Autoren: Jörg Hofstetter, Bernhard Suter, 2025
Version: 17.2.2025
Einführung
Energie-Szenarien der zukünftigen Stromwirtschaft können uns helfen die Energiewende richtig zu planen. Dabei geht es nicht darum die Zukunft im Detail vorherzusagen (was nicht möglich ist). Vielmehr geht es darum unterschiedliche Ansätze miteinander zu vergleichen und daraus Rückschlüsse zu ziehen.
Einige politische Pflöcke der Energiewende sind bereits eingeschlagen:
- Das Stromgesetz weist einen Weg in eine Stromversorgung die stark auf der Photovoltaik (PV) beruht. Auch die Windkraft und die Alpine-PV sollen ausgebaut werden (Solar- und Wind-Express).
- Wie haben in der Schweiz gut ausgebaute Speicherseen (Speicherkraftwerke und Pumpspeicher). Diese helfen die natürlichen Schwankungen von Solar- und Wind-Kraft auszugleichen. Sie sollen moderat ausgebaut werden.
- Die bestehenden Atomkraftwerke sollen innerhalb 50-60 Jahren abgeschaltet werden.
Daneben gibt es für die Schweiz inzwischen eine Vielzahl publizierter Strom-Szenarien.
- Auf der Plattform AXPO Power Switcher [1] sind weit über 10 verschiedene Szenarien verschiedenster Organisationen und Fachleuten publiziert, welche unterschiedliche Wege bis 2050 aufzeigen.
- Die ETH führt eine Energie-Plattform Nexus_e, mit detaillierten Modellen zur Stromversorgung bis 2050. Diese basieren auf einer Simulation im Stundenraster. Dies ermöglicht es z.B. auch, das Verhalten von Pumpspeichern im Rahmen der täglichen PV-Fluktuation zu simulieren.
Jedes dieser Szenarien beschreibt einen anderen, gangbaren Weg zu einer fossilfreien Stromversorgung im Jahre 2050. Dabei werden insbesondere folgende Faktoren berücksichtigt:
- Der wachsenden Stromverbrauch wegen der zunehmenden Elektrifizierung (E-Mobilität, Wärmepumpen).
- Die natürlichen Schwankungen der Photovoltaik(PV)- und Windproduktion (Tagesschwankungen und jahreszeitliche Schwankungen) im Rahmen von gemessenen Werten.
Im Rahmen dieses Hintergrund-Blockes sollen ein oder mehrere Szenarien für einen Stresstest ausgelesen und Vergleiche mit anderen Szenarien erstellt werden. Dieser Stresstest soll aufzeigen, was beim Eintreten ausserordentlicher Ereignisse, wie z.B. einer Dunkelflaute oder/und einem Import-Unterbruch, passiert. Schlussendlich soll daraus der zukünftige Bedarf an Saisonalem Speicher abgeschätzt werden können.
Da in einer solchen Untersuchung das genaue Verhalten der Pumpspeicher und der Batterien zentral ist, sind wir als Basis auf Szenarien angewiesen, die das Verhalten dieser Speichertechnologien im Modell abbilden, die resultierenden Daten im Stundenraster vorliegen und öffentlich publiziert werden. Für unseren Stresstest wäre es auch ideal, die Basis-Szenarien würden nicht bereist grössere Mengen Saisonaler Speicher einsetzen.
Obige Ansprüche erfüllen idealerweise die Szenarien der Energie-Plattform Nexus_e der ETH.
Basis-Szenarien
Im Folgenden werden die ausgewählten Szenarien ETH_Import und ETH_Erneuerbare vorgestellt. Zu beachten ist, dass die etwas sperrigen Namen der Originalquelle [2] hier durch obige Kürzel ersetzt werden.
Fig. 1 Monatliche Entwicklung von ETH_Import (links) und ETH_Erneuerbare (rechts) im Jahr 2050 (in TWh). Bildquelle: https://nexus-e.org/
Bei beiden Szenarien erfolgt die Auswahl der Produktionstechniken kostenoptimiert unter unterschiedlichen Prämissen. Das Szenario ETH_Import (links) setzt grundsätzlich auf Importe zur Deckung von Lücken, ETH_Erneuerbare (rechts) setzt hingegen auf den massiven Ausbau Alpiner-PV und Wind. Beide kommen ohne den Einsatz von Saisonalem Speicher aus. Bei ETH_Erneuerbare wird in der Folge mehr inländischer Strom produziert, entsprechend ist der Netto-Import in den Wintermonaten (weisse Linie in der Grafik. Skalen beachten: Werte kleiner 0 bedeuten Netto-Exporte) bedeutend kleiner. Für unsere Untersuchung ist es ideal zwei so unterschiedliche Szenarien einem Stresstes zu unterziehen.
Im Folgenden einige Eckpunkte der beiden Szenarios im Jahr 2050, verglichen mit aktuellen Zahlen aus dem Jahr 2023.
| Produktions- Technologien | 2050 ETH_Import, Produzierte Energie TWh | 2050 ETH_Erneuerbare, Produzierte Energie TWh | 2023 (*) Ist-Werte Produzierte Energie TWh |
|---|---|---|---|
| PV Mittelland (Dach & Agri) | 33.95 | 32.39 | 4.6 |
| PV Alpin (***) | 1.2 | 12.75 | – |
| Wind | 0.1 | 3.55 | 0.2 |
| Biomasse & Geo | 4.08 | 4.09 | 2.5 |
| Laufwasser | 18.49 | 18.57 | 17.5 |
| Speicherkraft | 18.06 | 18.04 | 19.0 |
| Pumpspeicher Load | -7.99 | -9.7 | |
| Pumpspeicher Erzeugung | 11.07 | 12.42 | 4.3 |
| Batterie Load | -1.04 | -1.12 | |
| Batterie Produktion | 0.89 | 0.96 | |
| Import Netto (ganz. Jahr, neg. = Netto Export) | -2.83 | -16.28 | -6.4 |
| Imp. Netto: nur Import im Winter (Okt -März) | 9.95 (**) | 3.56 | 3.6 |
| Imp. Netto: nur Export im Winter (Okt – März) | 0.3 | 3.08 | |
| Verbrauch (ohne Speicher) | – 76 | -76 | – 61.1 |
| Speicherkapazität in TWH | |||
| Kapazität Speicherseen | 10.1 | 10.1 | 8.8 |
| Jährlicher Zufluss Speicherseen | 25.3 [3] | 25.3 [3] | 21.1 [3] |
(*) Vergleichszahlen aus dem Jahr 2023 anhand von Swiss Energy Charts.
(**) Das aktuelle Stromgesetzt geht von maximal 5 TWh zulässigem Stromimport im Winter aus. Trotzdem mach es Sinn zu untersuchen, wie sich ein solches Szenario bei ausserordentlichen Ereignissen wie z.B. einem Import-Unterbruch, gegenüber einem anderen Szenario verhält.
Vergleich mit anderen Szenarien
Im Folgenden möchten wir aufzeigen, dass sich die ausgewählten Szenarien durchaus im Rahmen anderer, oben erwähnter Szenarien bewegt, auch was die vorausgesagte Nachfrage betrifft.
Alle Daten, ausser diejenigen für ETH_Import und ETH_Erneuerbare, stammen von der AXPO Plattform [1].
| Thema | ETH_ Import TWh | ETH_ Erneuerbare TWh | VSE/AXPO TWh | Grossen/ AXPO TWh | BfE/AXPO TWh |
|---|---|---|---|---|---|
| PV (1) (davon Alpin-PV) | 35 (1.2) | 45.14 (12.75) | 18 (0.96) | 48 (1.7) | 36 (0) |
| Hydro (2) | 37 | 37 | 35 | 40 | 39 |
| Biomasse | 4 | 4 | 7 | 4 | 6 |
| Wind | 3.5 | 4 | |||
| Andere | <1 (Wind) | <1 (Agri-PV) | 5 (Fossil, Geothermie, Wind) | 4 (Fossil+Wind) | 3 (Gas, Fossil, Geothermie) |
| Gas (3) | 0.33 | 13 | 5 | ||
| Winter-Importe (4) | 9.9 | 3.5 | 4.7 | 2.2 | 8.9 |
| Nachfrage (inkl. Verluste) (5) | 76 | 76 | 77 | 93 | 78 |
| hohe Netto-Importe | Starker PV-Alpin und Wind-Ausbau, geringer Winter Netto-Import | geringer PV Ausbau, sehr hoher Gas-Anteil (importiert) | hoher PV Ausbau, hoher Gas-Anteil, hoher Verbrauch, geringer Winter-Import | hoher Import, hoher Wind-Anteil |
(1) Die unterschiedlichen Szenarien rechnen mit unterschiedlichen jährlichen Erträgen der PV. Als Beispiel der Vergleich zwischen den Szenarien ETH_Erneuerbare und Grossen/AXPO bei Alpiner-PV: Produktion von einem GW installierter Alpiner-PV Leistung im März/Juli: Grossen: 0.18 / 0.12, ETH_Erneuerbare: 0.13/0.08. Die ETH-Szenarien prognostizieren den PV Ertrag zurückhaltender.
(2) Hydro: Laufwasser und Speicherkraft
(3) Mit Gas sind klimaneutrale Gase gemeint, mit denen Strom (und Wärme in Kombination) produziert werden können. Es kann sich z.B. um Wasserstoff oder Methanol (allgemein: PowerToX oder P2X) handeln, die Gase können zur Lagerung auch verflüssigt sein. Diese Gase können unterschiedlich gut gelagert werden.
(4) nur Winterimporte für Eigenbedarf (ohne Transfer).
(5) Anhand der Angaben auf der AXPO-Plattform [1] wird klar, dass manche der aufgeführten Szenarien Wasserstoff aus Strom produzieren. Dieser kann für die Industrie ganz allgemein, aber auch als Saisonaler Speicher eingesetzt werden. Leider ist auf der AXPO-Plattform diese Unterscheidung nicht transparent gemacht. Anhand der Zahlen ist z.B. klar, dass Grossen/AXPO Wasserstoff für die Energieproduktion erzeugt, das VSE-Szenario den Wasserstoff importiert. Daher können die Nachfrage-Zahlen nicht einfach 1:1 miteinander verglichen werden.
Obwohl die einzelnen Szenaren recht unterschiedlich sind, ist erkennbar, dass sich die ausgewählten Szenarien ETH_Import und ETH_Erneuerbare durchaus im Rahmen der anderen Szenarien bewegen.
[1] Axpo Power Switcher https://powerswitcher.axpo.com/de
[2] Nexus-e: interconnected energy system modeling platform der ETH
https://nexus-e.org/eip-eth-collaboration-rethink-future-swiss-electricity-supply/
Szenarien:
eip_reference / Centlv
eip_prevention_renewable / Centlv
[3] Stresstest Energiewende,