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Die unbequeme Wahrheit zu den Kosten von Solar- und Windstrom

Der Originalbeitrag ist als „Schlumpfs Grafik 95“ im Online-Nebelspalter vom 8. Januar 2024 zu lesen.

Energiewende-Befürworter behaupten immer wieder, Solar- und Windstrom seien billiger als Strom aus Kernkraftwerken. So hat etwa SP-Nationalrätin Martina Munz am Avenir Suisse-Forum «Energiepolitik unter Strom» im letzten Dezember Folgendes gesagt: «AKW-Strom ist der teuerste Strom, den wir überhaupt haben können.» (siehe hier) Dass diese Einschätzung falsch ist, zeigt eine Studie, die zum ersten Mal die Kosten verschiedener Stromerzeuger so berechnet, dass konventionelle Kraftwerke mit den neuen Erneuerbaren direkt vergleichbar sind.

Was wichtig ist:

– Die gesamten Systemkosten von Solarstrom liegen nach dieser Studie in Deutschland 14-mal höher als bei Strom aus Kernkraftwerken.
– Selbst wenn die Kosten von Speichertechnologien um 95 Prozent fallen sollten, sind Solar und Wind nicht konkurrenzfähig mit Kernkraftwerken.
– Auch eine Kombination von Wind- und Solarstrom ist immer noch viermal teurer als nuklearer Strom.

Ich habe hier schon mehrfach begründet, warum Nuklearstrom in der Schweiz günstiger ist als Solarstrom (siehe hier und hier). Das wichtigste Argument dabei war: Weil die Einspeisung aus Solaranlagen unzuverlässig und nicht steuerbar ist, müssen auch die Kosten für die Speicherung dazu gerechnet werden, mit der die entsprechenden Stromlücken gedeckt werden können. Genau diesen Ansatz verfolgt die Studie «Levelized Full System Costs of Electricity», die Robert Idel Ende 2022 in «Energy» publiziert hat (siehe hier). Der Ökonom Idel war bisher an der Rice University in Houston tätig und arbeitet nun als Auktionsspezialist für das Unternehmen Tripadvisor.

Genug Strom zu jedem Zeitpunkt

Zuerst kritisiert Idel den üblichen Massstab der «Levelized Costs of Electricity (LCOE)», mit dem die Systemkosten aller Stromerzeuger bisher berechnet wurden. Für eine solche LCOE-Rechnung braucht man zwei Grössen: die Gesamtsumme des erzeugten Stroms über die gesamte Lebensdauer einer Produktionsanlage und die Gesamtkosten, die dafür aufgewendet wurden. Wenn man Kosten durch Strommenge teilt, erhält man den Preis pro Stromeinheit. Damit ist aber nicht berücksichtigt, ob der Strom in dem Moment, wo er erzeugt wird, auch gebraucht wird.

Und das ist der springende Punkt: Ein Versorgungssystem funktioniert erst dann, wenn es an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit genau die Menge Strom produzieren kann, die dann gefordert ist. Diese physikalisch vorgegebenen Bedingungen setzt Idel in seiner Studie so um: Erstens vergleicht er die Stromsysteme von Deutschland und von Texas. Und zweitens – das ist der zentrale Punkt – rechnet er, was es für jeden Stromerzeuger kostet, wenn er den Verbrauch für jede Stunde des Jahres decken muss.

Solarstrom ist bis zu 17-mal teurer als Atomstrom

Diesen zweiten Punkt können aber weder Solar- noch Windanlagen mit ihrer unregelmässigen (intermittenten) Stromerzeugung erfüllen. Entsprechend müssen hier Speichertechnologien eingesetzt werden, die sowohl kurzfristig als auch langfristig (saisonal) funktionieren. Auf diese Weise werden alle Arten von Stromerzeugern direkt miteinander vergleichbar.

Die folgende Grafik zeigt diese sogenannten «Levelized Full System Costs of Electricity» (LFSCOE) für Deutschland – also die vollständigen Systemkosten für alle Arten von Stromerzeugung, die auch für die neuen Erneuerbaren aussagekräftig sind.

Quelle: R. Idel / M. Schlumpf

Von links nach rechts sieht man zuerst die konventionellen Erzeuger Biomasse, Kohle, Gas und Kernkraft, und anschliessend die neuen Erneuerbaren Solar, Wind und eine Kombination von Wind und Solar. Mit der Höhe der blauen Balken werden die durchschnittlichen Gesamtkosten aller Stromerzeuger in US-Dollar pro Megawattstunde angegeben. Mit der Spannweite des roten Zusatzstrichs oben wird angegeben, wo das Minimum und das Maximum der Preise für ein ganzes Jahr liegen.

Diese deutschen Zahlen lassen sich mehr oder weniger eins zu eins auf die Schweiz übertragen. Dabei interessiert vor allem das Verhältnis Nuklear zu Solar und Wind. Und dort sind die Unterschiede gewaltig: Eine Megawattstunde Solarstrom kostet im Durchschnitt 1380 Dollar, gegenüber 105 Dollar bei Strom aus Kernkraftwerken – also 14-mal mehr. Zudem liegt das Jahresmaximum beim Solarstrom auf horrenden 1890 Dollar – 17-mal mehr als das Maximum beim Nuklearstrom.

Wind- und Sonnenstrom sind auch kombiniert viermal teurer als KKW-Strom

Der Windstrom kostet wegen seiner besseren Arbeitsauslastung deutlich weniger als Solarstrom. Mit 483 Dollar liegt er aber immer noch fast fünfmal höher als Nuklearstrom. Und selbst die Kombination von Wind und Sonne, die sich teilweise ergänzen, hat immer noch einen gut viermal höheren Preis, als Strom aus Nuklearanlagen.

Wie aber kommt der Studienautor zu diesen Zahlen? Hier ist zu beachten, dass Robert Idel diese Studie an der texanischen Rice University geschrieben hat. Bei den Investitionskosten, den fixen Betriebskosten und den variablen Kosten für alle Energieträger inklusive Speicher übernimmt er deshalb die Berechnungen der amerikanischen Energiebehörde US Energy Information Administration, EIA (siehe hier). Für eine spezifische Schweizer Berechnung müssten diese Angaben leicht angepasst werden.

Weiter wird in der Studie angenommen, dass alle Anlagen während 30 Jahren in Betrieb sind. Für diese Zeit wird mit einem jährlichen Kapitalzinses von 6,7 Prozent gerechnet. Auch dieser hohe Zinssatz ist amerikanischen Verhältnissen geschuldet.

Auch bei stark sinkenden Speicherkosten sind Solar und Wind nicht wettbewerbsfähig

Mit der Analyse der beiden Stromsysteme von Texas und von Deutschland gibt die Studie interessante Einblicke in die unterschiedlichen Bedingungen an verschiedenen Orten. Weil in Texas der Stromverbrauch im Sommer wegen der vielen Klimaanlagen viel höher liegt als im Winter (ganz im Gegensatz zu Deutschland und der Schweiz), und weil dort auch die Sonne mehr scheint als bei uns, sind die gesamten Systemkosten für Solar in Texas mit 413 Dollar ein Drittel tiefer als in Deutschland. Dies zeigt, wie wichtig lokale Einflüsse sind.

Was aber passiert, wenn die Kosten für Stromspeicherung, die bei Sonnenstrom so stark ins Gewicht fallen, in Zukunft massiv sinken, was durchaus denkbar ist? Auch das wird in der Studie berechnet. Logischerweise senken fallende Speicherkosten die Systemkosten für Solar und Wind: Aber selbst bei einer 95-prozentigen Reduktion der Kosten für die Speicherung kommen Solarstrom noch immer auf das Sechsfache und Windstrom auf das Doppelte zu stehen wie Strom aus Kernkraftwerken.

Die Speicherung macht Solarstrom 38-mal teurer

Die folgende Grafik kann als Erwiderung zur eingangs zitierten Aussage von Nationalrätin Munz verstanden werden. Sie zeigt die Unterschiede zwischen der bisher verwendeten Methode der Stromgestehungskosten LCOE und der in dieser Studie vorgestellten neuen Berechnungsmethode der Stromgestehungskosten für das ganze System LFSCOE (FS bedeutet Full System). Dabei beschränke ich mich auf Kernkraft, Solar und Wind.

Quelle: R. Idel / M. Schlumpf

Wie in der ersten Grafik zeigt die Höhe der Balken die Systemkosten der drei Stromerzeuger für Deutschland: graue Balken zeigen die Kosten nach traditioneller LCOE-Rechnung und blaue Balken die LFSCOE-Kosten nach neuer Rechnung. Wie zu erwarten gibt es bei den neuen Erneuerbaren gewaltige Unterschiede zwischen diesen beiden Berechnungsarten: Insgesamt verteuert sich der Solarstrom um den Faktor 38 und der Windstrom um den Faktor 12.

Offensichtlich ist die Quintessenz der Studie von Robert Idel, dass das Speichern von Elektrizität, das mit dem zunehmenden Einsatz der neuen Erneuerbaren immer wichtiger wird, bisher enorm teuer ist – ganz abgesehen davon, dass Technologien, die für die saisonale Speicherung notwendig sind, teilweise noch gar nicht ausreichend zur Verfügung stehen.

6 Kommentare zu “Die unbequeme Wahrheit zu den Kosten von Solar- und Windstrom

  1. Torsten Gürges

    Leider ist die Studie von Herrn Idel unter dem o.g. Link nur in der Übersicht zu sehen, d.h. die Berechnungsmethode für die Speicherkosten ist nicht ersichtlich (der volle Artikel ist kostenpflichtig).
    Es gibt eigentlich realistisch momentan nur drei Speicherlösungen: Pumpspeicher oder Akkus Alles andere ist entweder nicht ausgereift und/oder nicht in entsprechenden Grössenordnungen erhältlich. Auf Wasserstoff gehe ich nicht ein, da hier noch einmal andere Probleme auftreten (ausser den Kosten!)
    Pumpspeicher gibt es in der Schweiz aufgrund der Topographie einige, eines der grössten ist Nant de Drance: Dieses hat – übrigens nach 14 Jahren Bauzeit – eine Kapazität von 20 GWh (= 20 Mio. kWh) und verursachte Kosten von rund 2 Milliarden(!) Euro (Daten aus Wikipedia). Heisst: Kosten von 100 Euro/kWh. Heute werden das eher mehr sein! Das Problem: Gemäss dieser Studie (vollständig leider auch kostenpflichtig):

    https://link.springer.com/article/10.1140/epjp/s13360-023-04008-y

    müssten zwischen 8% und 9% der Gesamtenergiemenge eines Systems gespeichert werden, wenn es nur aus Erneuerbaren besteht. In der CH läuft etwas mehr als die Hälfte über Wasserkraft, ist also nicht derart volatil wie Wind oder Solar. Dennoch: Bereits die 2023 aus der Kernenergie gelieferten 23,5 TWh
    https://www.energy-charts.info/charts/energy/chart.htm?l=de&c=CH&interval=year&year=2023

    würden, wenn sie durch volatile Energien ersetzt werden, einen Speicherbedarf von rund 2 TWh benötigen: Das ist aber 100 mal Nant de Drance(!). Kosten dann: Minimum 200 Mrd. Franken. Und: Den Platz dafür gibt es in der CH nicht!
    Noch schlimmer: Wollte man das mit Akkus machen, so kann man sich einmal den Konfigurator einer bekannten Firma, die auch E-Autos herstellt, ansehen (für den amerikanischen Raum, in Europa eher teurer). Ich will aus „Schleichwerbungsgründen“ nicht direkt verlinken. Bitte suchen! Die Kosten: Knapp 300 Dollar pro kWh. Ich bin nicht sicher, ob diese Kosten wesentlich(!) sinken werden. Und ich weiss nicht, ob Herr Idel mit diesen realen Kosten gerechnet hat.

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  4. klaus Müller

    Dazu kommt noch, dass bei den geplanten oder realisierten Anlagen immer nur die Nennleistung angegeben wird, also die Leistung, die die Anlagen abgeben würden, wenn sie dauernd laufen würden. Das tun sie aber bekanntlich nicht. Erfahrungsgemäss sind das nur zwischen 10 – 20 % über das Jahr gerechnet, aktuell ist das Null.. Damit muss man die Leistungen der Anlagen mit 0,1 resp 0,2 multiplizuieren.
    Auch kann man auf diese Leistung nicht zählen oder sie einplanen . Es muss also Ersatzenergie qua Gas, Wasser oder AKW bereitgehalten werden Diese Bereithaltungskosten müssen richtigerweise ( s. oben ) den Solar-/ Windenergiekosten zugeschlagen werden. Damit sieht alles etwas anders aus als die Vertreter der Alternativenergie behaupten.

  5. W. Utiger

    Endlich ein ehrlicher Bericht, der das Gesamtsystem umfasst. Genau so müssten auch die Anforderungen an die Betreiber neuer Energieanlagen sein:
    – Bandenergie oder abrufbare Spitzenenergie
    – Einspeiseleitungen zu Lasten des Betreibers
    – Speichersysteme zu Lasten des Betreibers
    Alle heute projektierten PV- und Windsysteme erfüllen diese Anforderungen leider nicht! Die entstehenden Zusatzkosten werden verallgemeinert und via Netzkosten verrechnet. Das ist blinde, Ideologie getriebene Planwirtschaft. In vielen Netzen ist die verkraftbare Menge Flatterstrom bereits erreicht. Es gibt bereits Prämien, wenn die Einspeisung freiwillig auf 60% der Spitzenleistung beschränkt wird. Solche Lösungen sind aus einer Gesamtsicht unklug und ein Verschleiss kostbarer Ressourcen.

  6. Arturo Romer

    Herr Prof. Martin Schlumpf sagt/schreibt die Wahrheit. Es handelt sich um einen sehr wichtigen, seriösen und konstruktiven Beitrag. Frau NR Martina Munz lügt mit ihrer Aussage. Es handelt sich um pure Ideologie, Panik und Hysterie. Neue erneuerbare Energien (Fotovoltaik, Windenergie) verdienen ohne Zweifel weitere Unterstützung im Rahmen der Forschung und Entwicklung. Fotovoltaik und Wind werden jedoch nie die Bandenergie ersetzen. Speziell kann in der Schweiz die Wasserkraft noch erheblich und wirtschaftlich verstärkt werden (Staumauerhöhungen, Ergänzung vieler Anlagen durch Pumpbetrieb, neue Anlagen). In wenigen Jahren kann man auf dem internationalen Markt sichere, effiziente und wirtschaftliche Kernkraftwerke der Generation IV kaufen. Diese Anlagen der Generation IV werden auch das Problem der radioaktiven Abfälle perfekt und elegant lösen. Mehr Forschung und Entwicklung, weniger Panik, weniger Ideologie, weniger Angst, weniger Weltuntergangsstimmung! Die Energiezukunft wird erneuerbar und nuklear sein. Was Frau Munz leider nicht geschrieben hat: heute sind 80% des weltweiten Primärenergieverbrauchs noch fossiler Natur. Gebt den Menschen endlich eine Dosis Hoffnung für die Zukunft!

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