Power Switcher Strommix der Zukunft: So könnte er aussehen

Photovoltaik (PV) hat grosses Potential und wird in diesem Szenario im Winterhalbjahr 2050 mit rund 24% (übers ganze Jahr: 40%) neben der Wasserkraft den grössten Anteil an der Deckung des Jahresverbrauchs leisten. Dabei ist es wichtig, drei Arten von PV zu unterscheiden: Grosse Anlagen auf geeigneten freien Flächen, Panels auf gewerblichen und privaten Dächern sowie Anlagen über dem Nebelmeer in den Alpen. Diese Arten unterscheiden sich wesentlich voneinander, sowohl bezüglich technischer Eigenschaften (z.B. Ausbeute/Volllaststunden) als auch Kosten.

• PV-Anlagen auf der freien Fläche im Mittelland stellen eine kostengünstige Form der Stromproduktion dar. Da Ihnen jedoch noch regulatorische Hürden im Weg stehen, geht dieses Szenario für diese Art von PV im Winter 2050 von ungefähr 0.4 TWh aus (ganzes Jahr: 1.5 TWh oder knapp 2% des Verbrauchs).  

• Panels auf gewerblichen und privaten Dächern sind die akzeptierteste Form der erneuerbaren Energien und haben ein noch hohes ungenutztes Potential. Diese Art von PV wird im Winter 2050 ungefähr 10.3 TWh oder 23% des Schweizer Jahresverbrauchs leisten (ganzes Jahr: 33 TWh / 37%).  

• PV-Anlagen in den Alpen produzieren in den Wintermonaten hoch über dem Nebelmeer dreimal mehr Strom als vergleichbare Anlagen im Mittelland. Alpine PV wird gemäss Erneuerbare-Szenario im Winter 2050 ungefähr 0.8 TWh oder knapp 1% des Schweizer Verbrauchs leisten (ganzes Jahr 0.4 TWh / 1%). Dafür müssten von den insgesamt rund 20’000 km2 Alpenfläche ungefähr 7 km2 genutzt werden, was weniger als 0.1 Prozent entspricht.  

Die Wasserkraft ist schon heute das Rückgrat der Schweizer Stromversorgung und wird ein zentraler Pfeiler bleiben. Für Axpo als grösste Wasserkraftproduzentin der Schweiz hat sie eine lange Tradition und einen hohen Stellenwert. Besonders die Flexibilität durch Speicherwasserkraft ist für den kurzfristigen Ausgleich zentral und schützt die Schweiz gegen Ausfälle und Engpässe. Sie nimmt eine wichtige Rolle im Winter ein. Das Ausbaupotential ist aber beschränkt und die Produktion der bestehenden Werke droht aufgrund von Umweltauflagen abzunehmen. Insgesamt muss das Ziel für die Schweiz darum sein, die Produktion stabil zu halten. Heute produziert sie rund 36 TWh netto. Für 2050 werden etwa 38 TWh erwartet, was gut 42% des Schweizer Jahresverbrauchs in 2050 entspricht. Im Winter kann sie 16 TWh produzieren. 

Dank technischem Fortschritt und besseren politischen Rahmenbedingungen ist das Potenzial der Windkraft in der Schweiz deutlich höher als lange gedacht. Ein grosser Vorteil von Windenergie ist ihr Beitrag im Winter: Zwei Drittel der Produktion erfolgt in den Wintermonaten. Sie ergänzt Strom aus PV darum ideal. Diesen Vorteil sollten sich die Schweiz für eine sichere Stromversorgung zu Nutze machen. 

Heute produziert die Windkraft nur rund 0.2 TWh, doch 2050 wird sie in diesem Szenario im Winter ungefähr 5.9 TWh oder knapp 13% des Jahresverbrauchs leisten (ganzes Jahr 10 TWh / 11%). Dazu sind rund 1200 Anlagen nötig. Stand November 2023 gibt es 47 Anlagen in der Schweiz. 

Bereits heute wird ein guter Teil der Bioabfälle unter anderem zur Stromproduktion genutzt. Die Nutzung der Abfälle erlaubt einen nachhaltigen Kreislauf. Ihr Beitrag zur Stromproduktion ist zwar mengenmässig klein, aber in einem breiten und stabilen Mix dennoch wichtig. Im Winter 2050 wird die Biomasse im Erneuerbare-Szenario ungefähr 2.7 TWh oder 6% des Schweizer Jahresverbrauchs abdecken, während es heute 2.3 TWh sind. (ganzes Jahr: 5 TWh / 6%)

Geothermie hat den Vorteil, ganzjährig verfügbar zu sein. Die Technologie hat besonders viel Potential für die Wärmegewinnung, jedoch nur begrenzt für die Stromproduktion: Zurzeit gibt es Pilotprojekte, auch innerhalb der Axpo Gruppe. In unserem Szenario gehen wir von einer Stromproduktion im Winter 2050 von ungefähr 1 TWh oder 2% des Schweizer Jahresverbrauchs 2050 aus (ganzes Jahr: 2.1 TWh / 2%).

Die Vorstellung einer autarken Stromproduktion in der Schweiz ist unrealistisch. Die Schweiz ist mit dem europäischen Stromnetz bestens vernetzt, der Strom fliesst in beide Richtungen. 

In diesem Szenario gehen wir davon aus, dass die Schweiz ein Stromabkommen mit der EU oder zumindest entsprechende bilaterale Abkommen mit den Nachbarn schliessen konnte und daher auch 2050 im europäischen Strommarkt integriert sein wird. Das Szenario weist geringe Importe im Januar von 0.4 TWh und Dezember 2050 von 0.7 TWh aus, während im Rest des Winters eine ausgeglichene Exportbilanz vorherrscht. Im Sommer wird die Schweiz auf Grund der dann starken Erzeugung der Photovoltaikanlagen einen Überschuss aufweisen und rund 11 TWh exportieren. 

Aus Perspektive der Versorgungssicherheit scheint diese Versorgungslage im Winter komfortabel. Bei kaltem Wetter und gleichzeitig sehr tiefer Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Quellen (Wind, Sonne und Wasser) sind die Reserven jedoch schnell aufgebraucht und Importe von 5 TWh werden nötig, um eine sichere Versorgung zu gewährleisten. 

Die beschriebenen Technologien ergänzen sich bereits ideal zu einem Strommix, doch es fehlt noch eine CO2-neutrale Produktionsart, welche während möglicher Engpässe in den Wintermonaten einsetzbar ist. In den 2040er-Jahren wird das letzte Kernkraftwerk vom Netz gehen. Entsprechend der aktuell gegebenen Rahmenbedingungen (Verbot neuer Kernkraftwerke) geht das Szenario “Erneuerbare” jedoch davon aus, dass keine neuen Kernkraftwerke gebaut werden.

Ab 2040 werden in diesem Szenario in den Wintermonaten Gaskraftwerke basierend auf CO2-armem Gas eingesetzt, mit einer Kapazität von 2.4 GW. Diese werden mit Importen in Bezug auf den Preis konkurrieren, um den Schweizer Bedarf zu decken. Die Gaskraftwerke können im Jahr bis zu 10 TWh Strom produzieren und stellen im Winter insbesondere bei geringer Stromproduktion durch Erneuerbare Energien die Stromversorgung sicher.

In diesem Szenario belaufen sich die durchschnittlichen Kosten pro erzeugte Megawattstunde auf 93 Franken. Geht man von einem mittleren Strompreisniveau von 85 CHF/MWh aus, können in diesem Szenario rund 95% der Kosten für Neuinvestitionen durch Einnahmen am Strommarkt gedeckt werden. Das heisst, es werden sich Investoren finden, welche die nötigen Anlagen bauen. 

Die verbleibenden 5% können jedoch nicht am Markt gedeckt werden, es handelt sich um einen klassischen Fall eines öffentlichen Guts. Dies betrifft insbesondere PV-Anlagen auf Hausdächern, die den grössten Teil dieser ungedeckten Kosten ausmachen. Bei PV-Anlagen liegt dies daran, dass die Kosten für Investition und Betrieb, umlegt auf ihre Lebensdauer, die möglichen Einnahmen übersteigen - dies gilt insbesondere für die kleinen und vergleichsweise aufwändig zu montierenden Dachanlagen. Auch andere PV-Anlagen, erneuerbare Gas-Kraftwerke und Biomasse-Kraftwerke können ihre Kosten nicht zu 100 % decken. Wind- und Wasserkraftwerke können bei einem Strompreisniveau von 75 CHF/MWh ihre Kosten hingegen vollständig decken.

Um einen Anreiz für Investoren zu schaffen, Anlagen zu errichten, deren Kosten nicht vollständig durch Einnahmen gedeckt werden, können Förderinstrumente notwendig sein. 

In diesem Szenario treffen wir gewisse Annahmen zu Kosten und Strompreis. Bei sehr niedrigen/hohen Strompreisen oder Kosten können natürlich höhere/niedrigere ungedeckte Kosten auftreten. 

Um die Winterstromlücke zu schliessen, setzt dieses Szenario “Landschaft” einerseits auf eine Betriebsdauer der Kernkraftwerke Gösgen und Leibstadt von je 70 Jahren, sofern sie sicher betrieben werden können. Beznau läuft in diesem Szenario insgesamt 64 Jahre. Andererseits enthält es zwei neue Reaktoren von je 1.3 GW Leistung, welche 2047 und 2050 ans Netz gehen. Es sind Reaktoren der aktuell verfügbaren Technologie EPR 3rd Gen, weil die Entscheidung zum Bau von neuen Werken möglichst rasch getroffen werden müsste. Strom aus Kernkraft wird im Winter 2050 15.7 TWh beisteuern, was rund 35% des Verbrauchs entspricht (ganzes Jahr: 29.6 TWh / 34 %). 

Ein weiteres unerlässliches Puzzlestück zur Schliessung der Winterstromlücke ist Photovolatik. Um die Eingriffe in das Landschaftsbild zu minimieren, werden in diesem Szenario keine PV-Freiflächenanlagen gebaut und nur wenige alpine Solaranlagen realisiert. Durch die tiefere Anzahl an Solaranlagen in den Bergen mit ihrem wertvollen Anteil an Winterstrom fehlt ein wichtiger Beitrag zur Versorgungssicherheit in der Schweiz. Das Szenario setzt stattdessen fast ausschliesslich auf PV-Anlagen auf Dächern. Sie liefern zwar deutlich weniger Winterstrom als alpine Anlagen, sind jedoch breit akzeptiert und stellen keinen Eingriff in die Landschaft dar. 

Um den Importbedarf im Winter auf rund 6 TWh zu beschränken, ist ein massiver Zubau von PV Dachanlagen nötig. Mit einem Ausbau bis auf rund 32.5 GW Leistung im Jahr 2050 und einer jährlichen Erzeugung von rund 31 TWh schöpft dieses Szenario das vom BFE geschätzte Potential zu etwa 60% aus. 

Installierte Leistung Solar 2050: 32.5 GW 

• davon Dach: 32.3 GW 
• davon Alpin: 0.2 GW 
• davon Freifläche: 0 GW 

Erzeugung Winter 2050: 9.7 TWh 

• davon Dach: 9.6 TWh 
  
• davon Alpin:  0.1 TWh 
  

Erzeugung ganzes Jahr 2050: 31.2 TWh 

• davon Dach: 30.9 TWh 
• davon Alpin: 0.3 TWh 

Falls das ambitionierte Ausbauziel bei Dach-PV nicht erreicht wird, müssen mehrere fossile Gaskraftwerke gebaut werden, um eine Versorgungslücke im Winter zu verhindern.

Die Wasserkraft ist schon heute das Rückgrat der Schweizer Stromversorgung und wird auch in diesem Szenario “Landschaft” ein zentraler Pfeiler bleiben. Für Axpo als grösste Wasserkraftproduzentin der Schweiz hat sie eine lange Tradition und einen hohen Stellenwert. Besonders die Flexibilität durch Speicherwasserkraft ist für den kurzfristigen Ausgleich zentral und schützt die Schweiz gegen Ausfälle und Engpässe. Sie nimmt eine wichtige Rolle im Winter ein. Das Ausbaupotential ist aber beschränkt und die Produktion der bestehenden Werke droht aufgrund von Umweltauflagen abzunehmen. Insgesamt muss das Ziel für die Schweiz darum sein, die Produktion stabil zu halten. Heute produziert sie rund 36 TWh netto pro Jahr. Für 2050 werden etwa 38 TWh erwartet, was gut 42% des Schweizer Jahresverbrauchs in 2050 entspricht. Im Winter kann sie 16 TWh produzieren.

Aufgrund des teilweise vehementen Widerstands in Teilen der Gesellschaft gegen Windkraftwerke kommt dieser Technologie im Szenario “Landschaft” kaum Bedeutung zu – obwohl sie gerade im Winter viel Strom produzieren könnte. In diesem Szenario werden 2050 lediglich 80 Windturbinen in der Schweiz stehen, also eine knappe Verdoppelung von aktuell 47 Anlagen. Strom aus Wind wird im Winter 2050 gerade einmal 0.2 TWh beisteuern, was rund 0.5% des Verbrauchs entspricht (ganzes Jahr: 0.4 TWh / 0.4 %). 

Die Vorstellung einer autarken Stromproduktion in der Schweiz ist unrealistisch. Die Schweiz ist mit dem europäischen Stromnetz bestens vernetzt, der Strom fliesst in beide Richtungen. 

Auch in diesem Szenario “Landschaft” gehen wir davon aus, dass die Schweiz ein Stromabkommen mit der EU oder zumindest entsprechende bilaterale Abkommen mit den Nachbarn schliessen konnte und daher auch 2050 im europäischen Strommarkt integriert sein wird. In diesem Szenario ist der Importbedarf im Winter in keinem Jahr höher als 6.1 TWh. Im Jahr 2050 ist die Versorgungslage komfortabel und ist ausgeglichen. Es ist jedoch zu beachten, dass vier Jahre später das Kernkraftwerk Leibstadt (-1.3 GW oder -10 TWh/a ) stillgelegt wird. Entsprechend wird dann auch der Importbedarf im Winter wieder steigen, nämlich auf rund zwei TWh.

Bereits heute wird ein guter Teil der Bioabfälle unter anderem zur Stromproduktion genutzt. Die Nutzung der Abfälle erlaubt einen nachhaltigen Kreislauf. Ihr Beitrag zur Stromproduktion ist zwar mengenmässig klein, aber in einem breiten und stabilen Mix dennoch wichtig. Im Winter 2050 wird die Biomasse im Erneuerbare-Szenario ungefähr 2.7 TWh oder 6% des Schweizer Jahresverbrauchs abdecken, während es heute 2.3 TWh sind. (ganzes Jahr: 5 TWh / 6%)

Geothermie hat den Vorteil, ganzjährig verfügbar zu sein. Die Technologie hat besonders viel Potential für die Wärmegewinnung, jedoch nur begrenzt für die Stromproduktion: Zurzeit gibt es Pilotprojekte, auch innerhalb der Axpo Gruppe. In unserem Szenario gehen wir von einer Stromproduktion im Winter 2050 von ungefähr 1 TWh oder 2% des Schweizer Jahresverbrauchs 2050 aus (ganzes Jahr: 2.1 TWh / 2%).

Die durchschnittlichen Kosten für dieses Szenario betragen rund 91 CHF/MWh. 

Es ist somit leicht teurer als der Strommix aus dem Szenario “Erneuerbare” mit Kosten von 93 CHF/MWh (jeweils bei angenommenen Strompreisen von 85 CHF/MWh im Jahr 2050), wobei beide dicht beieinander liegen. Der Treiber für die Mehrkosten ist der Verzicht auf den Bau von relativ günstigen Windanlagen zugunsten von vergleichsweise teuren PV-Dachanlagen. Der längere Betrieb von bestehenden Kernkraftwerken, sowie der Neubau von zwei neuen Reaktoren, erhöht die Versorgungssicherheit des Landes deutlich und macht daher den Bau von Gaskraftwerken überflüssig. Der Verzicht auf den Bau von relativ günstigen Windanlagen treibt die Kosten nach oben. In beiden Szenarien werden die vergleichsweise teuren PV-Dachanlagen in vergleichbarer Grössenordnung errichtet. Die Mehrkosten auf der einen Seite heben sich mit den Einsparungen auf der anderen Seite im betrachteten Zeitraum etwa auf.