zeit, turbinieren während 90% – und wegen der Produktionseigenschaft der PV-Anlagen, werden die Pumpen resp. Turbinen meistens im «Off- Design» Modus betrieben. Aus diesen Gründen wäre eine Annahme von 22.5% Verlust eher realitätsnah.

    Bereits unter Berücksichtigung obiger Punkte 1. bis 3. wäre die errechnete Fläche an PV um rund 70% grösser als die Voellmy und Zürcher annehmen.
  4. Für die Elektromobilität im Strassenverkehr müsste man folgendes annehmen:
    • Individualverkehr (e-Autos): Eine vorsichtige Annahme wäre, dass 10% der Ladezyklen (z. B. über die Mittagszeit) direkt ab Solarzelle erfolgen können;  weiter gehen rund 25% der ursprünglich generierten Energie durch die Batterieaufladung verloren. Will man abends oder nachts laden, so muss Solarstrom zwischengespeichert werden. Angenommen, dies erfolgt über lokale Pufferbatterien, dann gehen für den Fahrzeugladezyklus bereits rund 44% der eingespeisten Energie verloren.
    • Nutzfahrzeuge: Batterien haben eine viel geringere Energiedichte als flüssige Treibstoffe, was sich in viel höherem Gewicht für gleiche Energiespeicherung niederschlägt (etwa Faktor 1:27). So geht das zusätzliche Gewicht der Batterien eines Nutzfahrzeuges direkt zu Lasten der Nutzlast – englisch «Payload», was die Problematik besser wiedergibt. Somit ist anzunehmen, dass ein Grossteil einer zukünftigen Nutzlastflotte mit synthetischem Gas (H2 oder auch Methan) betrieben würde. Hierbei müsste mit einem Verlust im PtoGtoP-Prozess an ursprünglich aufgewendeter Energie in der Grössenordnung von 75% bis 80% gerechnet werden.

      Die aufgeführten, von den Autoren nicht beachteten Systemverluste müssten alle durch die zusätzliche Installation von Solarleistung (Solarflächen) kompensiert werden. Auch dazu gelten die unter Punkt 1. und 2. oben aufgeführten Richtlinien.
  5. Ferner wird gesagt «… in ein System verwandeln, das ausschliesslich erneuerbare Energien verwendet und keine CO2– Emissionen verursacht…». Diese Aussage ist falsch!

    Ich verweise dabei auch auf die Schlussbemerkung der Zusammenfassung: «… der mit dem Ersatz der fossilen Energiequellen, die eine extrem hohe Energiedichte aufweisen, mit erneuerbaren Energiequellen mit geringer Energiedichte wie Sonneneinstrahlung und dem Wind, einhergeht…».

    Dazu ist ganz allgemein zu sagen, dass der Materialaufwand pro erzeugte Energieeinheit steigt, je geringer die Energiedichte der Energiequelle ist (je geringer die Energiedichte, desto grösser der Materialaufwand). Das bedeutet auch, dass der anzurechnende Anteil an «grauer» Energie drastisch steigt, wenn bis 2030 alle CH Kernkraftwerke ausser Leibstadt stillgelegt werden. Der qualitativ gleichwertige Ersatz basierend auf Solarkraft braucht auch die dazu zwingend notwendigen Systemkomponenten (wie Hydrospeicherung). Mit einer derartigen Konfiguration steigt der jährlich anrechenbare CO2-Ausstoss um rund 10% des Kyoto-Referenzwerts für die Schweiz!

Quintessenz: Die durch Voellmy und Zürcher zur Dekarbonisierung der Schweiz errechnete notwendige PV-Leistung, resp. PV-Fläche, dürfte um mindestens eine Grössenordnung zu optimistisch sein (und damit ebenso die Kosten der Wende). Die zwingend notwendige Kapazität an Hydrospeicher ist in der hydraulisch ausgebauten Schweiz nicht mehr unterzubringen.  Diese «Wende» wird nur gelingen, wenn sie nach Ökonomischen Grundsätzen umgesetzt wird. Staatliche Förderungen wie mittels direkter oder auch versteckter Subventionen ist das falsche Mittel, sie ergeben neue oder zementieren bereits bestehende falsche Anreize. Zudem eignet sich der Staat schon gar nicht, darüber zu befinden, was technisch wie auch kommerziell innovativ ist. PV- wie auch Wind- (NEE-) Technik wird nie selbsttragend sein, wenn alle notwendigen Systemkosten mit eingerechnet werden!

Anmerkung dazu: In Deutschland sinkt der Kostendeckungsgrad der NEE je höher ihr Anteil an der Leistung ist. Mitte vergangenes Jahrzehnt hat die Firma, für welche ich verantwortlich war, eine der damals grössten auf dem Markt erhältlichen Windturbinen in einer Region aufgestellt (on shore), wo über 3’000 Stunden im Jahr produziert werden konnte. Selbst unter diesen sehr guten Bedingungen wäre dies ohne Unterstützungsbeiträge ökonomisch nicht zu rechtfertigen gewesen.

Die Schweizerische Energiepolitik wird nicht darum herumkommen, die Nuklearoption wieder ernsthaft in Betracht zu ziehen. So sind bereits Anlagen der Generation IV erfolgreich in Betrieb – Nukleartechnologien, die grosse Fortschritte bezüglich Sicherheit und Effizienz bieten. Einige der Konfigurationen von Genration IV Reaktoren sind auch Modular aufgebaut, d.h. ihre Kernkomponenten werden in einem Werk industriell gefertigt und auch bez. Qualität überprüft. Dies bedeutet zusätzliche Sicherheit wegen Konsistenz der Qualität wie auch Kostensenkung durch Skaleneffekte (und -Kontrolle) der Gesamtanlage. 

Für mehr Details zu den aufgeführten Zahlen / Berechnungen bitte den CCN Blog «Fantasien vor Wissen» vom 9. Okt. 2020 konsultieren und da besonders den Hinweis zum Paul W. Gilgen Bericht und meine Nachrechnungen nachschlagen.

Höhener Emanuel
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7 Kommentare

  • Franz-J. Schulte-Wermeling

    Den Autoren Voellmy / Zürcher und Höhener, dem Redaktor des CCN-Blogs (M.S.) sowie den Beiträgen der Kommentatoren möchte ich eine standig ovation widmen: Endlich kamen nach monatelangem Geschwafel von Juristen, Oekonomen und Musikern wieder Fachleute zu Wort, aus deren Voten man etwas lernen konnte, was dem politischen Dilettantismus hierzulange als Entscheidungsgrundlage dienen könnte! Bitte machen Sie weiter so!

  • Philippe Huber

    Die sogenannte stochastische PV-Produktion muss man nicht glätten, das ist ein Irrtum. Die Last schwankt auch ständig. Wir sind nicht mehr in der alten Welt mit beschränkten Steuermöglichkeiten der Produktion und der Last. Wir haben heute IT, Kommunikationstechnik, Batterien, Algorithmen, usw., die es erlauben die Stromversorgung neu zu gestalten. Was wir nach der Abschaltung der KKW in Zukunft benötigen werden, ist nur Stromerzeugung in der Nacht im Winter, wenn die Sonne nicht scheint. Falls KKW das in Zukunft günstig können, wunderbar! Wenn nicht, werden andere Lösungen nach marktwirtschaftlichen Kriterien bevorzugt.

  • @Philippe Huber: „wenn wir weiterhin eine sichere und bezahlbare Energieversorgung haben wollen“

    Deutschlands technische Elite stimmt das Volk gerade darauf ein, von solcherart Anspruchsdenken Abstand zu nehmen – siehe dieses Zitat aus der viel beachteten RESCUE-Studie des deutschen Umweltbundesamts: „Weiterhin wird für einige Verbraucher Flexibilität beim Zeitpunkt des Stromverbrauches unterstellt. Dies betrifft die Elektromobilität im Personen-und Güterverkehr, die Raumwärmeversorgung und PtG-Anlagen in der Wasserstoffwirtschaft sowie PtG-Methan-Anlagen, welche zur allgemeinen Brennstoffversorgung produzieren. Der Einsatz dieser zu- und abschaltbaren Lasten wird modellendogen ermittelt, um die erneuerbare Stromerzeugung effektiv zu gestalten und den Bedarf an gasbasierten Back-up-Kraftwerken zu begrenzen.“
    Dabei sind natürlich Prioritäten zu beachten: „Für die neu zu integrierenden Prozesstechniken in der Industrie wurden keine Flexibilitäten unterstellt …“
    Quelle: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/376/publikationen/rescue_studie_cc_36-2019_wege_in_eine_ressourcenschonende_treibhausgasneutralitaet.pdf – Seiten 96 und 97
    Die aus dem jüngsten Urteil des Bundesverfassungsgerichts abgeleiteten Vorgaben für Gesetzesentwürfe entsprechen etwa dem Szenario GreenSupreme.

    P.S.
    Und das ist erst der Anfang:
    «Darüber hinausgehende Lebensstiländerungen wie raumeffizientes Bauen und damit einhergehend eine gegenüber heute reduzierte Pro-Kopf-Wohnfläche, die Bevorzugung langlebiger und reparaturfähiger Produkte sowie die hauptsächliche Nutzung von Gütern im Rahmen von Sharingangeboten (GreenLife) führen zu einer Reduktion des Primärrohstoffkonsums pro Kopf (RMC) um -63 % im Vergleich zu 2010. Weiterhin wird im GreenSupreme-Szenario durch einen schnelleren und noch ambitionierteren Umbau des Energiesystems, verbunden mit einer Befreiung vom Wirtschaftswachstum, eine Reduktion des Materialkonsums um -70 % bis 2050 erreicht.» (Seite 35)
    .

  • Emanuel Höhener

    Herr Huber,
    Wie bereits Herr Brenner in seinem Kommentar darauf hinweist, macht es weder Sinn noch ist es technisch möglich, mit Kernkraftwerken (KKW) die stochastische Produktion aus PV und Wind zu glätten. Desgleichen gilt für CCGT- Anlagen (Gas- Kombi Kraftwerke), auch wenn deren Lastregelung etwas weniger träge ist als bei KKW’s, denn auch hier ist die Trägheit des Abhitze- Kessels das primär bestimmende Element. Eine CCGT- Anlage kann beispielsweise so ausgelegt werden, dass diese (geplant) über ein Wochenende stillgelegt werden kann, es braucht für solche Betriebsarten spezielle Einrichtungen um den Kessel warm zu halten. Mit einem Nuklear- Reaktor geht solches nicht, dessen Regelkonstante über grosse Lastveränderungen dauert länger als ein Wochenende.
    Zudem, Ziel ist netto Null in Bezug auf das Verbrennen von fossilen Energieträgern, also ist die Variante CCGT keine Option.
    Wichtig in diesem Zusammenhang ist jedoch: Mit der nun im die Wege geleiteten Energiestrategie, welche prioritär und mit grösster Gewichtung auf dem Ausbau von PV- und etwas Wind- Leistung beruht und dieses Konzept dennoch die Versorgung (365 Tage im Jahr, jeden Bruchteil der Sekunde) sicherstellen muss. Dass dies gelingt, dazu braucht es eigentlich die Investition in eine System- Verdoppelung (z. B. Hydro- Speicher). Wenn man die Nuklearoption in betracht zieht, dann kann diese die Versorgung ohne hinterliegende Systeme sicherstellen, PV und Wind braucht es dann nicht und somit auch keinen Glättungsbetrieb.

  • Peter Brenner

    P.H.: Es macht überhaupt keinen Sinn, Kernkraftwerke im Lastfolgebetrieb zu den NEE zu betreiben. Die KKW plus Wasserkraft als abrufbare Leistung für Mittel -und Spitzenbedarf – das ist und bleibt (???) die geniale Kombination für die Schweiz. Solar -und Windanlagen zu bauen, damit die KKW abgereget werden müssen, ist Blödsinn, denn die Brennstoffkosten machen nur ca. 5 % der Betriebskosten eines KKW aus. Und man spart keine einzige installierte KW-Leistung eines KKW!

  • Philippe Huber

    Und ich bezweifle sehr, dass KKW der 4. Generation, wenn sie nur höchstens ein paar Tausend Stunden laufen müssen (und nicht mehr Bandlast wie heute) ökonomisch konkurrenzfähig sein werden. Auch der heutige Energy Only Strommarkt wird das Problem allein nicht lösen können, die Staaten werden werden Verantwortung übernehmen müssen, wenn wir weiterhin eine sichere und bezahlbare Energieversorgung haben wollen. Daher haben die Autoren teilweise Recht, auch wenn sie einiges in ihren Berechnungen unterschlagen.

  • Philippe Huber

    Alle Insider wissen, dass Gaskraftwerke benötigt werden, wenn die KKW nicht mehr in Betrieb sind. Es wird natürlich im Moment nicht kommuniziert, obwohl sogar Roger Nordmann das auch zugibt … Und diese werden ausgeschrieben werden müssen, wie die Belgier das auch vorhaben,

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