Winterstromlücke: Lösungen gegen den Versorgungsengpass

Angebot muss Nachfrage decken

In einem Stromsystem müssen sich Stromverbrauch und Stromproduktion jederzeit die Waage halten. Diese physikalische Grundbedingung ist mit einer schwankenden Erzeugung aus erneuerbaren Quellen wie Sonne und Wind nicht einfach zu erfüllen – schwieriger jedenfalls als etwa mit Grosswasserkraft oder auch mit Kernkraftwerken, die stabile Bandenergie liefern.

Es ist gewissermassen eine doppelte Energiewende, der sich die Schweiz verschrieben hat: Einerseits gilt es, rund einen Drittel Atomstrom im Gesamtmix zu ersetzen, andererseits soll das Netto-Null-Ziel beim Treibhausgasausstoss bis 2050 erreicht werden. Da die Atomkraft in der Schweiz ein Auslaufmodell ist und sich die Wasserkraft kaum noch ausbauen lässt, wird der Strom künftig knapp. Besonders im Winter produziert die Schweiz schlicht zu wenig erneuerbaren Strom. Das ist ein hausgemachtes Problem, denn die Windkraft hat es hierzulande von jeher schwer und selbst die boomende Solarenergie ist noch weit davon entfernt, ihr wirkliches Potenzial zu entfalten.

Stromverbrauch Schweiz

Das Problem ist nicht wirklich neu: Bereits 2016 und 2017 musste die Schweiz unter dem Strich mehr Strom importieren, als sie verkaufen konnte. Gemäss der staatlichen Regulierungsbehörde ElCom hat die Schweiz in den vergangenen zehn Wintern im Durchschnitt mehr als vier Terawattstunden (TWh) Strom aus dem Ausland bezogen. Dies entspricht dem jährlichen Verbrauch von knapp einer Million typischer Haushalte.

Eine Studie der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) bringt die Herkulesaufgabe der Schweiz auf den Punkt: Erstens soll die Energielieferung der Kernkraftwerke (heute knapp 23 TWh) grösstenteils durch jene aus Photovoltaik ersetzt werden (heute ca. 2,6 TWh).

Zwar liegt das Gesamtpotenzial der Solarenergie gemäss dem Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE) bei rund 82 TWh; der Ausbau erfolgt jedoch viel zu langsam, um mit der Verbrauchsentwicklung Schritt zu halten. Zweitens verabschiedet sich die Schweiz von den fossilen Energien. Doch wenn immer mehr Elektroautos die Benziner ersetzen und elektrische Wärmepumpen die Ölheizungen ablösen, steigt auch der Stromverbrauch – gerade in der kalten Jahreszeit, in der die Produktion ohnehin ihren Tiefstand erreicht.

Steigende Importabhängigkeit beim Strom

Zwar investieren die grossen Schweizer Stromkonzerne substanziell in Sonne und Wind – allerdings mehrheitlich im Ausland. Das bringt Probleme mit sich: Ob die Schweiz im Fall eines europäischen Strommangels im Winter einfach «ihren» Strom importieren kann, ist fraglich.

Bereits heute ist die Schweiz vor allem im Winter auf Strom aus Deutschland und Frankreich angewiesen. Ein mögliches Stromabkommen mit der EU liegt allerdings seit 2018 auf Eis. Mit dem Abbruch der Beratungen über ein institutionelles Rahmenabkommen im Mai 2021 hat sich die Situation zusätzlich verschärft. Die Stromimportstrategie der Schweiz steht somit auf keiner belastbaren Basis.

Neue Lösungsansätze müssen her

Was also ist zu tun? Die saisonale Stromspeicherung, das «Peak Shaving» (Kappen von Lastspitzen) sowie ein intelligentes Stromlastmanagement sind dringender gefragt denn je. Integrale Lösungen im Privatbereich mit Wärmepumpe im Keller, Solaranlage auf dem Dach, Batteriespeicher und Elektromobilität machen Schule und setzen sich zunehmend durch. Antworten gibt es auch in Form von Pumpspeicherwerken und Grossbatterien. So gut wie alle diese Lösungsansätze im Prinzip sind – sie reichen nicht aus, um alle Stromdefizite in der Schweiz zu decken. Energie 360° zeigt mögliche Wege auf, um die Winterstromlücke nachhaltig zu schliessen.

Strom vom Sommer in den Winter verschieben

Strombasierte erneuerbare Gase (Power-to-Gas)

Um das Ziel von Netto-Null-Emissionen bis 2050 zu erreichen, ist aus Sicht von Energie 360° nicht nur die erneuerbare Stromerzeugung auszubauen, sondern auch die Nutzung von Abwärme und Umweltwärme sowie die Produktion erneuerbarer Gase: grüner Wasserstoff aus Elektrolyse und in einem zweiten Schritt die Methanisierung, sofern keine saisonalen Wasserstoffspeicher verfügbar sind. Aus wasserstoffhaltigen Gasen lässt sich über chemische Reaktionen brennbares Methan herstellen, das als synthetisches Erdgas ins Gasnetz eingespeist wird.

Erneuerbare Gase saisonal speichern

Für eine saisonale Speicherung von Strom in Form von Gas braucht es unterirdische Depots. Konkret läuft seit Ende 2020 in Pilsbach, Österreich, unter dem Titel «Underground Sun Conversion – Flexible Storage» ein internationales Joint Venture, an dem Energie 360° beteiligt ist. Gespeicherte erneuerbare Gase, zu denen auch Biogas zählt, stehen dann zur Verfügung, wenn sie tatsächlich gebraucht werden. Sie können einen bedeutenden Beitrag zur Energiewende leisten.

Rückverstromung via Wärme-Kraft-Koppelung

Nutzt man die Abwärme beispielsweise eines Gaskraftwerks zum Heizen, etwa  durch Fernwärme, erhöht sich der Wirkungsgrad der Anlage auf 80 bis 90%, was gleichzeitig weniger CO₂-Emissionen verursacht. Eine solche Wärme-Kraft-Kopplung erzeugt Strom zur Einspeisung ins Netz sowie Wärme, die sich jedoch nur in der näheren Umgebung verlustarm transportieren lässt. Gefragt ist deshalb eine Vielzahl solcher kleiner, dezentraler Kraftwerke zur Versorgung von Wohnsiedlungen. Auch die Wärme-Kraft-Kopplung zur Spitzenlastdeckung in Wärmeverbünden ist ein prüfenswerter Ansatz.

Für die Rückverstromung stehen grundsätzlich zwei Technologien zur Verfügung: Einerseits Gasturbinen, Gaskombikraftwerke oder Verbrennungsmotoren, die sich nach gewissen technologischen Modifikationen auch für Wasserstoff eignen. Andererseits ist die Rückgewinnung von Strom auch über Brennstoffzellen möglich. Der optimale Einsatzbereich der jeweiligen Technologie richtet sich nach den Anforderungen.

Eine entscheidende Bedeutung kommt hier den entsprechenden Rahmenbedingungen zu: Akzeptanz bei Politik und Gesellschaft, gesetzliche Vorgaben, verfügbare Standorte und mögliche Realisierungszeiträume.

Die Haltung von Energie 360°

Um die Gefahr einer Winterstromlücke zu bannen, braucht es das Zusammenspiel aller erwähnten Technologien und Akteur*innen. Auf diese Weise lässt sich die Energieversorgung auf eine stabile Basis stellen. Auch die Sektorkopplung ist ein erfolgversprechender Ansatz: Durch die intelligente Verknüpfung von Strom, Wärme und Verkehr werden die erneuerbaren Energien intelligent genutzt und in die Energiesysteme integriert, wodurch sich der CO₂-Ausstoss reduzieren lässt. Hier sind entsprechende politische Rahmenbedingungen erforderlich, um Investitionsanreize zu setzen und Planungssicherheit zu erreichen. Nur so können die Produktion erneuerbarer Gase, die saisonalen Speicheroptionen und die Wiederverstromung konkret angegangen werden.

Innovative Projekte zur Minimierung der Winterstromlücke voranzutreiben, ist das Gebot der Stunde: Energie 360° kann effiziente Wärmelösungen anbieten und ihre Kompetenzen in der Wirkungskette von Power-to-Gas bis zur Wiederverstromung inklusive Nutzung von Abwärme einbringen.

Vernetzung ist das entscheidende Stichwort, wenn es darum geht, das Problem der Winterstromlücke zielführend anzugehen. Verschiedene Ansätze und Teillösungen, die ineinandergreifen und sich gegenseitig unterstützen, sind zentral. Auch dafür engagiert sich Energie 360°.