Kommentar
Wer Solarstrom bremst, hilft der Atomkraft
Themenbezogene Interessenbindung der Autorin/des AutorsFelix Nipkow ist Projektleiter Strom und Erneuerbare bei der Schweizerischen Energie-Stiftung SES. Die SES ist politisch ©
Red. Im Artikel «Solarstrom folgt den Spuren der Atomenergie» warnte der freie Journalist Hanspeter Guggenbühl vor einer Maximierung der solaren Stromproduktion und der – durch ökonomische Fehlanreize begünstigten – Förderung des Eigenverbrauchs. Denn damit entwickle sich eine Spirale von sommerlichem Überangebot, Absatzförderung und Stromverschwendung. Statt für Maximierung plädierte Guggenbühl für eine Optimierung der Stromproduktion und eine Reduktion des Verbrauchs. Felix Nipkow, Projektleiter Strom und Erneuerbare bei der Schweizerischen Energie-Stiftung SES, widerspricht mit folgender Replik:
Der freischaffende Journalist Hanspeter Guggenbühl weist seit Jahrzehnten darauf hin, dass eine Abkehr von der Energieverschwendung nicht nur Kür, sondern Pflicht ist auf dem Weg zur Energiewende. Diese verkommt sonst zu einer ökonomisch unsinnigen Gigantomanie. Im postfossilen Zeitalter sind Energieeffizienz und die optimale Ausnutzung von erneuerbaren Energien unabkömmlich. So weit sind wir uns einig.
Im zukünftigen Strommix der Schweiz wird Solarenergie einen wesentlichen Anteil ausmachen. Die Umweltverbände gehen von rund einem Viertel aus. Gerade in diesem starken Ausbau der Solarenergie sieht Guggenbühl aber eine Gefahr lauern: Wenn die installierte Fotovoltaikleistung dereinst so gross sei, dass zu gewissen Zeiten mehr Solarstrom produziert werde als gleichzeitig verbraucht werden könne, führe das zur Verschwendung der wertvollen Energie (siehe Infosperber vom 7.2.2017 «Solarstrom folgt den Spuren der Atomenergie»). Der Zusammenhang ist weit hergeholt, und jetzt den Solarstrom auszubremsen, wäre völlig verkehrt.
Die Produktionskurve einer Fotovoltaikanlage im Tagesverlauf gleicht einem Berg. Dieses «solare Matterhorn» sollte gemäss Guggenbühl so stark begrenzt werden, dass nie Überschussstrom produziert wird. In Wirklichkeit ist es eher ein Breithorn, weil nicht alle Anlagen nach Süden ausgerichtet sind, sondern vermehrt auch Fassaden und Ost- oder West-Dächer bestückt werden. Heute liegt der Anteil Solarstrom bei 2,5 Prozent.
Strom speichern ist wie Konfitüre kochen
Guggenbühl argumentiert, es sei generell Verschwendung, wenn überschüssiger Strom mit Verlust gespeichert werde. Überschüsse zu vermeiden, ist allerdings kaum möglich mit Kraftwerken, die ihre Produktion nicht flexibel steuern können. Dazu gehören sowohl AKWs als auch wetterabhängige Solar- und Windkraftwerke. Es gibt grundsätzlich drei Möglichkeiten, dem zu begegnen:
- Man verschiebt den Verbrauch im Tagesverlauf,
- man verschiebt die Produktion (das können vor allem Wasserspeicherkraftwerke gut)
- oder man speichert den Strom in Überschusszeiten für später. Ähnlich, wie man Früchte oder Gemüse einlegt oder zu Konfitüre verarbeitet, damit sie nicht verderben.
In einem Stromsystem passen Verbrauch und Produktion nicht automatisch zusammen. Das müssen sie aber jederzeit, sonst kann die Spannung nicht konstant gehalten werden. Deshalb hat man, als die Atomkraftwerke in Betrieb gingen, Massnahmen ergriffen, um den Verbrauch in die Nacht zu verlagern. Nachts ist Atomstrom Überschussware, weil der Verbrauch geringer ist als am Tag. Also wurden Elektroheizungen und -Boiler auf Nachtbetrieb programmiert, günstige Nachttarife eingeführt. Wenn in Zukunft die Solarenergie einen grösseren Teil der Produktion ausmacht, können wir diese Massnahmen rückgängig machen. Die Spitze des solaren Matterhorns kann durch gute Regelung und intelligente Steuerungen direkt vor Ort absorbiert werden. Zum Beispiel indem wir das Warmwasser über Mittag erwärmen statt in der Nacht.
Die Energiewende ist mehr als nur eine Stromwende. Drei Viertel unserer Energie stammen aus fossilen Quellen. Weniger zu verschwenden, ist unabdingbar; wo Bedarf bestehen bleibt, müssen Erdöl oder Gas ersetzt werden. Wir können in Zukunft mit den solaren Überschüssen unsere Wohnungen heizen oder Gasmotoren antreiben. Strom kann in Gas umgewandelt werden, das ins Erdgasnetz eingespeist und dort für den Winter gespeichert werden kann. Plant man diese Umwandlung intelligent und nutzt die entstehende Abwärme, sind die Verluste minim.
Verzögerung hilft der Atomkraft
Der Vorschlag von Hanspeter Guggenbühl, den Ausbau der Solarenergie auf 7 bis 10 Prozent zu begrenzen, so dass zu keiner Zeit Überschüsse entstehen, ist nicht zielführend. An Tagen mit leichter Bewölkung oder wenn die Sonne im Frühjahr oder Herbst nicht so hoch am Himmel steht, wäre der Strom knapp. Wenn die Wasserspeicherkraftwerke die Lücken füllen, fehlen die Reserven im Winter. Dann liefern Flusskraftwerke und Solarkraftwerke weniger. Biomasse und Wind sind hilfreich, aber einheimische Biomasse ist eine beschränkte Ressource, und die Windkraft kann aus Umweltschutzgründen nicht unbeschränkt ausgebaut werden. Am Ende erhält die Einschränkung der Solarenergie Kohle- und Atomkraftwerken ihre Daseinsberechtigung. Ein Verlangsamen des Ausbaus der erneuerbaren Energien begünstigt ein längeres Überleben dieser gefährlichen und schädlichen Energieformen.
Eine Reduktion des Stromverbrauchs ist angesichts zunehmender Elektrifizierung von bisher fossilen Anwendungen (Wärmepumpen, Elektroautos) und des Bevölkerungswachstums wenig realistisch. Dank immer effizienterer Geräte ist immerhin eine Stabilisierung möglich.
Heute stammt rund ein Drittel unseres Strombedarfs aus Atomkraftwerken. Dieser Teil soll möglichst rasch mit erneuerbaren Energien gedeckt werden – Fotovoltaik kommt hierbei eine Schlüsselrolle zu. Anlagen auf bestehender Infrastruktur lösen kaum Widerstände aus, weil weder die Biodiversität noch die Landschaft beeinträchtigt werden. Wenn wir den Ausbau nicht bald anpacken, verpassen wir die Chance, die uns die Solarenergie bietet: einen umweltfreundlichen, günstigen Ersatz für Atomstrom.
Diese Replik ist zuerst in der «WOZ» erschienen, in der Guggenbühls Artikel ebenfalls publiziert wurde.
Themenbezogene Interessenbindung der Autorin/des Autors
Felix Nipkow ist Projektleiter Strom und Erneuerbare bei der Schweizerischen Energie-Stiftung SES. Die SES ist politisch unabhängig und ausschliesslich durch private Spendengelder finanziert. Sie ist Teil der Umweltallianz.
Ich finde als Betreiber einer Photovoltaik-Anlage auf dem Dach und einer Wärmepumpe auch, dass Hanspeter Guggenbühl zwar ehrenwerte, aber grundfalsche Gründe hat, vor unserem Energiesystem zu warnen. Er geht zu sehr von sich aus, als konsequenter Kühlschranklämpli-Entferner, häuslicher Mehrfachpullover-, Moonboots- und Chapkaträger und Velofahrer (ohne Antriebshilfe), der das Gemüse im Keller lagert und kein Fernsehen schaut, um Energie zu sparen. Das alles bewundere ich. Aber nicht alle sind mehr in der Lage, so vorbildlich zu leben wie er, allein Behinderte, Ältere oder Menschen mit Kindern oder Betreuten und solche mit weniger freier Zeit. Nachdem ich das ETH-Gespräch mit Prof. Gunzinger gesehen habe (Link sh. unten), glaube ich, dass wir genügend Dächer haben, um mit Solaranlagen und Wasserkraft unseren gesamten künftigen Energiebedarf für die Heizungen und die ohnehin kommende Elektromobilität zu decken. Dazu gehört natürlich auch Energiesparen, aber sicher nicht in dem Sinne Guggenbühls, der teilweise fossile Brennsstoffe oder Pellets propagiert, obschon wir nicht genügend Wälder in vertretbarer Transportdistanz haben, um den Holzschnitzel- oder Pelletbedarf zu decken. – Soll dieses Heizmaterial mit fossil betriebenen Lastwagen aus der Ukraine, Finnland, Tschechien usw. hergeschafft werden?
https://vimeo.com/175658096.
Die Autoren Guugenbühl und Nipkow haben eine interessante Suffizienz-versus-grüner-Technik Diskussion angstossen mit ein paar Extrembeispielen: z.B. das «solare Matterhorn» versus «Elektroboiler am Mittag laden».
Das «solare Matterhorn» muss nicht sein, wie ich hier zeige, allerdings nur für den Sommer:
http://gruene-steffisburg.ch/data/Energie/Solar/PV-Ausrichtung.pdf
Allseitige Fassadengeneratoren sind flächenmässig natürlich viel weniger effizient als optimal ausgerichtete Flächen aber rechnen sich schon heute, wenn die PV-Beschichtung finanziell und energetisch weniger teuer ist als eine ohnehin zu verkleidenden Fassade oder ein zu deckendes Dach. Wenn das der Fall ist, macht es auch wenig, wenn der «Matterhorn-Gipfel» an wenigen Spitzentagen vergeudet wird, was bei solarthermischen Anlagen ja noch viel mehr zutrifft.
Ein Haus mit einer Solaranlage wird kaum im Sommer einen Elektroboiler laden wollen, aber trotzdem werden sich sicher interessante nicht zeitkritische Stromanwendungen finden lassen. 3sat-nano brachte gestern eine völlig autarkes Haus mit Wasserstoffspeicherung: http://www.3sat.de/page/?source=/nano/technik/191097/index.html
Im Winter dürfte die noch steilere Mittagsspitze sicher absorbiert werden können. Wahrscheinlich rechnet sich auch die Kombination Photovoltaik-Wärmepumpe immer mehr.
Aber sparen muss sein – UND solarer Ausbau!
@Theo Schmid: Wieso soll man im Sommer keinen Elektroboiler laden wollen? Just das bringt bei uns die grösste Steigerung des Eigenverbrauchsanteils: Der Boiler lädt (traditionell) mit Nachtstrom, aber seit wir die Photovoltaikanlage haben, ist er so gesteuert, dass er tags bei genügend Überschuss mit Solarstrom nachlädt und nachts, wenn er noch genug Restwärme hat, gar nicht einschaltet.
Da in unserer grossen Familie meistens mehrere am Morgen duschen, macht das durchaus etwas aus: Wenn der 400 Liter Boiler tags um 20 Grad erwärmt wird, entspricht das einer gespeicherten (resp. in der nächsten Nacht eingesparten) Strommenge von rund 9 kWh.
(Zum Vergleich: Der Gesamtverbrauch an einem schönen Sommertag sind bei uns 20-30 kWh, die Gesamtproduktion 60-70 kWh). Ein Boiler ist ausserdem vergleichsweise billig. Dieselbe Energiemenge mit Akkus zu speichern, würde um die 5000.- kosten.
Ich stimme mit Ihnen überein, dass das erst der Anfang sein kann. Aber solange keine anderen effizienten und zahlbaren Speichermöglichkeiten da sind, ist das allemal besser, als nichts. Den Boiler braucht man schliesslich sowieso.
An einem Besichtigungstag des Elektrizitätswerks der Stadt Zürich (EWZ) im neuen unterirdischen Unterwerk in Oerlikon an der Eduard-Imhof-Strasse im letzten Jahr, wurde bei einem Beratungsgespräch einem Einfamilienhausbesitzer auch schon empfohlen nur so viele Solarpanels auf seinem Dach zu montieren, wie er selber Strom verbrauchen wird. Dieser Mann wollte eigentlich möglichst viele Solarzellen auf seinem Dach platzieren.
Zu hoffen ist, dass trotz solcher negativen Empfehlungen des EWZ private Hausbesitzer möglichst viele Solarpanels auf ihren Dächern montieren, wie in Süddeutschland. Wenn die Sonne nicht scheint und der Wind bläst, könnten auch kleine geräuschlose Windturbinen auf dem Dach Energie produzieren. Je mehr Solar- und Windstrom produziert wird, desto eher kann auf die Produktion von Elektrizität durch Gas, Kohle, Erdöl und Atomenergie verzichtet werden und desto eher können Autos ohne Benzin oder Diesel fahren. Die Banken und Pensionskassen müssten in Wind- Geothermie und Solaranlagen investieren, nicht wie heute Milliarden in Unternehmen stecken die an der Produktion von international geächteten Atombomben, Streubomben und Antipersonenminen beteiligt sind (Siehe: http://www.dontbankonthebomb.com/wp-content/uploads/2015/10/2015-Switzerland.pdf). Banken Pensionskassen stecken zurzeit auch viel Geld in Konzerne die Panzer, Kampfjets, Bomben, Landminen und Granaten herstellen. Auch meine Pensionskassen, der SBB, investiert in solchen Unsinn, wie sie mir schrieb.
@ Stefan Werner: Es sind mehrere Gründe:
1) Verluste der Wertigkeit
Ein Elektroboiler funktioniert zwar prinzipiell mit gegen 100% Wirkungsgrad, aber verschwendet die Eigenschaft des wertvollen Stroms, ebenso mit gegen 100% Wirkungsgrad Arbeit zu verrichten. Durch die direkte Umwandlung des Stroms in Wärme geht diese Eigenschaft verloren, die z.B. dazu genutzt werden kann, mittels einer Wärmepumpe ein Mehrfaches an Wärme bereitzustellen.
2) Stillstandverluste
Ein Boiler verliert die ganze Zeit Wärme an die Umgebung. Ausser er befindet sich wie früher im beheizten Raum, geht diese Wärme verloren und im Sommer ist sie ohnehin unerwünscht. Wenn nur wenig Wasser verbraucht wird, kann der effektive Wirkungsgrad deshalb sehr schlecht sein. Abhilfe hierzu schaffen Durchlauferhitzer, die allerdings 5-10kW Leistung benötigen und in der Schweiz 2-3 Phasen (à 16 A – 230/400 V) benötigen und deshalb selten sind, obwohl sie sehr gut funktionieren und billig sind.
Elektroboiler sind deshalb nur sinnvoll, wenn der Strom wirklich überflüssig ist und nicht besser genutzt werden kann. Es ist fast immer besser, den Strom ins Netz einzuspeisen oder in einer Inselanlage einen Wärmepumpenboiler zu betreiben. Die ca. Fr. 1000.- Mehrkosten amortisieren Sie bei Solarstrom in wenigen Jahren.
Es gibt natürlich Situationen wo Elektroboiler oder -Zusätze sinnvoll sind, z.B. für die leichte Temperaturerhöhung von Solarboiler bei schlechtem Wetter, oder bei sehr kleinen oder selten benutzten Anlagen.
HP Guggenbühl hat mit der Verschwendung, analog des Atomstromes, vielleicht recht. Siehe rebound und backfire.
Aber er unterschlägt, dass Uran, Kohle, auch Holz, nicht nachhaltige Resourcen sind und für die zu verschwendende Stromerzeugung verbraucht werden. Dies trifft auf sein Matterhorn aus Sonne und Wind nicht zu. Der Sonne ist es egal, ob sie auf ein Panel oder ein Hausdach scheint. Ab dem Zeitpunkt, wo jemand die graue Energie für die Herstellung eines Panels sinnvoll, wichtig: sinnvoll, kompensiert hat, ist es egal, was er mit seiner überflüssigen Energie anstellt, er kann sie auch verschwenden. Dieser Fall leistet keinen Beitrag zur Energiewende. Vielleicht ist er ein Idiot. Er kann sie ans EW zurückliefern und in einen Speicher versorgen lassen. Oft wird beklagt, dass dieser Wirkungsgrad nur 80% ist und er zusätzlich durch die graue Energie des Speichers verringert wird. Aber ist dies wirklich ein Problem? Dann braucht es 20% mehr Fläche und damit ist der Wirkungsgrad kompensiert. Seine Aussage, je mehr wir speichern müssen, desto stärker wächst die Verschwendung leuchtet mir nicht ein. Ich sehe keinen Zusammenhang. Soweit zur Physik. Wenn der Verbrauch wirklich verringert werden soll, müsste an eine Lenkungsabgabe gedacht werden. Bereits schon ein stark progressiver Tarif würde das Problem lösen. Dann würde sich jedermann aktiv mit dem Problem befassen und damit eine starke Sensibilisierung bewirken. Und die damit verbundene Weiterbildung wäre auch nicht schädlich.
@Theo Schmid: Danke für die Antworten. Natürlich stimmt , was Sie zur «Wertigkeit» des Stroms sagen: Man kann ihn auch für intelligentere Dinge brauchen, als Wärme zu erzeugen. Aber wenn man gerade nichts Intelligenteres damit anzufangen hat? Wir reden ja hier ausschliesslich von Überschuss-Strom. Diesen ins Netz einzuspeisen ist, wie man am niedrigen Preis unschwer erkennen kann, vom Netzbetreiber eher unerwünscht.
Der Grund dafür ist: Eingespeisten Strom muss der Netzbetreiber verarbeiten. Er belastet das Netz und muss irgendwo hin verteilt werden. Und, last but not least, kommt es bei der Einspeisung von Strom zu Leitungsverlusten. Eine Hochspannungsleitung verliert va. 1% der eingespeisten Leistung pro 100km. Im Niederspannungsbereich sind die Verluste deutlich höher. Und die Transformation von Nieder-zu Hochspannung und umgekehrt ist ebenfalls verlustbehaftet, ebenfalls um 1%, soviel ich weiss.
Ist es nun besser, den Überschuss-Strom zuerst «irgendwohin» zu schicken, um ihn dann in der nächsten Nacht von «irgendwoher» wieder zu holen, um den Boiler zu heizen, oder ist es besser, den Überschuss direkt zu verwenden, wenn er entsteht?
Ich bin einverstanden: Ein Wärmepumpenboiler wäre effizienter. Aber einen noch funktionierenden, nunmal vorhandenen Boiler auszutauschen ist meines Erachtens weder ökonomisch noch ökologisch sinnvoll, wenn man ihm mit minimalem Aufwand einfach eine intelligentere Steuerung geben kann. Eine Boilerladung kostet ja doch weniger als CHF 1.-
Wir sind uns sicher einig, dass es sinnvoller ist, «Überschussstrom» zu verheizen als gar nicht zu nutzen. Also geht es darum, was eigentlich als «Überschussstrom» definiert wird. Und dabei kann es sich nicht um eine absolute, sondern um mehrere relative Definitionen handeln. Zum Beispiel, ob es darum geht, das persönliche Portmonnaie, dasjenige des Stromhändlers, oder die ganze Volkswirtschaft zu optimieren, den CO2- oder besser den Feinstaub-Austoss, Graue Energie oder Gift, Löhne oder besser Gesundheitskosten in fernen Kupferminen, usw, usw.
Der Netzverbund – der ja schon lokal funktioniert und die Überlandleitungen meistens gerade schont – ist trotz der Leitungsverluste in der Regel effizienter und ökologischer als Batteriespeicher, aber diese wird es künftig gerade im Netzverbund brauchen. Hingegen verbrauchen Inselhaushalte mit Batterien heute deutlich weniger Strom als netzgekoppelte.
Bei Ihrem persönlichen Beispiel haben Sie vermutlich einen finanziellen Eigenstromvorteil. In grösserem Kontext wäre es jedoch besser, den Strom einzuspeisen und den Netzbetreiber die Ladung des Elektroboilers kontrollieren zu lassen. Bei flexiblen Strompreisen als Stellgrösse (neben kurzfristig Netzspannung und -Frequenz) könnten Sie es selber tun, aber da warten wir noch lange.
Noch besser wäre vermutlich ein bescheidener Solarboiler oder eine Kombination mit einer teilsolaren Heizung und nachgeschaltete elektrische Durchlauferhitzer für die Zeiten, wo die Temperatur nicht reicht.