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ETH: Mit Kernkraftwerken ist Netto-Null am günstigsten

Der Originalbeitrag ist als „Schlumpfs Grafik 113“ im Online-Nebelspalter vom 27. Mai 2024 zu lesen.

Vor kurzem ist eine ETH-Studie erschienen, die sich dem Thema Energiesicherheit in einer CO2-neutralen Schweiz widmet (siehe hier). Damit ergänzt und erweitert Andreas Züttel, der an der ETH Lausanne (EPFL) als Professor tätig ist, eine frühere Studie zum gleichen Thema (siehe hier). Im Unterschied zur ersten Studie bezieht das Forscherteam um Züttel diesmal aber auch die Option Kernkraft in die Berechnungen mit ein. Und siehe da: Unter den technisch realisierbaren Varianten sind die Stromgestehungskosten bei den Kernkraftwerken am billigsten.

Was wichtig ist:

– Eine neue Studie der ETH geht davon aus, dass die Schweiz bis 2050 ihren gesamten Energieverbrauch durch erneuerbare Energien deckt.
– Für die Erzeugung der zusätzlichen Elektrizität, die dazu notwendig ist, braucht es neben den bestehenden Quellen acht neue Kraftwerke von der Grösse des KKW Gösgen.
– Jedes dieser Modell-Kraftwerke muss imstande sein, jederzeit abrufbaren Strom zu liefern.
– Unter allen technisch denkbaren Varianten für die grüne Stromerzeugung sind Wasserkraft, Biogas und Kernkraft die finanziell günstigsten Lösungen.

Die Studie geht davon aus, dass der gesamte Schweizer Energieverbrauch bis 2050 so weit wie möglich elektrifiziert wird. Ausser Flugkerosin werden dabei alle fossilen Brenn- und Treibstoffe (Öl, Gas) durch klimaneutrale Stromquellen ersetzt. Zusätzlich muss auch der Strom aus den heute noch laufenden Kernkraftwerken ersetzt werden. Die folgende Grafik zeigt diesen Substitutionsprozess, dargestellt in Monatswerten von Verbrauch und Produktion:

Quelle: EPFL

Die linke Grafik zeigt den Status quo von 2019. In der rechten Grafik sieht man, wie der Mix nach der Elektrifizierung im Jahr 2050 aussieht. Allein mit den Verbesserungen der technischen Wirkungsgrade durch die Elektrifizierung sinkt der Schweizer Gesamtenergieverbrauch pro Jahr von 232 auf 156 Terawattstunden – und dies bei unverändertem Endenergiebedarf der Konsumenten.

Ein Schweizer Energiesystem unabhängig von Stromimporten

In beiden Grafiken ist der Verbrauch als schwarze Kurve oben eingezeichnet. Die unterschiedlich gefärbten Balken zeigen die kumuliert eingetragene Stromproduktion der verschiedenen Träger pro Monat. Im Status quo von 2019 links sieht man, dass in der Schweiz im Sommer mehr und im Winter weniger Strom erzeugt als gebraucht wurde, was zu Nettoexporten und -importen geführt hat. In der rechten Grafik ist das zukünftige Energiemodell dieser Studie dargestellt, das so gestaltet wurde, dass in jedem Monat ein kleiner Stromüberschuss resultiert – die Studie zeigt also, was es braucht, damit die Schweiz bis 2050 energieautark ist.

Der Mix der Energieerzeuger im Studienmodell (rechte Grafik) zeigt von unten nach oben zuerst die fixen Beiträge aus Flugkerosin (violett) und aus sechs Kraftwerken der Grösse Gösgens (grau). Mit dem Strom aus diesen Kraftwerken wird hauptsächlich die wegfallende fossile Energie (in der linken Grafik braun) ersetzt. Über diesem soliden Bandenergiesockel aus Bio-Kerosin und Strom aus sechs Kraftwerken kommen flexibel eingesetzte Energiequellen: Wasserkraft (Flusskraftwerke hellblau, Speicherkraftwerke dunkelblau) und Biomasse aus Holz (grün). Damit wird die Produktion im Winter, wo es wegen dem Solarstrom (gelb) Lücken gibt, und im Sommer, wo Solarüberschüsse zu verzeichnen sind, an den Verbrauch angeglichen.

«Kraftwerk» bedeutet zuverlässiger Bandstrom-Erzeuger

Damit das möglich ist, nehmen die Forscher an, dass folgende Anpassungen bis 2050 realisiert sind (in der rechten Grafik oben rechts symbolisiert):

  • Photovoltaik-Ausbau auf sinnvoll nutzbaren Dachflächen (plus 21 Terawattstunden gegenüber heute)
  • Ausbau der Biomasse auf 20 Terawattstunden (plus 5 Terawattstunden)
  • Ausbau der Speicherkapazität der Wasserkraft (plus 9 Terawattstunden)
  • Grünes Kerosin aus Palmöl (23 Terawattstunden, aus dem Ausland importiert)

Die nach der Realisierung dieser Massnahmen noch fehlenden 53 Terawattstunden pro Jahr werden laut Studie durch die sechs Kraftwerke von der Grösse des KKW Gösgen erzeugt. Damit ist ein imaginäres Modell-Kraftwerk gemeint, das eine Leistung von einem Gigawatt hat, und das imstande ist, jederzeit zuverlässig Bandstrom zu liefern. Aus welchen klimaneutralen Energiequellen dieser Bandstrom in der Schweiz erzeugt werden kann, untersucht die Studie im Detail. Dabei kommen Züttel et al. zum Schluss, dass in der Schweiz grundsätzlich sieben Typen von Kraftwerken in diesem Sinne möglich sind:

  • Wasserkraftwerk mit Speichersee (HYD-S)
  • Wasserkraftwerk am Fluss (HYD-R)
  • Wärmekraftwerk mit kombiniertem Zyklus (THERM)
  • Kernkraftwerk der künftigen Generation (NUC)
  • Photovoltaik mit Pumpspeicher-Wasserkraftwerk (PV-HYD)
  • Photovoltaik mit Wasserstofferzeugung und -Speicherung (PV-H2)
  • Umwandlung von Biomasse in Synfuel (BioSF)

Nicht genügend Pumpspeicher-Kapazitäten für Sonnenenergie Für jeden dieser Kraftwerkstypen werden alle notwendigen Schritte der Energieumwandlung dargestellt, die später für die Kostenberechnung entscheidend sind. Die nächste Grafik zeigt als Beispiel den Kraftwerkstyp «Photovoltaik mit Pumpspeicherwerk», der für unsere Energiewende zentral ist:

Quelle: EPFL

Ausgehend von Strom aus Photovoltaik (oder Wind) braucht es einerseits Batterien für die Tag/Nacht-Speicherung und andrerseits ein Pumpspeicherwerk für die saisonale Speicherung. Nach Auskunft von Andreas Züttel wäre für den Betrieb eines einzigen Kraftwerks von diesem Typ ein Pumpspeicherwerk notwendig, mit dem im Sommer die Hälfte des Wassers aus dem Zürichsee quasi in den Sihlsee gepumpt werden könnte, um im Winter wieder abgelassen und turbiniert zu werden. Das Volumen des Sihlsees ist aber rund 40-mal zu klein dafür, und wahrscheinlich würde es den Zürchern nicht gefallen, den See zur Hälfte zu leeren: Dieser Kraftwerkstyp ist bei uns also aus Kapazitätsgründen nicht möglich.

Solarstrom kostet mindestens dreimal so viel wie Atomstrom

Kommen wir nun zu den Kosten, die die Forscher aufgrund der technischen Anforderungen der Energieumwandlungen zu heutigen Preisen berechnet haben. Die nächste Grafik zeigt die Gestehungskosten der verschiedenen Kraftwerkstypen in Franken pro Kilowattstunde erzeugtem Strom:

Quelle: EPFL

Für jeden Kraftwerkstyp zeigt die Grafik zwei Werte (orange und blau), die aber nur dort verschieden sind, wo Kraftwerke mit Speicherung kombiniert werden müssen. Bei den Photovoltaik-Varianten PV-HYD und PV-H2 und der Synfuel-Lösung BioSF gibt der orange Wert die Kosten nur mit Tag/Nacht-Speicherung, und der blaue Wert die Kosten inklusive saisonaler Speicherung an.

Mit der angenommenen saisonalen Speicherung für drei Wintermonate wird der blaue Wert beim Gesamtpreis mit einem Anteil von 25 Prozent berücksichtigt. Dieser wird mit einem schwarzen Balken angezeigt.

Solarstrom kombiniert mit Wasserstoff oder Synfuel ist sechsmal teurer als Atomstrom

Die Kraftwerkstypen sind von links nach rechts in der Reihenfolge und mit den Symbolen angegeben, wie ich sie oben aufgeführt habe. Zu diesen sieben inländischen Typen (Symbol Schweizer Kreuz) kommen rechts davon noch drei Varianten mit Importen von Wasserstoff, Synfuel und Synfuel aus Palmöl dazu.

Dank der hilfreichen Idee der Bandstrom-Kraftwerke lassen sich nun alle diese Strompreise ohne Wenn und Aber vergleichen. Dabei zeigt sich, dass der Preis für Strom aus Wasserkraft, aus einem mit Biogas betriebenen thermischen Kraftwerk und aus einem zukünftigen Kernkraftwerk jeweils unter acht Rappen pro Kilowattstunde liegt. Die Variante Photovoltaik mit Pumpspeicher (die nicht funktioniert) ist mit 24 Rappen dreimal so teuer wie Kernkraft. Und die Speicherung des Solarstromes mit Wasserstoff (44 Rappen) oder mit Synfuel (47 Rappen) kostet sogar sechsmal so viel.

Fazit: Ein grösserer Ausbau der Wasserkraft über die Erweiterung der Speicherung um 9 Terawattstunden hinaus, wie in der Studie bereits angenommen, ist völlig illusorisch. Es bleiben als wirtschaftlich tragbare Varianten nur das Thermische Kraftwerk und das Kernkraftwerk. Das thermische Kraftwerk fällt aber auch weg, weil es in der Schweiz nicht genügend Anbauflächen zur Produktion für Bioöl oder Biogas gibt. Auf dem Favoritenplatz ist also die Option Kernkraftwerk, für die aber zuerst das gesetzliche Neubauverbot aufgehoben werden muss: Der Weg zu einer zuverlässigen und klimaneutralen Energiezukunft ist also noch mit vielen Hindernissen gepflastert.

6 Kommentare zu “ETH: Mit Kernkraftwerken ist Netto-Null am günstigsten

  1. Bei Sonnen- und Windstrom ist vorderhand noch ein technisches Problem ungelöst: Im Gegensatz zu den viel kleineren Pumpspeichern werden die grossen Saisonspeicherseen für den Winterbedarf AUSSCHLIESSLICH durch natürlich anfallende Wasserzuflüsse gespeist. Eine direkte Auffüllung der Saisonspeicher durch Solarstromüberschüsse im Sommer ist folglich grundsätzlich gar nicht möglich. Ist zudem die Stromproduktion grösser als der Stromverbrauch – wie zukünftig vermehrt zu erwarten ist – muss der Überschuss zwingend weg, beispielsweise durch Export und notfalls gegen Bezahlung. Sonst kollabiert das Stromnetz. In diesem Export sind auch die Subventionen sowie oft übersetzte Einspeisevergütungen für Solarstrom enthalten. Diese sind damit für immer verloren. Anders gesagt, der Solaranlagenbesitzer will auch für den Strom voll entschädigt werden, welcher durch die Allgemeinheit kostenfolgend weggeschafft werden muss.

    • Torsten Gürges

      Absolut richtige Aussage! Zwei Fragen möchte ich anschliessen:

      1.) Auch die Saisonspeicher (also die „Nicht – Pumpspeicher“) sind deutlich zu klein um ohne Kernkraftwerke bei zukünftig steigendem Bedarf an elektrischer Energie überhaupt die Versorgung abzudecken – unabhängig vom Problem der Überschussproduktion vor allem im Sommer.

      2.) Wohin soll denn der „Überschussstrom“ in Zukunft verkauft werden, wenn Deutschland bis zu 300GW(!) an Solar – Nennleistung haben wird (soviel ist ungefähr geplant), zusätzlich zu ca. 200 GW an Windenergie – Nennleistung. Und die Spitzenleistungen fallen in D. und der CH. dann (ungefähr) zur selben Zeit an. Wie soll das funktionieren?

  2. Hedi Bussmann

    Hervorragender sachlich fundierter Artikel, danke! Warum können wir nicht Schadenersatz verlangen von der ehemaligen CEO Suzanne Thoma? Diese Dame hat uns wider besseres Wissen das KKW Mühleberg mit 3’000 GWH Jahres-Leistung abgeschaltet und sofort sog. „Experten“ von überall her geholt, um es sofort betriebsunfähig zu machen und dann hat sie sich schnell aus dem Staub gemacht, bevor dieses dumme Berner Volk aus dem Tiefschlaf erwachte. Dafür konnte die Dame pro Jahr mehr als ein Million aus diesem Staatsbetrieb absahnen, ohne jede Verantwortung für eine solche Fehlentscheidung. Die Linken haben ihr unverhältnismässiges Salär nie kritisiert, weil sie willfährig dieses KKW zerstört hat, das uns nie nur eine Minute Bauchweh gemacht hat! Und niemand wagt Kritik. Frau Regierungsrätin Egger (SP), Herr Gasche (BDP) im Verwaltungsrat und ähnlich Gesinnte, waren die treusten Verbündeten. Pure grün-rote Ideologie eben statt Sachverstand, – unglaublich gross die Folgeschäden für uns Berner Stromkonsumenten und Steuerzahler…

  3. Paul Kundert

    Sehr gut.
    Nur wie bringt man das in die Betonköpfe derer, die glauben, je mehr Erneuerbare desto besser und desto günstiger?
    Es bleibt also ein politisches Problem. Und unter der Prämisse sehe ich nicht grau sondern schwarz. Denn welche bürgerlichen Politiker haben den Mut, zuzugeben, dass sie komplett schief lagen als die Energiestrategie beschlossen wurde. Und den Moment wo sie die Windfahne drehen konnten ist vorbei. Und deshalb bleiben viele Politiker Betonköpfe, aus Eigennutz.

    • Krähenmann

      Stimme Ihnen voll zu. Politiker haben doch keine Ahnung von Stromversorgung, von Hoch- und Niederspannung, Watt, Ampere, Volt usw. Keine Ahnung von Stromspeicherung wie Batterien oder andere Speicherformen. Keine Ahnung, wie elektrische Energie übertragen (transportiert) wird. Keine Ahnung was Flatterstrom ist, einfach politische Betonköpfe, die nur auf ihre Wiederwahl (Eigennutz) bedacht sind.
      Wir brauchen solide Bandstrom-Erzeuger. Das ist Atom- oder Flusswasserstrom, aber nicht Wind- oder Solarstrom.
      Eigentlich haben wir ein Bildungsproblem an unseren Schulen von Primar- bis Hochschule.

  4. Arturo Romer

    Ein Kompliment und vielen Dank für diesen sehr interessanten Artikel. Man könnte noch beifügen, dass moderne Reaktoren der Generation IV auch das Problem der radioaktiven Abfälle effizient und definitiv lösen. Beispiel: Thoriumreaktor + Protonenbeschleuniger.

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