Zukunft Stromversorgung Schweiz - Langfassung
Akademien der Wissenschaften Schweiz
Die schweizerische Energieversorgung im Allgemeinen und die Stromversorgung im Besonderen stellen für unsere Gesellschaft eine riesige Herausforderung dar. Der grosse Erneuerungs- und Ausbaubedarf bei der Produktion und Übertragung lassen einen grundlegenden Umbau des Elektrizitätssystems erwarten. Der Entscheid des Bundesrats und der Eidgenössischen Räte, schrittweise aus der Kernkraft auszusteigen und die neue Energiestrategie 2050 umzusetzen, verschärfen das Problem zusätzlich. Im Bericht der Akademien Schweiz werden mittel- und längerfristige Entwicklungen aufgezeigt und analysiert. Möglichst alle Aspekte des Stroms werden dabei bedacht: die Erzeugung und die Beschaffung, der Transport, die Speicherung und der Verbrauch. Zudem werden die Kriterien der Nachhaltigkeit beleuchtet.
Inhalt:
1 Strom – Schlüssel für eine nachhaltige Energieversorgung
2 Perspektiven der Stromnachfrage
2.1Die Rolle des Stroms in der Energieversorgung
2.2Bestimmungsfaktoren der Stromnachfrage
2.3Ansätze zur Beeinflussung der Stromnachfrage
2.4Szenarien zur Entwicklung der Stromnachfrage
2.5Entwicklung der Stromnachfrage bis 2050
2.6 Literatur
3 Stromerzeugung
3.1 Einleitung
3.2 Wasserkraft
3.3 Biomasse
3.4 Photovoltaik
3.5Solarthermische Elektrizität
3.6 Windkraft
3.7 Geothermie
3.8 Kernenergie
3.9Fossil-thermische Stromproduktion
3.10 Stromerzeugung in Wärmekraftkopplungsanlagen
3.11Vergleichende Daten und Folgerungen
4Stromübertragung und Stromspeicherung
4.1Das elektrische Netz
4.2Das heutige schweizerische Stromnetz und der notwendige Ausbau
4.3Auswirkungen der Strommarktliberalisierung
4.4Stromaustausch und Stromhandel
4.5Herausforderungen auf der Produktionsseite
4.6Technische Innovationen für Netze und deren Betrieb
4.7Konfliktpotenziale von Hochspannungsnetzen
4.8 Handlungsoptionen
4.9 Literatur
5Bewertungskriterien für ein «nachhaltiges Elektrizitätssystem der Schweiz»
5.1Nachhaltigkeitsbewertung: Leistungen, Grundlagen & Kriterien
5.2Indikatoren-gestützte Evaluation
5.3Risiken und Prozesse menschlicher Risikobewertung
6Schlussfolgerungen
6.1Aspekte der Nachhaltigkeit
6.2Ökonomische Aspekte des Strommarkts
6.3Strategie des Bundesrats zum Ausstieg aus der Kernenergie
6.4Die Position der Akademien Schweiz
6.5 Schlusswort
Fonte: Akademien der Wissenschaften Schweiz, Hirschengraben 11, Postfach 8160, CH-3001 Bern
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Die Stromversorgung der Schweiz muss im Gesamtenergiekontext betrachtet werden. Die Energiedebatte ist primär wegen der Klimaproblematik hochaktuell, denn Kohlevorräte bestehen noch zur Genüge. Der Bundesrat unterstützt das Ziel, das Klima auf einen Wert von maximal +2 °C gegenüber vorindustriellen Werten zu stabilisieren, wofür die Emissionen bis 2050 um mindestens 80% verringern werden müssten. Der schweizerische Bruttoenergieverbrauch stammt zu etwa 65 % aus fossilen Quellen. Das bedeutet: Um die Klimaziele zu erreichen, muss gut die Hälfte des gesamten Bruttoenergieverbrauchs eingespart oder durch nicht-fossile Energien ersetzt werden. Heute wird der Strom in der Schweiz praktisch CO2-frei (3.2% Anteil an den Emissionen) produziert im Gegensatz zu Deutschland, wo 50 % der CO2-Emissionen aus der Stromproduktion stammen. Dieses Kapitel beleuchtet die verschiedenen Stromproduktionsarten mit ihren Umweltbelastungen.
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Das elektrische Übertragungs- und Verteilnetz spielt im Stromsystem eine zentrale Rolle. Es hilft, Wirtschaft und Gesellschaft mit dem benötigten Strom zu bedienen, und erlaubt auch den für die Versorgungssicherheit bedeutenden Stromhandel mit dem Ausland. Bereits heute besteht beim Stromnetz ein grosser Erneuerungs- und Ausbaubedarf. Dazu kommt, dass das Netz künftig aufgrund der veränderten Produktionsverhältnisse völlig neuen Anforderungen genügen muss.
Solarthermische Kraftwerke werden in sonnenreichen Ländern in zunehmendem Masse zur Stromerzeugung eingesetzt. Für die Schweiz kommen sie wegen der relativ geringen Sonneneinstrahlung kaum in Frage. Hingegen könnte der Import von Solarstrom aus dem Mittelmeerraum in Zukunft einen wichtigen Beitrag zum Schweizer Energiemix leisten.
Fossile Energien sind global gesehen die weitaus wichtigsten Energiequellen zur Stromproduktion. In der Schweiz gibt es seit der Stilllegung des Kraftwerks Vouvry kein solches Grosskraftwerk mehr. Es existieren lediglich wenige Industrie-Kraftwerke für den Eigenbedarf. Ihr Beitrag zur Landeserzeugung liegt bei 3 %. Welche Bedeutung die fossile Stromerzeugung in unserem Land künftig haben wird, entscheidet sich auf der politischen Ebene. Dabei müssen nicht nur Aspekte der Stromversorgung berücksichtigt werden, sondern auch dieTreibhausgasemissionen.
Die Windkraft ist in vielen Ländern die heute wichtigste neue erneuerbare Stromquelle. In der Schweiz trägt die Windenergie mit einem Anteil von 0,11 % (2011) erst einen bescheidenen Anteil zur Stromerzeugung bei. Die Windkraft wird aber auch bei uns einen nicht vernachlässigbaren Anteil an die Stromproduktion erbringen müssen.
Elektrizität wurde in den letzten Jahren zu einer immer wichtigeren Energieform für unsere Gesellschaft. Demzufolge hat auch der Stromverbrauch stetig zugenommen. Die vom Bundesrat im Rahmen der neuen Energiestrategie angestrebte Reduktion der Nachfrage lässt sich nur erreichen, wenn die verschiedenen technischen, ökonomischen, gesellschaftlichen und psychologischen Faktoren, welche die Entwicklung der Nachfrage steuern, mit griffigen Massnahmen beeinflusst werden.
Die Akademien der Wissenschaften Schweiz begrüssen, dass der Bund einen klaren Rahmen für die Energiepolitik der nächsten Jahre schaffen will. Sie unterstützen grund- sätzlich die in der neuen Energiepolitik enthaltene Ausrichtung, Energie effizienter zu nutzen und die erneuerbare Stromproduktion auszubauen. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die Integration der schweizerischen Stromversorgung in den europäischen Markt. Der Ver- zicht auf neue Kernkraftwerke wird kontrovers beurteilt.
Die Schweiz verfügt über ein hohes Potenzial zur Erzeugung von Strom aus Erdwärme. Dieser Strom fällt als Bandenergie an. Aufgrund der geringen Temperatur der Wärmequellen ist der elektrische Wirkungsgrad der Anlagen mit 6 bis 15 % allerdings relativ gering. Die Wirtschaftlichkeit kann – je nach Standort – durch Abwärmenutzung verbessert werden.
Bei der Wärmekraftkopplung (WKK) wird gleichzeitig Strom und Wärme mit Diesel- oder Gasmotoren, Brennstoffzellen oder durch Frischdampfauskopplung in GuD-Anlagen erzeugt. Damit der technisch mögliche hohe Gesamtwirkungsgrad erreicht werden kann, braucht es eine gesicherte Stromabnahme sowie einen ausreichenden Wärmebezug.
Der Beitrag der Photovoltaik zur schweizerischen Stromerzeugung betrug 2010 erst bescheidene 0,13%. Das langfristige technische Potenzial der Photovoltaik ist jedoch hoch. Seine Nutzung erfordert allerdings eine starke Senkung der Gestehungskosten.
Die Schweiz stützt sich bei der Stromversorgung heute im Wesentlichen auf die beiden Säulen Wasserkraft und Kernenergie. Da das Potenzial der Wasserkraft bereits weitgehend ausgeschöpft ist und die Kernenergie längerfristig nicht mehr zur Verfügung stehen soll, müssen andere Produktionsformen diese Lücke künftig decken. Die möglichen Alternativen haben alle ihre spezifischen Vor- und Nachteile und erfordern weitreichende Anpassungen am Stromsystem.
Die Biomasse leistet heute einen Beitrag von 2% zur schweizerischen Elektrizitätsversorgung. Damit ist sie gegenwärtig die weitaus wichtigste neue erneuerbare Stromquel- le. Der überwiegende Teil des mit Biomasse erzeugten Stroms stammt aus Kehrichtverbrennungsanlagen, da die Hälfte des Stroms, der in solchen Anlagen produziert wird, als erneuerbare Energie gilt.
Nachhaltigkeit gilt heute als weitgehend anerkanntes Ziel der Energiepolitik. Was Nachhaltigkeit konkret bedeutet, lässt sich allerdings nicht so ohne weiteres definieren. Aufgabe der Wissenschaft ist es daher nicht, konkrete Handlungsempfehlungen zu geben, sondern Nachhaltigkeitsbewertungen zu erarbeiten, die rationale Entscheide ermöglichen. Dabei gilt es insbesondere im Auge zu behalten, dass wir unsere Entscheide stets unter Unsicherheit fällen müssen.
Die fünf Kernkraftwerke in der Schweiz tragen mit jählich etwa 26 TWh zu rund 40 % zur schweizerischen Stromproduktion bei und decken so gut 10% des Gesamtenergieverbrauchs. Es sind Leichtwasserreaktoren der Generation II, die durch Nachrüstmassnahmen an die heutigen Sicherheitsanforderungen angepasst wurden. Aus Beteiligungen an französischen Kernkraftwerken stammen weitere 17 TWh. Kernkraftwerke mit den in der Schweiz eingesetzten Kernbrennstoffen verursachen gemäss Lebenszyklusanalysen CO2-Emissionen von rund 8 g CO2eq/kWh. Die produzierten radioaktiven Abfälle aller Kernkraftwerke sind mengenmässig in Relation zur produzierten Strommenge zwar gering; sie müssen jedoch von der Umwelt über Jahrtausende sicher ferngehalten werden. Für die geologische Tiefenlagerung sind ein Konzept und ein Umsetzungsplan vorhanden. Da die Kernenergie in der Öffentlichkeit relativ kontrovers diskutiert wird, wird diese Technologie hier ausführlich behandelt.
Die Wasserkraft ist mit einem Anteil von 56 % an der Stromproduktion heute die bedeutendste erneuerbare einheimische Energiequelle. Sie ist wirtschaftlich und bietet die Möglichkeit zum Lastenausgleich. Energie kann also bei geringer Nachfrage gespeichert und bei hohem Bedarf rasch zur Verfügung gestellt werden. Im Weiteren weist die Wasserkraft einen hohen Wirkungsgrad auf und verursacht nur geringe Treibhausgasemissionen. Sie hat andererseits unerwünschte Einflüsse auf die genutzten Gewässer, insbesondere auf deren Flora und Fauna, und verändert das Landschaftsbild.
Die schweizerische Stromversorgung steht in den kommenden Jahren vor einem grund- legenden Umbruch. Die inländische Stromproduktion und das elektrische Netz müssen in grossem Stil erneuert und ausgebaut sowie auf neue Gegebenheiten ausgerichtet wer- den. Mit dem letztjährigen Entscheid von Bundesrat und Parlament, schrittweise aus der Kernkraft auszusteigen und die neue Energiestrategie 2050 umzusetzen, hat die Aufgabe zusätzlich an Brisanz gewonnen.
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