Langzeit-Stromspeicher für die Schweiz für intermittierenden Strom aus
Wind- und Solaranlagen.
Ausgangslage.
Das Erreichen von null
Treibhausgasemissionen erfordert eine grundlegende Umstrukturierung des
Energiemarktes, wobei die Energiespeicherung aufgrund der zunehmenden Nutzung
erneuerbarer Energien mit ihrem fluktuierenden Einspeiseprofil und der
dezentralen Erzeugung eine wichtige Rolle spielt. Die Speicherung von
erneuerbaren Energien wird immer wichtiger werden. Die konventionelle
Stromerzeugung wird viel früher als bisher geplant abgeschaltet werden, wodurch
ein kontrollierbarer Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch wegfällt. Auch
vor dem Hintergrund des Krieges in der Ukraine gewinnt die Energiespeicherung
an Bedeutung.
Die zunehmende Abhängigkeit von erneuerbaren Energien als primäre Stromquelle
macht es notwendig, Lösungen zu finden, wie der intermittierende Strom aus
Wind- und Solaranlagen transportiert und für eine kontinuierliche Nutzung
gespeichert werden kann. Der Ausbau der wichtigen Netzinfrastruktur geht
schleppend voran. Der Ruf nach Speicherlösungen wie Pumpspeicherkapazitäten
oder die beschleunigte Entwicklung von Power-to-Gas-Anlagen wird lauter.
Energiewende mit Gas, Solar- oder Windenergie?
Ziel ist es,
auf der Basis geeigneter Stromnetze die Flexibilität des Gesamtsystems so zu
erhöhen, dass eine konventionelle Stromerzeugung nicht mehr erforderlich ist.
Um diese Flexibilität zu erreichen, kann eine Reihe von Methoden eingesetzt
werden. Zu den "klassischen" Speichertechnologien gehören Pump- oder
Batteriespeicher. Flexibilität durch Speicherung von erneuerbarer Energie ist
auch durch Umwandlung in andere Energieträger möglich, z.B. durch die Erzeugung
von Wasserstoff durch Elektrolyse (sog. Power-to-Gas) oder durch Umwandlung in
Wärme. Schwarmspeicher und virtuelle Kraftwerke werden mit zunehmender Anzahl
von Marktteilnehmern an Bedeutung gewinnen. Ursprünglich sollte der
beschleunigte Ausstieg aus der Kohleverstromung zu einem verstärkten Einsatz
von Gaskraftwerken führen, um in der Übergangsphase Flexibilität auf der
Erzeugungsseite zu schaffen. Aufgrund der jüngsten Entwicklungen besteht jedoch
der Druck, die Abhängigkeit von russischen Öl- und Gaslieferungen so schnell
wie möglich zu beenden.
Heute geht es
um den Ausbau von Solar- und Windenergie. Das Wachstum der Photovoltaik (PV)
und der Windkraft in Deutschland zwischen 2008 und 2018 von 6 auf 45 GWp bzw.
von 24 auf 60 GWp installierte Spitzenleistung hat gezeigt, dass die installierte
Spitzenleistung aus erneuerbaren Energien bereits innerhalb eines Jahrzehnts
den durchschnittlichen Stromverbrauch von 61 GW (Jahresdurchschnitt in
Deutschland) erreichen und übersteigen kann. Auch die weltweit installierte
Spitzenleistung von PV-Anlagen hat in den letzten 20 Jahren exponentiell
zugenommen, mit einer Wachstumsrate von etwa einer Größenordnung alle 5 Jahre
(+47 %/Jahr).Die Wachstumsrate der Windenergie ist etwas geringer, und es wird
prognostiziert, dass die von Photovoltaik erzeugte Energie die der Windenergie
im Jahr 2024 übertreffen wird.
Das vollständig elektrifizierte Energiesystem der Zukunft ist das effizienteste.
Es erfordert die Abdeckung von etwa 10% bis 13% der städtischen Fläche der
Schweiz mit Photovoltaik-Anlagen.
Jedoch sind Batteriespeicher erforderlich, um den Bedarf über Nacht zu decken, die
PV-Produktion während des Tages auszugleichen und um die Leistungsspitzen im
Netz zu senken. Für die saisonale Speicherung müssen Pumpspeicherkraftwerke
gebaut werden. Die größten Herausforderungen sind die Erhöhung der
Speicherkapazität auf 320 % der Pumpspeicherkraftwerke und die Verringerung der
Netzkosten.
Worum geht es bei der Energiespeicherung?
Der
intermittierende Charakter von Solar- und Windenergie erfordert aufgrund der
Jahreszeiten und der für die Mobilität erforderlichen hohen Energiedichte die
Speicherung eines erheblichen Teils der jährlich erzeugten Energie. Die
wichtigste technische Herausforderung besteht daher nicht in der Erzeugung
erneuerbarer Energie, sondern in der Speicherung der Energie in einer nutzbaren
Form, d. h. in der Umwandlung erneuerbarer Energie in einen speicherbaren
Energieträger und im Aufbau der erforderlichen Speicherkapazitäten und
Verteilungsnetze.
Bezogen auf die Schweiz stellen sich verschiedene Fragen:
- wie hoch ist der Energiebedarf in zehn oder zwanzig Jahren?
- welche Energieerzeuger werden führend sein in Zukunft?
- welche Kurz- und Langzeitspeicher gibt es?
- wie hoch ist die Umwandlungsleistung der einzelnen Speicherkapazitäten?
- wie müssen die heutigen Netze ausgebaut werden?
Ein vollständiger Ersatz fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energien wie
Solar und Wasserkraft ist möglich. Doch welches sind die technischen und
wirtschaftlichen Auswirkungen einer rein elektrischen Energiewirtschaft?
Energienachfrage und -Produktion in der Schweiz.
Der
Energiebedarf in der Schweiz wird jährlich vom Bundesamt für Energie analysiert
und veröffentlicht. Dabei ist zwischen dem Gesamtenergiebedarf, dem
Primärenergiebedarf und dem Endenergieverbrauch zu unterscheiden. Der
Gesamtenergiebedarf ist wegen der in Produkten importierten Energie deutlich
grösser als der Primärenergiebedarf, und der Primärenergiebedarf ist wegen der
Effizienzgrenzen bei der Stromproduktion grösser als der Endenergieverbrauch.
Energieerzeugung in der Schweiz:
53 % erneuerbare Wasserkraftwerke
36 % Kernkraftwerke
11 % Biokraftstoffe (<5,7 %), Müllverbrennung (<2,7 %),
Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen
Im Vergleich mit anderen europäischen Ländern ist der Anteil von Photovoltaikanlagen
und Windkraftanlagen noch sehr gering. Der Ausstieg aus der Kernenergie ist
beschlossen und geplant. Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Kernkraftwerke
zwar CO2-frei sind, aber nur einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 25 % bei
der Umwandlung von Wärme in Elektrizität haben.
Die Stromproduktion der Schweiz ist fast frei von CO2-Emissionen. Darüber
hinaus hat die Schweiz einen niedrigeren Gesamtenergieverbrauch von 6 kW pro
Kopf-1, gegenüber 8,2 kW pro Kopf-1 zum Beispiel in Großbritannien. In der
Schweiz wird die Abwärme der Kernkraftwerke bis auf wenige Ausnahmen nicht
genutzt, da das Volk beschlossen hat, die Abhängigkeit von Kernkraftwerken bei
der Wärme- und Stromerzeugung im Winter nicht zu erhöhen.
Die Endenergienachfrage in der Schweiz hat in den letzten Jahren eine Sättigung
erreicht oder ist sogar leicht gesunken. Die Endenergie wird durch die nukleare
Abwärme ergänzt, was zum Primärenergieverbrauch führt. Die gesamte importierte
eingebettete Energie und die Prozessenergie der importierten Produkte sind
zusätzliche Energie, die den Menschen in der Schweiz zur Verfügung gestellt
wird.
Energiebedarf
pro Kopf für Sommer und Winter in der Schweiz.
Die Energiewende zu einer fossilfreien Energiewirtschaft erfordert die Erzeugung der Endenergie von 3,3 kW pro Kopf aus erneuerbaren Energien. Derzeit werden gerade mal 0,86 kW pro Kopf aus erneuerbaren Energien einschließlich Biomasse erzeugt, und die Stromerzeugung aus Kernkraft entspricht 0,24 kW-Kopf. Die nicht-erneuerbare Endenergie beträgt heute noch 2,02 kW pro Kopf.
Der derzeitige durchschnittliche monatliche Energiebedarf beträgt 3,2 kW mit einem Maximum im Winter von 4,1 kW (127%) und einem Minimum von 2,75 kW (86%) im Sommer. Der berechnete durchschnittliche monatliche Strombedarf einschließlich der oben beschriebenen Einsparungen beträgt 2,1 kW mit einem Maximum von 2,4 kW (110%) im Winter und einem Minimum von 2,0 kW (95%) im Sommer. Die Elektrifizierung der Fahrzeuge und der Heizung reduziert also den durchschnittlichen jährlichen Energiebedarf um 34% und die Differenz zwischen Sommer und Winter von 41% auf 15%.
In der Schweiz kann erneuerbare Energie aus Wasserkraft, Windkraftanlagen, Photovoltaik, solarthermischen fotochemischen Anlagen und Biomasse gewonnen werden. Während die Wasserkraft in Verbindung mit Speicherseen die Speicherung von Energie und die Produktion nach Bedarf ermöglicht, ist das Potenzial der Windenergie mit einem Verhältnis von Spitzenleistung zu Durchschnittsleistung zwischen 3 und 5 begrenzt.
Die Sonneneinstrahlung in der Schweiz beträgt im Durchschnitt 1'100 kWh pro Quadratmeter und Jahr. Photovoltaik-Anlagen haben einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 20%. Damit wird etwa 200 WP pro Quadratmeter erzeugt, was zu einer jährlichen Produktion von 220 kWh pro Quadratmeter und Jahr führt.
Aufgrund der Bevölkerungsdichte in der Schweiz ergeben sich 4.900 Quadratmeter pro Kopf. Die städtische Fläche in der Schweiz beträgt 7,5 % der Landesfläche. Es gibt also eine städtische Fläche von 370 m2 pro Kopf.
Um den zusätzlichen
Energiebedarf von 1 kW pro Kopf zu produzieren, wird eine Fläche von 40 m2 pro
Kopf benötigt. Rein Statistisch ist dies im Verhältnis zu 370 m2 pro Kopf
vorhandener, städtischer Fläche in der Schweiz etwas mehr als 10%. Um den
Bedarf an nicht-erneuerbarer Energie zu decken, müssen also näherungsweise über
10 % der städtischen Fläche der Schweiz mit PV-Anlagen bedeckt werden.
Kennzahlen zusätzlicher Energiebedarf Photovoltaik-Anlagen:
3,2 kW durchschnittlicher monatlicher Energiebedarf
4,1 kW (127%) im Winter
2,75 kW (86%) im Sommer
1'100 kWh Sonneneinstrahlung pro Quadratmeter und Jahr.
20% Wirkungsgrad von Photovoltaik-Anlagen
220 kWh jährlichen Produktion mit Photovoltaik-Anlagen pro Quadratmeter und
Jahr
370 m2 pro Kopf verfügbare städtische Fläche
1 kW pro Kopf zusätzlicher
Energiebedarf
40 m2 Fläche pro Kopf werden benötigt, um 1 kW pro Kopf zu produzieren
10 % der städtischen Fläche der Schweiz müssten dafür mit PV-Anlagen bedeckt
werden
Wirkungsgrad der Energieumwandlung.
Die Größe der
erforderlichen Photovoltaikanlage hängt von der Sonneneinstrahlung, dem
Endenergiebedarf und dem Wirkungsgrad der Energieumwandlung ab. Die
Wirkungsgrade werden von den thermodynamischen Grenzen und der technischen
Machbarkeit beeinflusst. Die von den PV-Paneelen erzeugte Elektrizität wird als
100 % betrachtet, gefolgt von der Umwandlung und dem Transport der
Elektrizität. Dieser Teil der Umwandlungskette ist immer erforderlich,
unabhängig vom verwendeten Endenergieträger.
Die Speicherung von Strom aufgrund des Tag-Nacht-Zyklus und der saisonalen Schwankungen der Sonneneinstrahlung ist generell erforderlich. Die Speicherung in Batterien für Kurzzeitspeicherung und in Pumpspeicherkraftwerken für Langzeitspeicherung ist in Zukunft ein Muss. Batterien bieten einen Wirkungsgrad von rund 90 %, während Wasserkraftwerke einen Wirkungsgrad von etwa 72 % haben. Bei anderen Speichern wie Wasserstoff oder synthetischen Brennstoffen ist der Wirkungsgrad tiefer, so um die 60%.
Speicherbedarf.
Der
Speicherbedarf wird durch die Differenz zwischen dem Zeitprofil der
PV-Produktion und dem Energiebedarf bestimmt. Bei Photovoltaik-Anlagen ist in
der Regel eine Tag/Nacht-Speicherung erforderlich, um den Bedarf über Nacht zu
decken und die Leistungsschwankungen während des Tages auszugleichen, während
die saisonale Speicherung von den jahreszeitlichen Schwankungen der Photovoltaik-Produktion
und des Energiebedarfs in den verschiedenen Jahreszeiten abhängt. Die minimale
Tag-/Nachtspeicherkapazität für den Durchschnitt des Solarstroms über den Tag
und die Nacht an allen Tagen des Jahres beträgt 50 % der maximalen täglichen
PV-Produktion im Juli und liegt damit bei etwa 0,25 % der jährlichen
Energieerzeugung. Selbst bei erheblicher Überkapazität ist die Tag-/Nachtspeicherung
vorteilhaft, da sie das Stromnetz widerstandsfähiger macht und die Leistung im
Netz aufgrund der Spitzenabschaltung während des Tages deutlich von der
Spitzenleistung auf weniger als das Doppelte der durchschnittlichen Leistung
der PV-Anlage reduziert.
Die Größe des saisonalen Speichers wird durch die Verteilung der jährlichen Sonnenintensität an einem bestimmten Ort auf dem Globus bestimmt. Am kleinsten ist er in Äquatornähe, wo es fast keine jahreszeitlichen Schwankungen der Intensität gibt und die Sonneneinstrahlung mehr als doppelt so hoch ist wie in der Schweiz. An Standorten, an denen der Heizbedarf im Winter gering ist und die Klimatisierung im Sommer wesentlich zum Energiebedarf beiträgt, ähneln sich die Bedarfs- und die Photovoltaik-Erzeugungskurve, was den Bedarf an saisonaler Speicherung verringert. Da der maximale Energiebedarf in der Schweiz jedoch im Winter auftritt, der mit der Zeit der minimalen Photovoltaik-Erzeugung zusammenfällt, ist eine saisonale Speicherung erforderlich.
Welche Kurz- und Langzeit-Stromspeicher gibt es?
Batterien
Der Vorteil von Batterien ist, dass sie Strom direkt speichern. Für die Tages-
und Kurzzeitspeicherung eignen sich mehrere verschiedene Arten von Batterien,
wie:
- Lithium-Ionen-Batterien
- Blei-Säure-Batterien
Der Preis von Lithium-Ionen-Batterien liegt derzeit bei 200 CHF/kWh und ist
zwischen 2008 und 2022 um eine Größenordnung bzw. -22 %/Jahr gesunken. Sie
sinken weiter stark und werden sich voraussichtlich um 2030 auf 150 CHF/kWh
einpendeln.
Gleichzeitig nimmt die Kapazität von Li-Ionen-Batterien zu und liegt derzeit bei etwa 250 Wh/kg. Die Tesla Powerwall hat eine Kapazität von 13,5 kWh und wiegt 125 kg, was zu einer gravimetrischen Energiedichte von 108 Wh/kg führt. Aktuell haben Batterien eine Lebensdauer von 8 bis 10 Jahren. Im Vergleich zu anderen Stromspeichern sind Batterien immer noch relativ teuer. Batterien werden dort eingesetzt, wo sehr schnell Strom verfügbar sein muss. Als Langzeitspeicher werden Batterien in der Regel nicht eingesetzt.
Wasserkraft
In der Schweiz hat die Energieerzeugung mit erneuerbarer Wasserkraft einen sehr
hohen Anteil an der gesamten Energieproduktion, nämlich 53 %. Die Speicherung
von Strom mittels Wasserkraft in einem Speichersee erreicht eine Energiedichte
von 1,1 kWh pro m3. In einem Speichersee mit einem Volumen von 16,3 km3 könnten
18 TWh gespeichert werden, was dem Zweifachen der gesamten Speicherkapazität
aller Seen der derzeitigen Wasserkraftwerke in der Schweiz oder dem 13-fachen
des Wasserkraftwerks Grand Dixence (1.570 GWh) im Wallis, Schweiz, entspricht. Die
Kapitalkosten liegen bei knapp 2'000 CHF/kW (4 CHF/kWh), was zu Stromspeicherkosten
von unter 0,1 CHF/kWh führt. Die geschätzte Betriebsdauer eines
Wasserkraftwerks beträgt 80 Jahre. Nebst klassischen Stauseen wurden in den
letzten Jahren viele Pumpspeicher-Kraftwerke gebaut. Pumpspeicher-Kraftwerke
sind nicht nur für die Langzeitspeicherung interessant sondern immer mehr auch
für die Kurzzeitspeicherung.
Wasserstoff
Der Wasserstoffpreis liegt derzeit bei etwa 10 CHF/kg und ist stark von den
Stromkosten abhängig. Etwa 90 % der Kosten sind Stromkosten für die Elektrolyse
in großem Maßstab. Eine optimal funktionierende Protonenaustauschmembran-Elektrolyse
(PEM) mit einem Wirkungsgrad von 50 % verbraucht derzeit rund 80 kWh Strom pro
1 kg Wasserstoff. Der Preis für Energie in Form von Wasserstoff beträgt also
0,25 CHF/kWh. Während die alkalischen Elektrolyseure im Dauerbetrieb eine
typische Lebensdauer von 30 Jahren hat, wird bei modernen Elektrolyseuren mit
einer Betriebsdauer von 10 Jahren gerechnet.
Wasserstoff
kann als komprimiertes Gas, als Flüssigkeit und in Hydriden gespeichert werden.
Die Kosten der Speicherung hängen von der Art und Größe des Speichers ab:
- Speicherung im kleinem Maßstab (<1.000 kg H2) kostet <250 CHF/kg
(<6,2 CHF/kWh) ohne Kompressor
- zusammengesetzte Hochdruck-Wasserstoffbehälter kosten 15-25 CHF/kWh.- große
Kompressoren kosten 1.000 CHF/kW, und Druckgasbehälter (>200 kg H2) kosten
1.323 CHF/kg H2.
Wasserstoff Speichersysteme haben eine Lebensdauer von 10 Jahren. Bei
Druckgasbehälter kann mit 10 Zyklen pro Jahr gerechnet werden:- unterirdische
Grossspeicherung (20 MPa) kostet 8,80 CHF/kg H2 (0,22 CHF/kWh)
- Gesamtkosten für unterirdische Wasserstoffspeicherung, einschließlich
Kompression etwa 2,5 CHF/kWh
- Metallhydridkosten <2.500 CHF/kg H2 (<62 CHF/kWh).
Die Speicherung von flüssigem Wasserstoff erfordert einen Verflüssiger, der
44,1 kCHF/(kg-h) kostet, und einen Dewar, der 441 CHF/kg für 45 kg H2 kostet.
Die PEM-Brennstoffzellen weisen einen Wirkungsgrad von bis zu 60% auf und
kosten 1'000 CHF/kW. Es wird erwartet, dass die Brennstoffzellen 10 Jahre lang
im Dauerbetrieb arbeiten können. Sowohl die Herstellung von Wasserstoff mit
grünem Strom, die Speicherung und die Anpassung der Anwendungen an den
Wasserstoff sind relativ neu.
Synthetische Brennstoffe
Bei der Herstellung von synthetischen Brennstoffen spielen zwei Faktoren
bezüglich Kosten und Energiewert eine Rolle: die CO2-Abscheidung und die Synthese.
Die für die CO2-Abscheidung erforderliche Mindestenergie hängt von der
CO2-Konzentration ab. Die Kosten für die CO2-Abtrennung aus Luft werden auf
unter 0,5 CHF/kg CO2 geschätzt, und bei Optimierung der Energiequelle und des Prozesses
können die Kosten auf unter 0,22 CHF/kg CO2 gesenkt werden. Bei der derzeitigen
Synthese von Alkanen aus CO2 werden 7 kg CO2 mit 1 kg H2 in 2,3 kg Oktan
umgewandelt. 57 % der Energie bleiben in Wasserstoff erhalten. Die exotherme
Reaktion liefert 2,3 kWh Wärme bei >200°C pro 1 kg CO2, die zur
Bereitstellung der für den Abscheidungsprozess erforderlichen Desorptionswärme
verwendet werden kann.
Beispiele einer Grossanlage.
Die
Pearl-GTL-Syntheseanlage in Katar (Pearl GTL, 2020) produziert 140.000 Barrel
Öl pro Tag (10 GW) und verursachte Kosten in Höhe von 18 Milliarden CHF. Dieses
Beispiel zeigt, dass die Synthese von Kohlenwasserstoffen in großem Maßstab
eine Investition von fast 2300 CHF/kW erfordert.
Kohlenwasserstoffe erfordern die
Abscheidung von CO2 aus der Atmosphäre und die Synthese von
Kohlenwasserstoffen. Im Falle von Methan (synthetisches Erdgas) muss auch die
Speicherung von Methan in Betracht gezogen werden, während die Anwendungen
bereits existieren. Bei flüssigen Kohlenwasserstoffen schließlich muss nur die Synthese
berücksichtigt werden, da die Infrastruktur für die Lagerung und Verteilung
sowie die Anwendungen bereits vorhanden sind.
Energiekosten
Heute gibt eine
durchschnittliche Schweizerin oder ein durchschnittlicher Schweizer 3'000
CHF/Kopf pro Jahr für Energie aus, und es wird erwartet, dass der Preis für
Energie aufgrund der schwindenden fossilen Brennstoffressourcen steigen wird.
In der zukünftigen Wirtschaft, die auf erneuerbaren Energien basiert, werden
die Energiekosten durch die Investitionen in die Umwandlung und Speicherung
erneuerbarer Energie sowie die Produktions- und Verteilungskosten bestimmt. Die
Suche nach der idealen Größe von PV-Anlagen, Batteriespeichern und
Energieträgern ist wichtig, um die Investitionen und die Endenergiekosten zu
minimieren.
Die Kapitalkosten für die Energieträger stehen in Abhängigkeit von der gravimetrischen Energiedichte, um ein Maß für die Menge an Ressourcen (Materialgewicht) zu erhalten, die für die Speicherung einer bestimmten Energiemenge erforderlich ist. Die Kapitalkosten spiegeln deshalb nicht die realen Kosten der Speicherung wider, da die Lebensdauer und die gespeicherte Energiemenge für die verschiedenen Energieträger sehr unterschiedlich sind, aber sie dienen zur Berechnung der resultierenden Energiekosten.
Die Bereitstellung einer saisonalen Speicherung bei Verwendung von Batterien würde die Kosten massiv erhöhen.
Die Speicherung von Strom in einem Wasserkraftwerk, ohne Berücksichtigung der Netzkosten, kostet schätzungsweise <0,1 CHF/kWh, was zu Energiekosten führt, die mit den derzeitigen Energiekosten von ≈3.000 CHF/Kopf pro Jahr vergleichbar sind. Die resultierenden Stromkosten betragen etwa 2'500 CHF/Kopf pro Jahr Dies entsprich etwa 0,11 CHF pro kWh. Die Stromspeicherung in einem Wasserkraftwerk ist ohne Netzkosten um drei Grössenordnungen günstiger als in Batterien. Aufgrund des Wirkungsgrads von Pumpe und Turbine von jeweils rund 80 % muss im Vergleich zu einem Batteriespeicher 56 % mehr Strom durch PV erzeugt und 25 % mehr Strom gespeichert werden. Die Erhöhung der Speicherkapazität der Seen bestehender Wasserkraftwerke ist deshalb unerlässlich, um den Beitrag der erneuerbaren Energien in der Schweiz zu erhöhen.
Eine lokale, verteilte Batteriespeicherung ist ebenfalls nötig. Dies würde bei Batteriekosten von 100 CHF/kWh 356 CHF/Kopf pro Jahr kosten. Die größte Herausforderung für das Stromsystem ist die saisonale Speicherung von 18 TWh für die Schweiz, was dem 40-fachen der weltweiten Li-Batterieproduktion von 2020 entspricht und 36.000 CHF/Kopf pro Jahr kosten würde. Die saisonale Speicherung des Stroms in Batterien ist daher für die Schweiz weder technisch noch wirtschaftlich eine praktikable Lösung.
Schlussfolgerungen bezüglich der Energiespeicherung.
Im Jahr 2019 wurde die neue EU-Strommarktrichtlinie veröffentlicht, in der die
Energiespeicherung ein zentrales Element darstellt. In Europa erkennt die
E-Richtlinie 2019 die Bedeutung der Energiespeicherung an, indem sie einen
förderlichen Rahmen mit fairer Behandlung und gleichen Wettbewerbsbedingungen
schafft. Das neue Rechtssystem definiert die Energiespeicherung und grenzt sie
von der Energieerzeugung und dem Energieverbrauch ab. Diese Definition ist eine
wichtige Ergänzung der neuen Regelung, da sie technologieneutral und weit gefasst
ist und auch die Sektorenkopplung mit Gasen (z. B. Wasserstoff) und Wärme
einschließt.
Deutschland ist daran interessiert, mit der benachbarten Schweiz eine Vereinbarung darüber zu treffen, wie das Alpenland zur deutschen und europäischen Stromversorgungssicherheit beitragen könnte. Dank ihres gebirgigen Geländes und des großen Potenzials für Pumpspeicherkraftwerke könnte die Schweiz "Flexibilitätsoptionen" für die europäischen Strommärkte bieten und dazu beitragen, Angebot und Nachfrage in Zeiten auszugleichen, "in denen kein Wind weht oder die Sonne scheint". Die EU wartet noch auf eine "klare Aussage" der Schweizer Regierung, wie ein Rahmenabkommen über den Stromhandel aussehen könnte. Deutschland verfügt bereits über direkte Stromlieferungen aus Wasserspeichern in Luxemburg und Österreich.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein massiver Ausbau der Wasserkraftspeicherkapazität in der Schweiz erforderlich ist, was bedeutet, dass bis 2035 jedes Jahr ein Wasserkraftwerk von der Größe des Wasserkraftwerks Grand-Dixence gebaut werden muss.
Wie sieht die kurz- und mittelfristige Zukunft aus?
Die Elektrifizierung der Mobilität und Wärmepumpen zum Heizen erhöhen die
Nachfrage nach Strom im Winter, wenn weniger Strom zur Verfügung steht, was
Europa zwingen könnte, weiterhin fossil befeuerte Kraftwerke zu betreiben. Die
Entwicklung von Technologien, die auf der Kernfusion, dem Herzstück der
Solarenergie, basieren, schreitet als Forschungsthema voran, die Kosten
steigen, aber eine kommerzielle Stromerzeugung ist für dieses Jahrhundert eher
unwahrscheinlich. In der Schweiz wird mit massiven Umweltauswirkungen durch die
Installation von PV und die saisonale Energiespeicherung gerechnet. Ein großer
Teil dieser Investitionen wird in der Schweiz getätigt, so dass der wirtschaftliche
Nutzen im Land bleibt, im Gegensatz zur Umwandlung erneuerbarer Energien in
Äquatornähe. Die Schwankung der Stromkosten ist auch eine Chance für die
künftige Industrie und Wirtschaft, wo energieintensive Prozesse in der
Sommerzeit konzentriert werden könnten, wenn die Energie leicht verfügbar und
kostengünstig ist.