Versorgungssicherheit wird berechenbar

Die Energiewende stellt Länder, Städte und Regionen vor Herausforderungen. Die Nutzung von möglichst nachhaltigen Energiequellen ist zentral, um dem Klimawandel Einhalt zu gebieten. Gleichzeitig dürfen die Kosten für das Energiesystem nicht überborden, und die Versorgungssicherheit muss gewährleistet sein. Diese drei Aspekte – Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit – bilden das sogenannte Energie-Trilemma.

Wie aber soll nun die Versorgungssicherheit berechnet werden? Forschende von Empa, der ETH Zürich und des «Lawrence Berkeley National Laboratory» in den USA schlagen ein neues Modell vor. Es hat die Form einer Pyramide mit fünf Stufen. Für jede Stufe haben die Forschenden quantitative Indizes bereitgestellt.

Das Empa-Modell

• Die unterste Stufe, Eigenproduktion, ist eine simple Energiebilanz: Wie viel Energie kann ein Land in einem Jahr aus eigenen Ressourcen produzieren, und wie viel verbraucht es?
• Auf der zweiten Stufe geht es um die Autonomie, sprich: Wie viele Energieimporte sind über das Jahr verteilt notwendig, und wie sicher sind die Importwege?
• Ab der dritten Stufe der Pyramide, der ausreichenden Systemkapazität, kommen dynamische Effekte hinzu. Stündlich oder in kürzeren Abständen wird geprüft, ob der Energiebedarf zu jedem Zeitpunkt von irgendeiner Quelle gedeckt werden kann.
• Die vierte Stufe beschäftigt sich mit der Selbstversorgung: Kann das Land zeitweise ohne Importe auskommen?
• Auf der obersten Stufe sprechen die Forschenden von vollständiger Autarkie; dabei kann das Land über das ganze Jahr (oder sogar länger) jederzeit von der eigenen Energieproduktion leben.

Obwohl die Stufen aufeinander aufbauen, sollten sie laut Mitautor Georgios Mavromatidis, Leiter des «Urban Energy Systems Laboratory», alle gleichzeitig betrachtet werden. «Moderne Energiesysteme sind sehr komplex. Die Pyramide soll helfen, die verschiedenen Indizes richtig einzuordnen und Klarheit bei den Begrifflichkeiten zu schaffen», sagt der Forscher. Ihre wichtigste Stärke gegenüber bestehenden Modellen ist die Berücksichtigung der Dynamik auf den höheren Stufen. «Gerade erneuerbare Energiesysteme werden sehr dynamisch betrieben, denn Wind und Sonne sind nicht immer in gleichem Ausmass vorhanden», so Mavromatidis. «Eine gemittelte Jahresbilanz ist daher kein guter Indikator für die Versorgungssicherheit in einem solchen System.»

Mehr Sicherheit dank erneuerbaren Energien

Die Pyramide sei als ein erster Vorschlag zu verstehen, betonen die Forscher. Sie dient auch als Grundlage für weitere Diskussionen, Forschung und Verfeinerung der Indizes. Dennoch kann das Modell bereits heute zur Energieplanung eingesetzt werden. Dies demonstrierten die Forschenden in ihrer Studie am Beispiel der Schweiz. Die Analyse ergibt: Mit dem richtigen Einsatz von erneuerbaren Energien kann die Schweiz ihre Energieversorgungssicherheit in Zukunft sogar steigern.

Autark wird die Schweiz im Zukunftsszenario der Forschenden nicht – das sei auch nicht unbedingt das Ziel, so Matthias Sulzer, Leiter des Empa-Departements «Ingenieurwissenschaften». «Hier kommt wieder das Energie-Trilemma ins Spiel», erklärt er. «Natürlich wäre es technisch möglich, in der Schweiz eine komplett autarke Energieversorgung aufzubauen. Sogar ein autarkes und nachhaltiges System wäre machbar – aber das würde dann die Kosten stark in die Höhe treiben.» Mit einem Mix aus Importen und Eigenproduktion, sowie aus unterschiedlichen Energiequellen, kann die Schweiz die Kosten, die Nachhaltigkeit und die Versorgungssicherheit unter ein Dach bringen.