Vernetzte Netze

Die Energieversorger in der Schweiz haben eine höchst anspruchsvolle Aufgabe: Sie müssen die Schweiz mit Strom, Gas oder Wärme versorgen, und zwar über Energie­netze. Zugegeben, das hört sich auf den ersten Blick banal an. Zumal vor dem Hintergrund, dass die Kunden in der Schweiz schlicht davon ausgehen können, dass immer genügend Energie bezogen und verbraucht werden kann, wenn sie denn benötigt wird. Natürlich kommt es auch in der Schweiz vor, dass die Stromversorgung einmal ausfällt: Wenn beispielsweise ein Transformator abschaltet, weil sich ein Nager an Leitungen oder Kabeln zu schaffen gemacht hat, ein von einem Sturm geknickter Baum eine Überlandleitung herunterreisst oder ein Bagger ein Kabel beschädigt. Solche Unterbrüche haben in der Regel aber eher lokalen oder maximal regionalen Charakter und sind auch relativ schnell wieder behoben.

Das betrifft beileibe nicht nur Stromnetze, sondern sämtliche leitungsgebundenen Energieträger, also beispielsweise auch Gas und Wärme. Denn auch Gas- oder Wärmenetze können beschädigt werden, was einen Versorgungsausfall zur Folge haben kann.

Grossflächige Energieausfälle, welche ganze Städte oder sogar Landesteile lahmlegen, sind in der Schweiz aber sehr selten. Und auch die oben erwähnten «kleinen» Stromausfälle – welche direkt Betroffene natürlich ebenso empfindlich treffen wie ein massiver Ausfall – sind in der Schweiz alles andere als an der Tagesordnung. Dies lässt sich mit Zahlen belegen: So betrug in der Schweiz die durchschnittliche Unterbrechungsdauer pro Endverbraucher im Jahr 2015 nur gerade 21 Minuten.[1] Dies entspricht einer durchschnittlichen Verfügbarkeit von 99,996 %. Zum Vergleich: IT-Dienstleister gewähren in ihren Service Level Agreements eine Verfügbarkeit von maximal 99,9 %. Das heisst, ein Kunde muss pro Jahr einen Unterbruch von bis zu acht Stunden hinnehmen. Die Zuverlässigkeit des Schweizer Netzes lässt sich auch anhand des Trilemma Index 2016 des World Energy Council belegen: Die Schweiz belegt dort den zweiten Platz – und zwar weltweit.[2]

Diese guten Werte und die entsprechend hohe Versorgungssicherheit in der Schweiz kommen allerdings nicht von ungefähr. Sie sind im Gegenteil das Resultat eines verantwortungsvollen Umgangs mit den nationalen Energienetzen. Nebst regelmässigem Unterhalt gehören dazu auch Erneuerung und Ausbau, um künftigen Anforderungen gerecht zu werden. Während der Ausbau auf den Netzebenen 5–7 verhältnismässig einfach zu bewältigen ist, gestaltet er sich bei grossen Teilen des Hoch- und Höchstspannungsnetzes (Netzebene 1–3) schwierig. Dieses wurde bereits in den 1950er- und 1960er-Jahren gebaut, mit einer für die damaligen Anforderungen sehr guten Dimensionierung. Wird der nun notwendige Ausbau nicht vorgenommen, wird die Versorgungssicherheit gefährdet. Hält man sich vor Augen, dass beispielsweise das von Swissgrid betriebene Schweizer Übertragungsnetz rund 6700 km lang ist und gut 12 000 Strommasten umfasst, erhält man eine Ahnung vom Ausmass dieser anspruchsvollen Aufgabe.

Die Versorgungssicherheit ist ein grosser Standortvorteil. Die permanent hohe Verfügbarkeit, welche die heimischen Kraftwerke sowie die nationalen Energienetze sicherstellen, erlaubt nicht nur privaten Endverbrauchern einen quasi uneingeschränkten Bezug von Energie. Sie ist auch das Fundament einer erfolgreichen und stabilen Wirtschaft in der Schweiz. Fällt der Strom während längerer Zeit aus, kann beispielsweise die Kühlkette für Lebensmittel nicht mehr aufrechterhalten werden. Ein solches Ereignis betrifft Produzenten, Zwischenhändler, Transportunternehmen, Grossverteiler, Gastronomie und Verbraucher gleichermassen. Das entsprechende Produkt kann in so einem Fall nämlich gar nicht oder zumindest nicht in der erwarteten Qualität gehandelt und konsumiert werden.

Oder man stelle sich vor, dass die Stromversorgung eines Rechenzentrums einer grossen öffentlichen Verwaltung ausfällt. Dabei würden im Extremfall nicht nur Tausende Arbeitsplätze temporär ausfallen, sondern es könnte darüber hinaus auch zum Worst-Case-Szenario eines Datenverlusts kommen. Das hätte nicht nur einen erheblichen Image-Schaden des IT-Dienstleisters zur Folge, sondern auch empfindliche Regressforderungen an dessen Adresse, welche ihn im schlimmsten Fall in seiner Existenz bedrohen. Rechenzentrumsbetreiber nutzen zwar zusätzliche Möglichkeiten für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), um bei Störungen im Stromnetz die Versorgung kritischer elektrischer Lasten sicherzustellen. Diese Massnahmen sind aber meist sehr kostenintensiv. Das IT-Unternehmen Bedag beispielsweise setzt in seinem Rechenzentrum in Bern Dieselaggregate und kinetische Anlagen (Schwungräder) ein, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sicherzustellen.

Der Bundesrat kam 2014 in einer Studie zum Ergebnis, dass ein ganztägiger kompletter Stromausfall Kosten von 12 bis 42 Milliarden Franken verursachen würde [3], was verheerende Auswirkungen auf die Schweizer Volkswirtschaft hätte. Das sind extrem hohe Zahlen, welche einerseits erschrecken, anderseits aber auch die Wichtigkeit einwandfrei funktionierender Energienetze für die Schweiz verdeutlichen. Wie in der Vergangenheit ist es daher auch heute und in Zukunft angezeigt, die heimischen Energienetze zu unterhalten und – wo nötig – auszubauen. Der regelmässige Unterhalt ist umso wichtiger, da es sehr lange dauert, bis sich eine verminderte Verfügbarkeit auch nur andeutet. Müssen dannzumal Sofortmassnahmen eingeleitet und umgesetzt werden, verursachen diese deutlich höhere Kosten als regelmässige und langfristig geplante Unterhalts- und Ausbauarbeiten. Es würde zudem Jahre dauern, bis solche Massnahmen greifen und der Zustand wieder auf das heutige Niveau angehoben werden kann, denn ein solcher Investitionsstau kann nicht in ein paar Monaten behoben werden.

Die Netze müssen sich ausserdem den Anforderungen der Zukunft anpassen. Denn, ob die Energiestrategie am 21. Mai 2017 angenommen wird oder nicht: Die erneuerbaren Energien spielen in Zukunft so oder so eine zunehmend grössere Rolle. Der Anteil der Energie, welche aus Sonnen- und Windkraft sowie anderen erneuerbaren Quellen wie Biomasse oder Geothermie gewonnen werden wird, wird steigen. Auch diese Energie muss irgendwie in die bestehenden Energienetze integriert werden, worauf diese jedoch noch nicht oder nur unzureichend vorbereitet sind. Wenn also der Prosumer, der auf seinem Dach eine Photovoltaik-Anlage betreibt und seine Energie bei Tageslicht selbst gewinnt, diese zu dem Zeitpunkt aber nicht oder nur zu einem Teil selbst braucht, muss das Netz in der Lage sein, diese überschüssige Energie aufnehmen zu können. Bei einzelnen Photovoltaik-Anlagen ist das kein Problem. Sind jedoch in einem Quartier oder in einer Netzregion sehr viele Photovoltaik-Anlagen installiert, kann es problematisch werden. Diese Anlagen speisen alle gleichzeitig ins Netz ein, was zu grossen Spitzen führt, auf die das Netz nicht ausgelegt ist. Swissolar schätzt, dass Ende 2016 in der Schweiz rund 70 000 Photovoltaik-Anlagen in Betrieb waren.[4] Solche oben dargestellten Cluster sind also keineswegs abwegig. Die Dimensionierung des Netzes muss sich dabei jeweils an der maximal möglichen dezentralen Einspeiseleistung orientieren, obwohl diese aber nur selten wirklich erreicht wird.

Auch die verdichtete Lebensweise führt zu einem Umbau des Netzes, da heute anstelle von Einfamilienhäusern Mehrfamilienhäuser gebaut werden. Und während in den 1960er-Jahren in einem Haushalt ein Fernsehgerät, vier Herdplatten und ein paar Glühbirnen Energie benötigten, sorgen heute Wärmepumpen, Multimedia-Installationen, energie­intensive Küchengeräte und auch Ladestationen für Elektrofahrzeuge für einen stetig steigenden Bedarf.

Smart Grids sind ein Mittel, um diese komplexer werdenden Netzstrukturen und Stromflüsse zu bewältigen, primär bei der Lastregelung und generell zur Aufrechterhaltung der Stabilität des Netzes. Solche intelligenten Stromnetze können in der Theorie in Echtzeit Zustandsinformationen und Lastflussdaten aus allen Netzelementen abrufen und verarbeiten. Dies würde die automatische Steuerung und die Optimierung der Last im Netz erlauben. Smart Meter, intelligente Zähler, sind ein wichtiger Baustein in diesen intelligenten Netzen. Sie ersetzen nach und nach die klassischen mechanischen Zähler und haben vielerlei Vorteile. So müssen sie nicht mehr vor Ort ausgelesen werden, sondern senden – eingebunden in ein Kommunikationsnetz – die Daten vom Verbraucher direkt an das Energieversorgungsunternehmen. Je nach Geschwindigkeit und Übermittlungsfrequenz erlaubt die Datenübertragung durch Smart Meter einem Energieversorger auch, sein Netz optimal zu steuern. Auf der anderen Seite können Verbraucher dank variabler Tarifsysteme ihren Stromverbrauch und damit auch ihre Energiekosten optimieren.

So viele Vorteile diese Digitalisierung der Netze auch hat, werden trotzdem immer wieder die Stimmen von Kritikern laut. An erster Stelle stehen jeweils eine Vielzahl von Sicherheitsbedenken. Mittels böswilliger Attacken könnte so theo­retisch schliesslich die Versorgung breiter Teile der Bevölkerung unterbrochen werden, indem deren Anschlüsse ausgeschaltet werden. Weil aber eine Ferneinschaltung eines Anschlusses immer ein Gefahrenpotenzial birgt – es könnten Menschen zu Schaden kommen – verfügen lange nicht alle Smart-Meter-Systeme über eine solche Fernbedienungsmöglichkeit. Auch dem Datenschutz muss bei Smart Metern erhöhte Aufmerksamkeit gewidmet werden. Aufgrund der übermittelten Daten könnten Lebensgewohnheiten der Verbraucher ermittelt werden. Möglichkeiten, um ein solches «Profiling» zu verhindern, gibt es mehrere: Zum Beispiel kann das minimale Übertragungsintervall für die Daten entsprechend lang festgelegt werden. Oder die Systeme werden dergestalt gebaut, dass die detaillierten Daten einzig im Messsystem gespeichert werden und gar nie bis zum Netzbetreiber gelangen. Bisweilen wird auch die Zuverlässigkeit der Geräte angezweifelt.

Vor dem Hintergrund politischer, ökologischer und wirtschaftlicher Entwicklungen wird die Rolle heterogener Energienetze immer wichtiger, denn in Zukunft muss die Energieversorgung neu konzeptioniert werden. Obwohl (oder gerade weil) Energie immer stärker dezentral produziert wird, drängt sich die Betrachtung der Energieversorgung aus einer ganzheitlichen Perspektive auf. Es kann sich lohnen, Strom-, Gas- und Wärmenetze – einst unabhängig voneinander konzipiert und betrieben – nun aufeinander abzustimmen. Werden diese Netze neu als ein Gesamtsystem betrachtet und entsprechend angepasst, bedeutet dies einen massgeblichen Beitrag zu einer Energiepolitik, die der Energieeffizienz sowie den erneuerbaren Energien – zentrale Punkte des 2011 eingeleiteten «Umbaus des Energiesystems» – gebührend Rechnung trägt. Diese Netzkonvergenz wird immer mehr Realität. Erst vor einigen Wochen nahm beispielsweise Alpiq eine Power-to-Heat-Anlage in Niedergösgen in Betrieb.

[1]   Olivier Stössel, Versorgungssicherheit – eine umfassende Betrachtung, Bulletin 12/2016
[2]   trilemma.worldenergy.org/
[3]   www.strom.ch/stromzukunft
[4]   www.swissolar.ch
[5]   www.swissgrid.ch