Pumpspeicherkraftwerke: Lösungen für die Zukunft

Die Wasserkraft bildet das Rückgrat der Schweizer Energieversorgung. Mehr als die Hälfte der hiesigen Stromproduktion stammt von Laufwasserkraftwerken, Speicherkraftwerken und Pumpspeicherkraftwerken. Und auch wenn viel über Photovoltaik, Windkraft und Co. diskutiert wird: Heute stammen noch immer 96 Prozent der erneuerbaren Schweizer Stromproduktion aus der Wasserkraft. Diese ist deshalb die wichtigste einheimische Energiequelle und für die Dekarbonisierung und Denuklearisierung unserer Energieversorgung unverzichtbar.

Wertvolles Speichern

Innerhalb der Wasserkraft haben die 15 Schweizer Pumpspeicherkraftwerke (PSKW) zwar nur einen Anteil von 4,3 Prozent an der Gesamtproduktion. Ihre Bedeutung für die Energieversorgung liegt aber insbesondere darin, dass sie überschüssigen Strom speichern und bei Stromknappheit rasch wieder nutzbar machen können. Das kann heute in diesem Massstab keine andere Technik. Vor allem bieten PSKW die Möglichkeit, die stochastisch anfallende Elektrizität aus der Photovoltaik und der Windkraft zu speichern. Diese Speicherfähigkeit ist unerlässlich, wenn die Umstellung auf eine erneuerbare Energieversorgung gelingen soll.

Sinkende Preisvarianz

Das Paradoxe daran: Die neuen erneuerbaren Energien wie Windkraft und Sonnenenergie sind einerseits auf die PSKW angewiesen, um Überschüsse zu speichern. Andererseits konkurrieren sie aber auch das Geschäftsmodell der PSKW. «Im Kern sieht das Geschäftsmodell von Pumpspeicherkraftwerken vor, Wasser dann hochzupumpen, wenn der Strom günstig ist», erklärt Adhurim Haxhimusa, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zentrum für wirtschaftspolitische Forschung. der Fachhochschule Graubünden. «Wenn die Preise höher sind, wird das Wasser wieder verstromt und so ein Gewinn erzielt.» Die benötigte Preisvarianz entsteht beispielsweise zwischen Tag und Nacht, zwischen Wochentagen und Wochenende und auch zwischen Winter und Sommer. Die Preisvarianz ist aber in den letzten Jahren zurückgegangen, was die Profite der PSWK sinken liess.

Konkurrenz durch Erneuerbare

Gemäss Haxhimusa zeigen empirische Untersuchungen, dass diese Entwicklung mit der Zunahme der Stromeinspeisung aus erneuerbaren Quellen korreliert. Die neuen erneuerbaren Energien haben also einen Einfluss auf die Profitabilität von PSKW. Die verschiedenen erneuerbaren Energien haben indes unterschiedliche Effekte. Haxhimusa gibt ein Beispiel: «Die Einspeisung von Solarstrom schneidet die Preisspitzen zur Mittagszeit deutlich ab, weil mehr Strom zur Verfügung steht und dieser damit billiger ist.» Die Abnahme der täglichen, wöchentlichen und saisonalen Preisvarianz durch den Ausbau der erneuerbaren Energien trägt also dazu bei, dass das Kerngeschäft der PSKW unrentabel wird. Dadurch bietet der Markt keinen Anreiz, in neue Pumpspeicherkraftwerke zu investieren – obwohl diese heute und in Zukunft für die Integration der Erneuerbaren ins Stromsystem nötig sind.

Langlebig und zuverlässig

Zwar haben PSKW durchaus einige Vorteile gegenüber den «neuen» erneuerbaren Energien. Die Lebensdauer von mehr als 80 Jahren beispielsweise ist deutlich höher als die einer Photovoltaikanlage, und auch der Wirkungsgrad von rund 80 Prozent überzeugt. Die Kapitalkosten pro Stromeinheit sind gering, und PSKW können sehr flexibel und gleichzeitig zuverlässig auf Schwankungen im Stromnetz reagieren. Demgegenüber sind Photovoltaikanlagen und Co. schneller und kostengünstiger zu realisieren als PSKW, die hohe Kosten und eine lange Planungs- und Bauphase bedingen. Zudem gibt es in der Schweiz nur wenige potenzielle Standorte für weitere PSKW, und auch die möglichen negativen Auswirkungen auf das Landschaftsbild sowie Flora und Fauna sind Nachteile der Technik.

Volatilität ausgleichen

Trotz dieser Hürden sind Pumpspeicherkraftwerke ein elementarer Bestandteil der künftigen Stromversorgung. Die Stromnetzbetreiber brauchen sie, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten: PSKW können die Volatilität der Stromerzeugung ausgleichen, die vor allem durch den Ausbau der erneuerbaren Energien zunehmen wird. Ohne PSKW drohen bei einer Überproduktion von erneuerbarem Strom Redispatchest, also kurzfristige Änderungen der Lastaufteilung von bestimmten Kraftwerken bei Netzengpässen, oder sogar Einspeisekürzungen von erneuerbaren Energien. PSKW tragen aber auch dazu bei, bei zu tiefer Produktion rasch Strom bereitzustellen, sodass beispielsweise auf Kohle- oder Atomstrom aus dem Ausland verzichtet werden kann. Das hilft nicht nur der Umwelt, sondern spart auch enorme Kosten für den Ausbau des Übertragungs- und Verteilungsnetzes.

Subventionen nötig?

Diese wichtigen Aufgaben werden Pumpspeicherkraftwerke allerdings nur wahrnehmen können, wenn sie sich inskünftig wieder wirtschaftlich(er) betreiben lassen. Das Umfeld dürfte schwierig bleiben, sagt Haxhimusa. «Es wird intensiv an neuen Speichertechniken wie Batterien und Wasserstoffzellen geforscht, was den Wettbewerb weiter verstärken wird.» Da viele dieser neuen Techniken subventioniert werden, werde es für die PSKW noch schwieriger, wettbewerbsfähig zu bleiben. Aus seiner Sicht müsste man daher prüfen, Pumpspeicherkraftwerke ebenso zu subventionieren wie andere erneuerbare Energien, oder aber eine Verteuerung von CO2-Zertifikaten durchsetzen. Letzteres würde sich Haxhimusa zufolge effizienter und effektiver auswirken, um CO2-Emissionen zu reduzieren. Zudem würde die Massnahme marktbasierte Investitionsanreize für emissionsfreie Techniken liefern, statt vorzugeben, welche Technik zum Zuge kommt.

Neue Ansätze

Nach möglichen Lösungen für das Problem der unwirtschaftlichen PSKW hat ein Projekt im Rahmen eines Forschungsprogramms des Nationalfonds gesucht. Die Untersuchungen des Projektteams haben gezeigt, dass in der aktuellen Situation Investitionen in neue erneuerbare Energien lohnender sind als in PSKW. Dies vor allem wegen der wesentlich kürzeren Amortisationszeit, die bei Ersteren 20 bis 27 Jahre beträgt, bei Letzteren aber bis zu 80 Jahre. Das Projektteam schlussfolgert daraus, dass Pumpspeicherkraftwerke die Entscheidungsträger mit flexibleren Möglichkeiten überzeugen müssen. Einen Ansatz dazu bezeichnen die Forschenden als «Start small, think big». Dabei sollen bereits in der Planungsphase eines Neubaus oder einer Nachrüstung spätere Ausbauschritte eingeplant werden. Die Forschenden empfehlen beispielsweise, das Turbinenhaus und den Druckstollen so zu dimensionieren, dass sie später noch erweitert werden können. Gleiches gilt für das Fundament der Staumauer – es muss so stabil sein, dass es eine spätere Erhöhung tragen kann. Mit solchen optionalen Ausbauschritten kann dem Projektteam zufolge ein unprofitables Projekt profitabel gemacht werden.

Konzessionspraxis überdenken

Als weiteren Ansatzpunkt identifizierten die Forschenden die Konzessionen für die Wasserrechte. Sie machen die Planung von Wasserkraftwerken sehr unflexibel, weil sie bisher eine Lauffrist von 80 bis 100 Jahren hatten. Da viele dieser Konzessionen aber in den nächsten Jahren auslaufen, besteht die Möglichkeit, bei den Erneuerungen flexiblere Lösung als bisher zu finden. Der Ball für entsprechende Anpassungen liegt bei der Politik: Sie soll gemäss dem Projektteam die Konzessionsvergabe überdenken und neu gestalten. Auch die gesetzlichen Rahmenbedingungen sollten angepasst werden, sodass skalierbare Wasserkraftprojekte realisiert werden können. Klar ist also: Es muss sich etwas ändern, damit die Pumpspeicherkraft auch in Zukunft die ihr zugedachte systemrelevante Rolle zu übernehmen imstande ist.