Strommix der Schweiz und Energiespeicher: Selbsttest

Einstieg: Woher kommt unser Strom im Winter?

Im Sommer schmilzt der Schnee in den Alpen, die Flüsse führen viel Wasser, und Solaranlagen liefern Strom bis spät am Abend. Die Schweiz exportiert dann oft Strom ins Ausland. Im Winter sind die Tage kurz, die Bäche führen wenig Wasser, und gleichzeitig laufen Heizungen und Wärmepumpen. In den meisten Jahren, vor allem in trockenen, muss die Schweiz im Winterhalbjahr Strom importieren. Wie sieht die Energieversorgung der Schweiz aus, und was kannst du selbst beitragen?

Erklärung: Energie in der Schweiz

Der Strommix

2024 wurden in der Schweiz rund 81 Milliarden Kilowattstunden (81 TWh) Strom produziert, so viel wie noch nie. Das Jahr war sehr nass, deshalb lieferte die Wasserkraft besonders viel.

• Wasserkraft lieferte knapp 60 Prozent. Laufkraftwerke an Flüssen wie Rhein und Aare produzieren gleichmässig. Speicherkraftwerke in den Alpen sammeln Schmelzwasser im Sommer und produzieren dann, wenn Strom gebraucht wird, zum Beispiel im Winter.
• Kernkraft lieferte gut ein Viertel. In den Kernkraftwerken Beznau, Gösgen und Leibstadt wird Kernenergie über Wärme und Dampfturbinen in elektrische Energie umgewandelt.
• Photovoltaik wächst schnell, liefert aber vor allem im Sommerhalbjahr.

Strom ist nur ein Teil

Strom deckt in der Schweiz nur gut einen Viertel des gesamten Endenergieverbrauchs. Fast die Hälfte stammt noch aus Erdölprodukten, vor allem Treibstoffe für Autos und Flugzeuge sowie Heizöl. Dazu kommen Erdgas, Holz, Fernwärme und andere Energieträger.

Erneuerbar oder nicht?

• Erneuerbare Energieträger stehen nach menschlichen Massstäben unbegrenzt zur Verfügung, weil sie sich laufend erneuern: Wasserkraft, Sonne, Wind, Holz, Biogas, Umgebungswärme.
• Nicht erneuerbare Energieträger sind in Millionen von Jahren entstanden und werden viel schneller verbraucht, als sie nachwachsen: Erdöl, Erdgas, Kohle. Auch das Uran für Kernkraftwerke ist begrenzt. Fossile Energieträger setzen beim Verbrennen Kohlenstoffdioxid frei, das zum Klimawandel beiträgt.

Speichern und transportieren

Elektrische Energie lässt sich schlecht direkt speichern. Man wandelt sie deshalb um:

Speicher	Form der gespeicherten Energie	Beispiel
Speichersee	Lageenergie	Lac des Dix
Pumpspeicherkraftwerk	Lageenergie, Wasser wird mit überschüssigem Strom hochgepumpt	Nant de Drance (Wallis), rund 20 GWh
Batterie und Akku	chemische Energie	Handy, Elektroauto, Heimspeicher
Wärmespeicher	thermische Energie	Boiler, Fernwärmespeicher

Ein Pumpspeicherkraftwerk gibt beim Turbinieren rund 80 Prozent der Energie zurück, die es beim Pumpen gebraucht hat. Es verbraucht also netto Energie, macht sie aber dann verfügbar, wenn sie gebraucht wird.

Strom wird über Hochspannungsleitungen transportiert. Je höher die Spannung, desto kleiner die Stromstärke für dieselbe Leistung, und desto weniger Energie wird in den Leitungen zu Wärme.

Beispiele

Beispiel 1: Anteile berechnen Wasserkraft: $48{,}3 : 81{,}1 \approx 0{,}596$, also knapp 60 Prozent. Photovoltaik: $6{,}0 : 81{,}1 \approx 0{,}074$, also gut 7 Prozent.

Beispiel 2: Stand-by im Schulzimmer Ein Beamer braucht im Stand-by-Betrieb 3 W. Er ist das ganze Jahr eingesteckt, aber nur 1000 Stunden in Betrieb. Die Stand-by-Zeit beträgt $8760\ \text{h} - 1000\ \text{h} = 7760\ \text{h}$.

$E = 3\ \text{W} \cdot 7760\ \text{h} \approx 23\,000\ \text{Wh} = 23\ \text{kWh}$

Mit einer schaltbaren Steckerleiste lässt sich diese Energie sparen.

Typische Fehler

• „Energie wird verbraucht.“ Sie wird umgewandelt und entwertet.
• „Strom und Energie sind dasselbe.“ Strom ist nur eine Form, in der wir Energie nutzen. Heizöl und Benzin sind grosse Anteile.
• „Watt und Kilowattstunde sind dasselbe.“ Watt ist die Leistung, die Kilowattstunde eine Energiemenge.
• „Ein Pumpspeicherkraftwerk erzeugt Energie.“ Es speichert sie und gibt weniger zurück, als es aufnimmt.

Merksatz

Die Schweiz produziert Strom vor allem aus Wasserkraft und Kernkraft, Photovoltaik wächst. Strom ist nur gut ein Viertel des Endenergieverbrauchs, fast die Hälfte stammt aus Erdölprodukten. Energie wird gespeichert, indem man sie in Lage-, chemische oder thermische Energie umwandelt.

Übungen: Selbsttest zur ganzen Reihe

Grundlagen

1. Zeichne die Energieumwandlungskette eines Kernkraftwerks: von der Kernenergie bis zur elektrischen Energie.
2. Nenne je zwei erneuerbare und nicht erneuerbare Energieträger.
3. Ein Föhn mit 1800 W läuft 10 Minuten. Wie viele kWh sind das?

Weiter

4. Erkläre, warum die Schweiz in den meisten Jahren im Winterhalbjahr Strom importiert, obwohl sie übers ganze Jahr oft mehr Strom produziert als verbraucht.
5. Ein Pumpspeicherkraftwerk nimmt in der Nacht 100 MWh auf. Wie viel elektrische Energie gibt es am Tag ab, wenn der Wirkungsgrad 80 Prozent beträgt? Was geschieht mit dem Rest?
6. Beim Bremsen eines Elektroautos wird ein Teil der Bewegungsenergie in den Akku zurückgeführt. Zeichne die Energiekette und markiere, wo Wärme entsteht.

Knobeln

7. Berechne, wie viel Prozent der Stromproduktion 2024 Kernkraft und Photovoltaik zusammen ausmachten.
8. Nenne drei Massnahmen, mit denen eure Schule im Winter Strom sparen könnte. Begründe jeweils mit Leistung und Zeit.

Lösungen

1. Kernenergie (im Uran) → Reaktor → thermische Energie → Dampferzeuger → Bewegungsenergie des Dampfes → Turbine → Bewegungsenergie der Welle → Generator → elektrische Energie. Bei jedem Schritt entsteht Abwärme, die zum Beispiel über Kühltürme abgegeben wird.
2. Erneuerbar: zum Beispiel Wasserkraft, Sonne, Wind, Holz. Nicht erneuerbar: zum Beispiel Erdöl, Erdgas, Kohle, Uran.
3. $E = 1{,}8\ \text{kW} \cdot \tfrac{1}{6}\ \text{h} = 0{,}3\ \text{kWh}$.
4. Im Winter fliesst wenig Wasser, viele Bäche sind gefroren, und Solaranlagen liefern wegen kurzer Tage und tief stehender Sonne wenig. Gleichzeitig ist der Bedarf für Heizung, Wärmepumpen und Licht hoch. Im Sommer gibt es dagegen Überschüsse, die exportiert werden. In sehr nassen Jahren wie 2024 kann die Produktion auch im Winter reichen, in trockenen Jahren nicht.
5. $0{,}8 \cdot 100\ \text{MWh} = 80\ \text{MWh}$. Die übrigen 20 MWh werden durch Reibung und elektrische Verluste in Pumpen, Turbinen, Leitungen, Motoren und Generatoren zu Wärme.
6. Bewegungsenergie des Autos → Elektromotor als Generator → elektrische Energie → Akku → chemische Energie. Wärme entsteht im Generator, in den Leitungen und im Akku, dazu in den Bremsen, falls zusätzlich mechanisch gebremst wird.
7. $(23{,}0 + 6{,}0) : 81{,}1 \approx 0{,}358$, also rund 36 Prozent.
8. Beispiele: Geräte ganz ausschalten statt Stand-by (kleine Leistung, aber sehr lange Zeit). Licht nur dort einschalten, wo es gebraucht wird, und LED-Lampen verwenden (kleinere Leistung). Fenster kurz und ganz öffnen statt gekippt lassen, damit die Heizung weniger lange läuft. Elektrische Heizlüfter vermeiden (sehr grosse Leistung).