Atomkraft ist zuverlässiger als Sonnenenergie – Schlumpfs Grafik, Folge 21

Atomkraft ist zuverlässiger als Sonnenenergie – Schlumpfs Grafik, Folge 21

Die geplante Substitution von Atomkraftwerken durch Fotovoltaik schafft zunehmende Versorgungsprobleme – vor allem im Winter. Denn Sonnenstrom ist bei weitem nicht so effizient wie Atomstrom.

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von Martin Schlumpf am 22.11.2021, 13:30 Uhr
Bedarfsgerecht steuerbare Energie: Kernkraftwerk Beznau. Bild: Keystone
Bedarfsgerecht steuerbare Energie: Kernkraftwerk Beznau. Bild: Keystone
Bundesrätin Simonetta Sommaruga hat neuerdings zwar erkannt, dass wir gegen Ende Winter ein Versorgungsproblem beim Strom haben, sie redet es aber immer noch klein. Gleichzeitig empfiehlt sie den raschen und massiven Ausbau der Erneuerbaren, vor allem der Solaranlagen. Das aber ist ein Widerspruch in sich, weil die Stromeinspeisung von Fotovoltaik (PV) und Kernkraftwerken (KKW) völlig verschieden ist.
Um dies in physikalischer Realität zu zeigen, braucht man die Stundendaten der Plattform der europäischen Übertragungsnetzbetreiber Entso-e (European Network of Transmission System Operators for Electricity). Auf der Webseite dieses Verbandes kann man die Stromflüsse Europas sozusagen in Echtzeit beobachten. Ebenso ist es möglich, vollständige Datensätze aller europäischen Länder herunterzuladen.

Einspeisung und Verbrauch gegenübergestellt

Die hier gezeigte Grafik beruht auf dieser Quelle. Sie beantwortet die Frage: Wie sieht die Stromerzeugung aus Kernkraftwerken und PV-Anlagen in zeitnaher Auflösung über ein ganzes Jahr aus? Weil auf Entso-e die Schweiz nicht vollständig abgebildet ist, habe ich sämtliche Stundendaten der einzelnen Träger so umgerechnet, dass sie in der Jahressumme mit den offiziellen Werten aus der Elektrizitätsstatistik des Bundesamtes für Energie, BFE, übereinstimmen.
Als Referenzjahr habe ich 2019 gewählt, weil in diesem Jahr der Verbrauch noch nicht durch Corona beeinträchtigt wurde. Die folgende Grafik zeigt also für dieses Stichjahr erstens die tatsächliche Stromeinspeisung der Kernkraftwerke, zweitens die hochgerechnete Einspeisung der PV-Anlagen unter der Bedingung, dass sie soweit ausgebaut sind, um dieselbe Jahresmenge Strom zu liefern wie die KKW, sowie drittens den Verbrauch - und zwar in allen 8760 Stunden des Jahres.

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Quellen: Entso-e, Bundesamt für Energie, Martin Schlumpf

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Dass Sie eine solche Grafik noch nie gesehen haben – es gibt sie in keiner Statistik des Bundes –, deutet auf eine Problematik der Energiewende hin: Den meisten Menschen ist die physikalische Realität der Elektrizitätsversorgung ein Buch mit sieben Siegeln – offenbar auch vielen Politikerinnen und Politikern.

Atomkraft ist zuverlässig und verbrauchsgerecht

Schauen wir deshalb genau hin: Die KKW-Einspeisung (violett, unten) zeigt eine typische Bandstromsituation: Mehr oder weniger konstant wird in jeder Stunde des Jahres die gleich grosse Menge Strom geliefert. Der Jahres-Mittelwert von 2885 Megawatt (MW) ist als schwarz-gestrichelte Linie extra eingezeichnet. Die abweichende Minderproduktion, vor allem im Juni, ist auf die notwendige Revision der Kernkraftwerke zurückzuführen, bei der auch einzelne Brennstäbe ersetzt werden müssen. Sie wird in den Sommer verlegt, weil dann der Verbrauch (grau, in der Mitte) tiefer ist als im Winter. Die Atomkraft-Einspeisung ist insgesamt also zuverlässig und verbrauchsgerecht.
Ganz anders verhält sich der PV-Strom (gelb). Zuerst muss noch präzisiert werden, was hier gezeigt wird: Es ist ein um das 11,6-fache aufgeblähter Ertrag der Solaranlagen von 2019. Mit diesem Faktor wurde jeder Stundenwert multipliziert, damit am Ende die gleiche Jahressumme wie bei den KKW resultiert – insgesamt 25,3 Terawattstunden. Die gelbe Kurve zeigt also den Strominput einer fast 12-fachen Ausweitung der heutigen PV-Flächen an denselben Standorten und mit denselben Neigungswinkeln wie bisher.

Sommerüberschüsse und Winterknappheit bei der Fotovoltik

Auch wenn wegen der hohen Auflösung (8760 Datenpunkte auf der Horizontalen) Details verborgen bleiben, so ist doch ins Auge stechend, wie fundamental diese Einspeisungsform von derjenigen der KKW abweicht: Erstens fallen die vielen kleinen Solarkraftwerke über Nacht naturgegeben immer aus, was zu einer Kette von einzelnen Tagesspitzen führt. Zweitens zeigen sie starke Ertragsschwankungen im Rhythmus weniger Tage, und drittens bildet die Hüllkurve über das ganze Jahr den systemtypischen jahreszeitlichen Verlauf von Sommerüberschüssen und Winterknappheit ab.

Eine Energiequelle wie Fotovoltaik, die ständig ausfällt und darüber hinaus noch völlig unterschiedlich liefert, muss als unzuverlässig bezeichnet werden.


Wie steht es also mit der Zuverlässigkeit des Solarstroms? Offensichtlich schneiden hier die PV-Anlagen viel schlechter ab als der Atomstrom: Eine Energiequelle, die ständig ausfällt und darüber hinaus noch so unterschiedlich liefert – notabene nach den Launen der Natur – muss als völlig unzuverlässig bezeichnet werden.

Nur 10 Prozent Auslastung beim Sonnenstrom

Dieses Urteil wird bestätigt durch die Betrachtung der sogenannten Arbeitsauslastung. Dabei setzt man die Strommenge, die ein Kraftwerk bei ununterbrochenem Einsatz und voller Leistung während einem Jahr liefert, als 100 Prozent. Davon ausgehend berechnet man anhand der tatsächlichen Leistung den Prozent-Anteil der Arbeitsauslastung dieses Energieträgers. Bei den KKW war das 2019 87 Prozent, bei den PV-Anlagen 10 Prozent. Das heisst, die Solarpanels liefern durchschnittlich während einer Stunde die maximale Leistung, dann stehen sie neun Sunden still. Oder im direkten Vergleich: Die Atomkraftwerke sind fast 9 Mal effizienter - also zuverlässiger - als die PV-Anlagen.
Aber auch beim Kriterium der Konsumentenfreundlichkeit muss man dem Solarstrom schlechte Noten geben: Sein Sommer-Winter-Verhalten widerspricht den Ansprüchen der Verbraucher fast diametral. Wie die Grafik zeigt, liegt die Verbrauchskurve (grau) von April bis September auf einem etwas tieferen Niveau als im Winterhalbjahr. Massiv in die andere Richtung geht es aber beim PV-Strom: Von Tagesdurchschnittswerten zwischen 2000 bis 4000 Megawatt pro Stunde im Winter bis zu Höchstwerten zwischen 12000 und 18000 im Sommer.

Das Märchen von der Stromspeicherung

Viele werden jetzt einwenden, dass wir den sommerlichen Überschussstrom einfach für den Winter speichern können. Dies ist aber ein reines Wintermärchen, denn für die erforderliche Langzeitspeicherung gibt es noch keine im geforderten Ausmass etablierte Technologie, die auch nur einigermassen kostengünstig ist. Auf dieses Thema werde ich nächste Woche eingehen.

Während der Verbrauch am Mittag nur etwa um 1500 Megawatt grösser ist als am Morgen, schiessen die Solarspitzen über die Mittagszeit auf bis zu 18’000 Megawatt hoch.


Nur bei einem Aspekt der Versorgungsfreundlichkeit kann der Solarstrom punkten: Seine Spitzenwerte liegen naturgegeben um die Mittagsstunden, zu einer Zeit also, wo auch der Tagesbedarf etwas ansteigt. Bei einem Ausbau der Solaranlagen wie hier simuliert sind die Grössenordnungen allerdings unvergleichbar: Während der Verbrauch am Mittag nur etwa um 1500 Megawatt grösser ist als am Morgen (andeutungsweise sichtbar als graue Zackenlinie in der Grafik), schiessen die gelben Solarspitzen von Null auf bis zu 18’000 Megawatt hoch: Hier von verbrauchsgerecht zu sprechen, ist unsinnig.

Auch Wasserkraft hat Schwächen

Und schliesslich dürfen wir nicht vergessen, dass wir die Solaranlagen in Ergänzung zur Wasserkraft installieren wollen. Diese hat aber dieselbe Schwäche bei der Bedarfsgerechtigkeit: Ihre natürlichen Wasserzuflüsse fallen zum grossen Teil im Sommer an (im hydrologischen Jahr 2019/20 waren es 68,6 Prozent). Zwar wird dieser Sommerüberschuss durch unser System der Speicherseen zugunsten einer Mehrproduktion im Winter geglättet, aber auch so bleibt diese im Schnitt bei nur etwa 42 Prozent. Es ist einfach zu verstehen, dass damit die Solarproblematik noch verstärkt wird.
Fassen wir zusammen: Einer bedarfsgerecht steuerbaren, zuverlässigen und in hohem Masse effizienten Atomstromerzeugung steht eine vom Sonnenstand abhängige, unzuverlässige und vor allem nicht verbrauchsgerechte PV-Einspeisung gegenüber. Aufgrund dieser Charakterisierung ist es höchst erstaunlich, warum Frau Sommaruga einen raschen und starken Ausbau der PV-Anlagen propagiert.

Atomkraft versus Fotovoltaik

In der Schweiz sollen Atomkraftwerke durch Fotovoltaik-Anlagen ersetzt werden. Daraus ergeben sich zahlreiche Probleme für die Netzstabilität und die Versorgungssicherheit beim Strom – insbesondere im Winter. Um nicht in einen Blackout zu laufen, müssen die Vor- und Nachteile von Atom und Solar gegeneinander abgewogen werden. Martin Schlumpf geht in einer Reihe von Beiträgen zentralen Aspekten von Atomstrom nach, wie Speicherung, Sicherheit, Strahlung, Abfälle und Kosten – und illustriert diese wie immer mit einer einschlägigen Grafik.

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