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Vergleichsrechnung
Abbildung 1: Titelblatt Energieperspektiven 2050+ (Bildquelle).
Um die zentralen der Schlussfolgerungen der EP2050+ insbesondere des Basisszenarios zu plausibilisieren, wurde eine Vergleichsrechnung mit einem vereinfachten Ansatz durchgeführt.
Energieverbrauch
Als Ausgangspunkt für die Abschätzung des zu ersetzenden Energiebedarfs wurde das Jahr 2019 gewählt. Für die Vergleichsrechnung wurden Einwohnerzahl, Fahrzeugbestand, Gebäudebestand, Bruttoinlandprodukt und Energieverbrauch des Jahres 2019 übernommen. Wie bei den EP2050+ wurde angenommen, dass das Energiesystem weitgehend elektrifiziert wird. Die Wärmeproduktion basiert im Wesentlichen auf Wärmepumpen, die Mobilität auf Elektrofahrzeugen. Mögliche Verhaltensänderungen oder zukünftige Effizienzsteigerungen, die nicht im Zusammenhang mit der Substitution fossiler Energieträger stehen, wie z.B. ein geringerer Energiebedarf für Beleuchtung, werden nicht angerechnet. Weil auch der Mehrverbrauch durch das Bevölkerungswachstum bis 2050 nicht berücksichtigt wird, entspricht diese Annahme implizit einer Effizienzsteigerung zwischen 20% und 30%.
Konkret lassen sich die wichtigsten Abweichungen zu den EP2050+ wie folgt zusammenfassen:
- Energieumwandlung: Auf eine inländische Produktion von biogenen und strombasierten Treibstoffen sowie auf eine Steigerung der Fernwärmeproduktion wird verzichtet. Bezüglich der Negativemissionen wird im Unterschied zu den EP2050+ wird davon ausgegangen, dass die gesamte dafür notwendige CO2-Abscheidung in der Schweiz erfolgt und lediglich die unterirdische Speicherung des abgetrennten CO2 wird ins Ausland verlagert wird. Daraus ergibt sich ein deutlich höherer Strombedarf für die Negativemissionen von 7,7 TWh/a statt 1,8 TWh/a wie in den EP2050+ angenommen.
- Wärmeerzeugung: Statt einer Senkung des pro Kopf Wärmeverbrauchs von 40% wie in den EP2050+ wird von 23% ausgegangen. Dadurch ist der Wärmebedarf im Vergleich zu den EP2050+ um 26,5 TWh/a höher. Für dessen Deckung kommen vermehrt Wärmepumpen zum Einsatz. Auf mehrheitlich importiertes Biogas im Umfang von 8,2 TWh/a zur Wärmeerzeugung wird verzichtet. Zudem wird die Fernwärmeproduktion nicht ausgebaut.
- Mobilität: Um Treibstoffimporte aus dem Ausland zu vermeiden wird lediglich einheimisches Biogas eingesetzt. Auf Biodiesel und strombasierte Treibstoffe wird mit Ausnahme des internationalen Flugverkehrs verzichtet. Dadurch entfällt ein Verbrauch von 16,7 TWh/a (davon 14,2 TWh/a Importe) im Individual- und Schwerverkehr. Stattdessen wird von einem höheren Elektrifizierungsgrad als bei den EP2050+ ausgegangen.
- Übrige Verwendungszwecke: Statt einer Senkung des pro Kopf Stromverbrauches von 39% wie in den EP2050+ wird lediglich von 32% ausgegangen. Dies hat einen um 10,8 TWh/a höheren Strombedarf zur Folge.
Der resultierende Energieverbrauch für die verschiedenen Verwendungszwecke ist in Tabelle 1 zusammengestellt. Der Bruttoenergieverbrauch ist mit 219,0 TWh/a lediglich 16% höher als beim Basisszenario der EP2050+. Der Strombedarf steigt jedoch weit stärker und ist mit 118,1 TWh/s rund 40% höher als bei den EP2050+ ausgewiesen.
|Verwendungs-|
zweck
|Fossil||Bio-|
masse
|Holz||Bio-|
müll
|Bio-|
gas
|Bio-|
diesel
|Umw.-|
wärme
|Strom||Fern-|
wärme
|PtX||Total||Som-|
mer
|Win-|
ter
|Energieumwandlung||5.7||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||23.9||0.6||0.0||30.1||12.4||11.5|
|Geowärmewerke||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0|
|Negativemissionen||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||7.7||0.0||0.0||7.7||3.9||3.9|
|Umwandlung||5.7||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||5.7||0.0||0.0|
|Verluste||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||16.2||0.6||0.0||16.7||8.6||7.6|
|Wärmeerzeugung||1.9||9.3||7.3||1.6||0.4||0.0||50.0||33.4||5.9||0.0||100.4||11.5||21.9|
|Raumheizung||0.0||0.3||0.0||0.0||0.3||0.0||42.9||17.4||3.6||0.0||64.2||4.0||13.4|
|Warmwasser||0.0||0.1||0.0||0.0||0.1||0.0||6.9||4.6||0.7||0.0||12.3||2.3||2.3|
|Prozesswärme||1.9||9.0||7.3||1.6||0.1||0.0||0.2||11.3||1.6||0.0||23.9||5.2||6.1|
|Mobilität||0.0||3.7||0.0||0.0||3.7||0.0||0.0||18.1||0.0||22.5||44.3||9.1||9.0|
|Individualverkehr||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||12.5||0.0||0.0||12.5||6.5||6.0|
|Schwerverkehr||0.0||3.7||0.0||0.0||3.7||0.0||0.0||3.0||0.0||0.0||6.7||1.3||1.6|
|Schienenverkehr||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||2.7||0.0||0.0||2.7||1.3||1.4|
|Flugverkehr||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||22.5||22.5||0.0||0.0|
|Übrige||0.0||1.0||0.5||0.0||0.6||0.0||0.0||42.7||0.3||0.0||44.2||20.2||22.6|
|Stromanwendungen||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||19.1||0.0||0.0||19.1||8.6||10.5|
|Antriebe & Prozesse||0.0||0.5||0.5||0.0||0.0||0.0||0.0||19.1||0.0||0.0||19.6||9.6||9.6|
|Sonstige||0.0||0.6||0.0||0.0||0.6||0.0||0.0||4.5||0.3||0.0||5.4||2.0||2.5|
|Bruttoverbrauch||7.5||14.0||7.8||1.6||4.7||0.0||50.1||118.1||6.7||22.5||219.0||53.3||64.9|
|Endverbrauch||1.9||14.0||7.8||1.6||4.7||0.0||50.1||94.3||6.2||22.5||188.9||40.9||53.4|
Der im Vergleichsszenario überproportional gestiegene Stromverbrauch kann zu einem grossen Teil mit den sehr optimistischen Annahmen der EP2050+ zu den Effizienzgewinnen im Strombereich erklärt werden. Zudem ist der Elektrifizierungsgrad im Basisszenario der EP2050+ geringer als im Vergleichsszenario. Im Unterschied zur vorliegenden Vergleichsrechnung werden dort stattdessen grosse Mengen an importiertem Biogas sowie strombasierten Treibstoffen eingesetzt, was dazu beiträgt den Stromverbrauch auf einem niedrigen Niveau zu halten.
Energieproduktion
Um den durch die Substitution der fossilen Energieträger entstehenden Mehrbedarf zu decken, muss insbesondere die inländische Stromproduktion gesteigert werden. Biomasse spielt dabei aufgrund ihrer begrenzten Verfügbarkeit nur eine untergeordnete Rolle. Für den Umbau des Energiesystems wird deshalb vor allem mehr Strom benötigt.
Weiter entsteht durch die Minderproduktion infolge des Ausstiegs aus der Kernenergie und die Erhöhung der Restwassermengen bei den Wasserkraftwerken ein zusätzlicher Strombedarf:
- Kernenergie: Gemäss der Kernenergiegesetz können die bestehenden Kernkraftwerke weiterbetrieben werden so lange sie sicher sind. Der Neubau von Kernkraftwerke ist jedoch nicht mehr zulässig. Der Ersatz der bestehenden Kernkraftwerke am Ende ihrer Betriebsdauer wird wie in den EP2050+ in der vorliegenden Abschätzung mit 25,3 TWh/a berücksichtigt.
- Restwassermengen: Bei der Neukonzessionierung von Wasserkraftwerken ist gesetzlich vorgeschrieben, dass die Restwassermenge erhöht werden muss. Dies wird im Laufe der Jahre zu einer Reduktion der Wasserkraftproduktion um 1,9 TWh/a führen, welche bei den EP2050+ nicht eingeflossen ist.
Der Stromerzeugungsmix der vorliegenden Vergleichsrechnung basiert auf den gleichen Erzeugungstechnologien wie in den EP2050+. Neben einem moderaten Ausbau der Wasser- und Windkraft wird vor allem auf die Gebäudephotovoltaik gesetzt. Die Produktionszahlen von Wärme, Wasser und Wind werden im Wesentlichen übernommen. Folgende Unterschiede sind hervorzuheben
- Wärmekraftwerke: Auf den Einsatz von 3,7 TWh/a überwiegend importiertem Biogas in Wärmekraftwerken wird verzichtet und stattdessen heimisches Holz eingesetzt.
- Geothermiekraftwerke: Der hochspekulative Beitrag von 2,0 TWh/a Geothermie zur Stromerzeugung wird nicht übernommen.
- Gebäudephotovoltaik: Der die Winterstromimporte von 10,0 TWh/a übersteigende Strombedarf wird durch Gebäudephotovoltaik gedeckt. Dies erfordert deutlich höhere Strommengen als in den EP2050+ angenommen.
- Stromimporte: Die Stromimporte im Winter werden aufgrund der von der EU eingeführten sogenannten «70%-Regel» auf höchstens 10,0 TWh/a beschränkt.
In Tabelle 2 ist die Energieproduktion zusammengestellt die benötigt wird um den Energiebedarf des Vergleichsszenarios im Jahr 2050 zu decken. Insgesamt muss die Stromproduktion auf 158,7 TWh/a gesteigert werden.
|Verwendungs-|
zweck
|Fossil||Bio-|
masse
|Holz||Bio-|
müll
|Bio-|
gas
|Bio-|
diesel
|Umw.-|
wärme
|Strom||Fern-|
wärme
|PtX||Total||Som-|
mer
|Win-|
ter
|Energieproduktion||7.5||13.6||6.1||6.3||1.2||0.0||0.0||-158.7||-6.6||0.0||-144.1||-103.9||-54.9|
|Kernkraftwerke||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0|
|Wärmekraftwerke||7.5||13.6||6.1||6.3||1.2||0.0||0.0||-3.9||-6.6||0.0||10.7||-1.6||-2.3|
|Restwasser||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||1.9||0.0||0.0||1.9||1.0||1.0|
|Erneuerbare||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||-156.7||0.0||0.0||-156.7||-103.2||-53.5|
|Wasserkraftwerke||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||-46.6||0.0||0.0||-46.6||-27.1||-19.5|
|Photovoltaik||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||-105.8||0.0||0.0||-105.8||-74.3||-31.5|
|Windenergie||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||-4.3||0.0||0.0||-4.3||-1.8||-2.5|
|Geokraftwerke||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0||0.0|
|Bruttoverbrauch||7.5||14.0||7.8||1.6||4.7||0.0||50.1||118.1||6.7||22.5||219.0||53.3||64.9|
|Total 2050||15.1||27.6||13.9||7.8||5.9||0.0||50.1||-40.6||0.2||22.5||74.9||-50.6||10.0|
Da der Mehrbedarf gemäss der Grundphilosophie der EP2050+ grossmehrheitlich mit Gebäudephotovoltaik gedeckt werden soll, werden 105,8 TWh/a mittels Gebäudephotovoltaik erzeugtem Strom benötigt um das Winterdefizit nicht über 10,0 TWh/a ansteigen zu lassen. Damit wird das in der Schweiz verfügbare technisch realisierbare Potenzial der Gebäudephotovoltaik von 60,0 TWh/a um 45,8 TWh/a überschritten.
Dieser Fehlbetrag ist zu gross, um ihn mit dem Argument wegdiskutieren zu können, dass der Wirkungsgrad der Solarmodule in Zukunft weiter steigen wird. Bei realistischen Annahmen zur Effizienzsteigerung und ohne nennenswerte Importe von Winterstrom, Biomasse und strombasierten Kraftstoffen kann eine sichere Stromversorgung auf der Basis der überwiegenden Nutzung von Gebäudephotovoltaik nicht gewährleistet werden.
Dass das Basisszenario der Energieperspektiven 2050+ unter den realistischen Randbedingungen des Vergleichsszenarios nicht umsetzbar ist, liegt vor allem an der Gewichtung der Gebäudephotovoltaik als Hauptstromlieferantin. Gebäudephotovoltaik ist aus technischer Sicht mit Abstand die schlechteste Lösung. Der Strom fällt vor allem dann an, wenn er nicht gebraucht wird. Im Winterhalbjahr, wenn die Wärmepumpen betrieben werden müssen, liefern Photovoltaikanlagen auf Gebäuden lediglich 26% ihrer Jahresproduktion. 74% wird im Sommer produziert, wenn der Stromverbrauch geringer ist.