Energiespeicherung auf einen Blick
Die Verfügbarkeit erneuerbarer Elektrizität schwankt stark (Tag/Nacht, Sommer/Winter, Starkwind/Flaute) und gefährdet die Netzstabilität
Die Verfügbarkeit von Solarstrom muss vom Tag in die Nacht und vom Sommer in den Winter verschoben werden
Die notwendige Stabilisierung des Stromnetzes braucht grosse Speicher und Backup-Kraftwerke. Heute sind die Erdöl-Pflichtlager (60 TWh fossil), die Speicherseen (8 TWh hydroelektrisch) und die nuklearen Brennstäbe (>100 TWh) die grössten Energiespeicher der Schweiz
Für die künftige Energiespeicherung stehen zur Verfügung:
- Ausbau der Speicherseen
- Batterien
- Ersatz des Erdöls durch CO2-neutrale synthetische Energieträger und Bioöle
Für die Stabilisierung des Netzes ist die Einbindung im Netzverbund mit den Nachbarstaaten relevant
Grundlagen
Erneuerbare Energien wie Sonne, Wind und Wasser unterliegen täglichen und saisonalen Schwankungen.
Photovoltaik-Anlagen produzieren von Mai bis August 4- bis 5-mal mehr Strom als im Winter von November bis Februar. Windkraftwerke hingegen produzieren im Winter ca. 1.8-mal mehr als im Sommer.

Der geplante Ausbau der Photovoltaikanlagen und Abbau der Kernenergie führt zu einer Winterstromlücke von ca. 20 TWh. Das entspricht ungefähr der doppelten Kapazität aller Speicherkraftwerke oder 13-mal der Grande Dixence.

Batterien
Batterien erlauben Elektrizität effizient (>90% Wirkungsgrad) zu speichern und wieder abzugeben. Die maximale Leistung hängt vom Batterietyp und der Kapazität ab. Sie kosten zwischen 100–1000 CHF pro kWh und haben eine Lebensdauer von ca. 10 Jahren. In dieser Zeit erlauben sie mehrere tausend Lade- und Entladezyklen. Batterien können für die laufende Netzstabilisierung und für den Tag/Nacht-Ausgleich eingesetzt werden. Für den Sommer/Winter Ausgleich sind sie jedoch unwirtschaftlich (nur ein Lade- bzw. Entladezyklus pro Jahr).
Die Mehrkosten pro kWh bei der Batterie-Zwischenspeicherung hängen von der Häufigkeit der Be- und Entladung ab. Die Kosten liegen zwischen 0.05 CHF bis 1 CHF pro kWh.
Batterien als Energiespeicher eignen sich für den lokalen Tag/Nacht-Ausgleich und die kurzfristige Netzregelung, nicht aber für den saisonalen Ausgleich.
Speicherseen
Alle Speicherseen (Speicherseen und Pumpspeicherseen) der Schweiz haben zusammen eine Speicherkapazität von ca. 8 TWh, das entspricht ca. 13 % des aktuellen CH-Strombedarfs. Wieviel davon im Winter zur Verfügung steht, hängt vom Füllzustand Anfang November ab (im Mittel der letzten Jahre ca. 6.5 TWh).
Pumpspeicherkraftwerke sind effiziente Batterien für hohe, kurzfristig einsetzbare Leistung. Sie absorbieren und liefern Regelenergie. Aus Kosten- und Kapazitätsgründen sind sie für den Sommer- Winter-Ausgleich nicht geeignet.
Durch Hochpumpen von Wasser in den oberen See wird Energie gespeichert und durch Ablassen über Turbinen in den unteren See wird die Energie mit einem Wirkungsgrad bis 80 % zurückgewonnen. Sie tragen netto nicht zur Energieversorgung bei, sind aber für die Netzstabilisierung wichtig.
Das Zwischenspeichern von elektrischer Energie in Speicherseen führt zu Mehrkosten von 0.05–0.1 CHF pro kWh. Die Kosten hängen von der Intensität der Nutzung der Anlage und den Bau- und Unterhaltskosten ab. Die Wirtschaftlichkeit ist zusätzlich von der Preisdifferenz zwischen Pumpen und Turbinieren abhängig.
Die Speicherkraftwerke speichern zusammen 8 TWh Energie. Sie haben eine maximal abrufbare Leistung von ca. 8 GW und liefern ca. 19 TWh Energie im Jahr. Die 10 grössten Pumpspeicherkraftwerke zusammen haben eine maximale Regelleistung von ca. 3.5 GW.
Synthetische Energieträger /Wasserstoff
Mit erneuerbarer Elektrizität kann durch Elektrolyse von Wasser Wasserstoff (H2) produziert werden. Dieser kann entweder direkt als Energieträger verwendet oder zusammen mit Kohlenstoffquellen (z.B. CO2) zu Kohlenwasserstoffen synthetisiert werden. Das Resultat ist ein CO2-neutraler Treibstoff mit hoher Energiedichte und guter Lagerfähigkeit, der als Ersatz für Benzin oder Kerosin verwendet werden kann. Wird aus Strom Wasserstoff und daraus in einem zweiten Schritt wieder Strom hergestellt (reiner Wasserstoffkreislauf), liegt die elektrische Effizienz bei ca. 25%, d.h. man verliert mit der doppelten Umwandlung 75 % der Energie – kann man dabei die Abwärme nutzen, verliert man «nur» 50 %.
Die Kosten für Strom aus synthetischen Energieträgern sind aufgrund von Wandelverlusten, Prozess- und Transportkosten hoch und können künftig je nach technologischer Entwicklung 0.5–1 CHF/ kWh betragen. Gebiete mit regelmässig viel Sonne oder Wind und geringen Schwankungen sind am besten für die Herstellung von synthetischen Treibstoffen geeignet. Die nur kurze Nutzungsdauer im Schweizer Sommer, stellt den effektiven Einsatz von teuren Wasserstoffanlagen zur Nutzung der Solarüberschüsse in Frage.
Ölspeicherung
Die Schweiz verfügt über Speichermöglichkeiten für 6 Millionen m3 Heizöl. Als Alternative zu fossilem Öl wird weltweit Bioöl gehandelt. Der Preis liegt bei weniger als 0.07 CHF/kWh. Aus Bioöl als Basis, angebaut auf heute unbepflanzten Flächen, könnte in Zukunft die Aviatik mit Treibstoff versorgt oder Kraftwerke betrieben werden. Auch kann aus Bioöl Wasserstoff oder Abwandlungen wie Benzin-, Diesel- oder Kerosin-Ersatz CO2-neutral hergestellt werden.
Nukleare Brennstoffe
Aufgrund der hohen Energiedichte von nuklearen Brennstäben kann der Bedarf für den Betrieb von Atomkraftwerken für über fünf Jahre auf dem Gelände der AKWs gelagert werden, was mehr als 150 TWh Reserve-Energie entspricht.