Es bleibt dabei: Solarstrom ist teurer als Atomstrom

Atomstrom könne punkto Kosten überhaupt nicht mit Solarstrom mithalten: Diese Behauptung hört man in Diskussionen um das künftige Energiesystem immer wieder. Dabei wird oft eine Studie der amerikanischen Bank Lazard angeführt. Es handelt sich um eine fragwürdige Datenquelle.

Originalbeitrag im Online-Nebelspalter vom 21. März 2022.

Am 5. Februar hat Christoph Brand, Chef des grössten Schweizer Stromkonzerns, Axpo, in einem Interview in der NZZ gesagt, Solar-Grossanlagen wären deutlich kostengünstiger als Kernkraftwerke. Dabei hat er sich auf Schätzungen der amerikanischen Investmentbank Lazard berufen, nach denen solche Anlagen vier bis fünf Mal billiger sind, als neue Kernkraftwerke.

Am 24. Januar 2022 habe ich hier einen Artikel unter dem Titel «Atomstrom ist billiger als Solarstrom» publiziert, in dem ich mich auf Zahlen einer Studie des Paul Scherer Instituts (PSI) abgestützt habe, die zeigen, dass Atomstrom am billigsten ist (siehe hier). Wie ist es möglich, dass die Kosten so widersprüchlich eingeschätzt werden?

Bezüglich Versorgungssicherheit sind Atom- und Solarstrom nicht vergleichbar

Zuerst einmal muss man sich bewusst sein, dass Atom- und Solarstrom zwei «verschiedene Paar Schuhe» sind, wenn es um die Verlässlichkeit des Inputs ins Stromsystem geht. Dies gilt ganz besonders für die Schweiz: Im Verbund mit der volatilen Wasserkraft stellt der ununterbrochen zuverlässig verfügbare Bandstrom aus Kernkraftwerken das Rückgrat unserer Elektrizitätsversorgung dar, insbesondere im Winter. Im Gegensatz dazu wird durch einen forcierten Ausbau der Fotovoltaik (PV) das saisonale Versorgungsproblem der Wasserkraft negativ verstärkt: Die Winterstromlücke öffnet sich immer mehr.

Bei den folgenden Ausführungen müssen wir also im Hinterkopf behalten, dass beim PV-Strom immer zusätzliche Kosten für die Tag/Nacht- und vor allem für die saisonale Speicherung notwendig sind.

Eine wissenschaftliche und eine Bank-Studie

Um was geht es in den beiden hier zu vergleichenden Studien? Die PSI-Studie «Potenziale, Kosten und Umweltauswirkungen von Stromproduktionsanlagen», Bauer und Hirschberg et al., 2017, bringt auf 783 Seiten eine umfassende wissenschaftliche Analyse aller zur Verfügung stehenden Technologien unter den im Titel angesprochenen Aspekten (siehe hier). Dabei geht es explizit um die Verhältnisse in der Schweiz, und zwar  bezogen auf heute sowie auf 2035 und 2050. Die Lazard-Studie dagegen, die 2021 erschienen ist, ist eine reine Kostenstudie (siehe hier). Sie zeigt auf ihren 21 Seiten vor allem Grafiken, in denen die Stromgestehungskosten der Neuen Erneuerbaren mit denen aus traditionellen Energien verglichen werden. Der Geltungsbereich ist global.

Wie aber berechnet man solche Kosten überhaupt? Am differenziertesten wird man anhand der PSI-Studie in das Thema eingeführt. Schauen wir zu diesem Zweck zuerst eine sogenannte Sensitivitätsanalyse für die Gestehungskosten der PV-Stromerzeugung an. Bei dieser Analysemethode werden alle wichtigen Komponenten, die einen Einfluss auf den Gestehungspreis haben, aufgelistet, und die Preisauswirkungen wechselnder Grundannahmen berechnet. Die folgende Grafik stammt aus der teilweisen Aufdatierung des Hauptberichts, die 2019 gemacht wurde (siehe hier).

(Click auf Grafik vergrössert diese) Betrachtet wird hier eine 10 kWp-Anlage von 2018, also eine kleinere private PV-Dachanlage. Im oberen Teil der Grafik sind die sieben relevanten Parameter, die den Preis beeinflussen, mit ihren jeweiligen Basiswerten aufgeführt. Für jeden dieser Parameter gibt es eine entsprechend gefärbte Kurve. Die Basiswerte sind dabei als 100% auf der x-Achse unten eingetragen. Dieser Schnittpunkt aller Kurven ergibt auf der y-Kostenachse das Resultat von 23 Rappen pro Kilowattstunde (kWh): soviel kostet also durchschnittlich der Strom aus dieser Anlage. Das Spannende ist nun, dass man in dieser Grafik bei jedem Parameter direkt ablesen kann, was veränderte Annahmen bewirken.

Die örtliche Sonneneinstrahlung hat den grössten Einfluss auf den Preis

Spielen wir das an dem Parameter durch, der den stärksten Einfluss hat: Die Sonneneinstrahlung (Solar Irradiance, hell-violett), die von einem Durchschnittswert von 1267 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr ausgeht. Würde die Anlage an einem Ort gebaut, der nur 800 kWh Einstrahlung hätte – das sind 63 Prozent auf der x-Achse – würden die Kosten auf 38 Rappen steigen. Und umgekehrt, wenn sie an einem Ort installiert würde, der sogar 1600 kWh bringt (126 Prozent), würde der Preis auf 18 Rappen sinken.

Neben der Sonneneinstrahlung sind für die Preisbildung vor allem noch die Verzinsung (Interest Rate, dunkelblau) und die Anschaffungskosten (Capital Cost, hellblau) von grösserer Bedeutung. Die übrigen Faktoren spielen nur noch eine untergeordnete Rolle. Insgesamt kann man aus einem solchen Sensitivitätsdiagramm also sehr gut ablesen, wie sehr der Preis bei unterschiedlichen Annahmen in unterschiedlicher Weise reagiert.

Schauen wir jetzt zum Vergleich, wie das bei der Kernenergie aussieht. Die folgende Grafik stammt aus dem PSI-Hauptbericht von 2017 und zeigt die Sensitivitätskurven für einen EPR-Reaktor der Generation III, der neu gebaut würde.

(Click auf Grafik vergrössert diese)

Bei den Kernkraftwerken sind vor allem die Baukosten bestimmend

Auch hier gibt es sieben Einflussparameter, deren Basiswerte in Klammern angegeben sind. Anstelle von 100 Prozent sind diese Basiswerte jetzt auf der x-Achse mit 1 indexiert (der Schnittpunkt der Kurven). Bei diesen Werten entstehen Durchschnitts-Kosten von 7,5 Rappen pro Kilowattstunde. Als dominierende Einflussgrösse entpuppen sich hier die Baukosten (Overnight cost, dunkelgelb): Bei einer Verdoppelung dieser Kosten würde der Preis um zwei Drittel steigen. Auch sehr bestimmend sind zudem die Parameter Verzinsung (Interest rate, rot) und Leistungsfaktor (Load factor, braun).

Bemerkenswert ist, dass hier die Abfallentsorgung (Fuel disposal, hellgelb) preisbestimmend einbezogen ist – sogar gewichtiger als die Brennstoffkosten. Dies im Gegensatz zur vorher besprochenen Solaranlage: Die Kosten der Entsorgung der abgebauten PV-Module, mit ihren teilweise hochgiftigen Stoffen für Sondermüllanlagen, ist in den Solar-Gestehungskosten nicht enthalten.

Nimmt man die viel höhere Sonneneinstrahlung von Florida oder Texas als Basiswert, gelangt man zu tieferen Solarkosten, als wenn man das Schweizer Mittelland als Referenz verwendet.

Nach dieser PSI-Studie liegen die Stromgestehungskosten für eine kleinere PV-Anlage also etwa drei Mal höher als für ein neugebautes Kernkraftwerk der 3. Generation (siehe hier). Bei grösseren Solaranlagen sinkt dieser Faktor entsprechend. Wie kommen nun die Resultate der Lazard-Studie zustande, die dem widersprechen? 

In der Lazard-Studie fehlen Basiswerte für KKW, oder sie sind unrealistisch

Die Analyse zeigt, dass der Vergleich grundsätzlich schwierig ist, weil in der Lazard-Studie wichtige Grundannahmen nicht spezifiziert sind. So ist etwa bei der Kernenergie nicht klar, von welchem Typ und welcher Generation sie ausgeht. Auch die angenommene Abdiskontierung von 8 Prozent ist sehr hoch, wodurch eine kapital-intensive Technologie wie die Atomenergie benachteiligt wird. Und schliesslich wird für Kernkraftwerke eine Lebensdauer von 40 Jahren angenommen, was unrealistisch kurz ist, und die Kosten weiter in die Höhe treibt. In der Zwischenzeit sind die Kernkraftwerke in den USA für 60, teilweise sogar schon für 80 Jahre lizensiert.

Solarstrom aus Kalifornien ist nicht vergleichbar mit Solarstrom aus Zürich

Obwohl Lazard behauptet, seine Angaben seien global gültig, sind die angenommenen Kapazitätsfaktoren für Solaranlagen aber offensichtlich von amerikanische Verhältnissen geprägt: Nimmt man aber die viel höhere Sonneneinstrahlung von Florida oder Texas als Basiswert, gelangt man zu tieferen Solarkosten, als wenn man das Schweizer Mittelland als Referenz verwendet. Das ist der erste Grund, warum Lazard die Kosten für Solarstrom tiefer schätzt als das PSI, das mit Schweizer Verhältnissen rechnet. Und der zweite ist, dass die Montagekosten der Panels bei uns deutlich höher liegen, als in den USA.

Christoph Brand nimmt nur die Werte von Solar-Grossanlagen. Diese sind aber für die Schweiz nicht repräsentativ.

Insgesamt also geht die Lazard-Studie von Annahmen aus, die tendenziell den Atomstrom verteuern und den Solarstrom verbilligen. Dies hat wahrscheinlich damit zu tun, dass viele Annahmen auf amerikanische Verhältnisse zugeschnitten sind, obwohl dies nicht klar deklariert wird.

Axpo-CEO Brand nimmt Solar-Grossanlagen als Referenz

Der wichtigste – und bisher noch nicht erwähnte – Grund für den grossen Widerspruch zwischen der Aussage von Axpo-Chef Brand und den PSI-Zahlen liegt aber darin, dass Brand nur die Werte von Solar-Grossanlagen nimmt. Selbstverständlich produzieren diese billiger als Kleinanlagen. Dies zeigt die Lazard-Studie selbst: Neben den von Brand erwähnten Kosten pro Kilowattstunde für eine Grossanlage von 3 bis 4,1 US-Cent wird dort für eine sehr kleine Dachanlage 14,7 bis 22,1 Cent angegeben. Damit sind wir aber nahe bei den 23 Rappen der PSI-Studie.

Solar-Grossanlagen sind für die Schweiz aber nicht repräsentativ. Der hiesige Solarzubau 2020 bestand zu gut drei Vierteln aus Kleinanlagen zwischen 4 bis 20 kWp (siehe hier). Und sicher beruht die grosse Akzeptanz für einen Solarausbau in der Schweiz auf der Annahme, dass PV-Module auf vorhandene Dachflächen und Fassaden gebaut, und nicht dass Grossanlagen auf unberührten Freiflächen erstellt werden.

Solarstrom kostet 10 bis 26 Rappen, Atomstrom 5 bis 12 Rappen

Wenn man also bei den Solaranlagen die ganze Bandbreite von Klein- bis Grossanlagen und die spezifischen Schweizer Verhältnisse berücksichtigt, und wenn man bei den Kernkraftwerken von einer realistischen Abdiskontierung und Lebensdauer ausgeht, liegt man bei den Gestehungskosten pro Kilowattstunde für Kernenergie bei 5 bis 12 Rappen und für Fotovoltaik bei 10 bis 26 Rappen. Und somit bleibt es dabei: Solarstrom ist teurer als Atomstrom.

Und sicher haben Sie auch im Hinterkopf behalten, dass das «zweite Paar Schuhe», also der PV-Strom, neben diesen ausgewiesenen noch zusätzliche Kosten verursacht: für die kurzzeitige Tag/Nacht-Speicherung mit Batterien, für die langzeitige Sommer/Winter-Speicherung mit Wasserstoff, für all die notwendigen Netzanpassungen für ein dezentralisiertes Stromsystem und für die Entsorgung der teilweise hochgiftigen Abfälle der ausgemusterten Module.