Schweizer Wasserkraft Auslaufmodell oder Zukunftsmusik? · Referat Energie-Apéros Aargau, Januar 2017 15 Wasserkraft: Volkswirtschaftliche Bedeutung Schweizer Wasserkraft hat enorme

Referat Energie-Apéros Aargau, Januar 2017 1

Referat Energie-Apéros Aargau

Januar 2017

Schweizer Wasserkraft –

Auslaufmodell oder Zukunftsmusik?

Roger Pfammatter, SWV

[Testanlage Windturbine am Nufenenpass; Bild: Swiss Winds]


SWV = Fach- und Interessenverband der Wasserwirtschaft Gegründet: 1910; Fokus: Wasserkraft und Hochwasserschutz, finanziert v.a. durch

Mitglieder, primär mittlere und grosse Wasserkraftproduzenten (~ 90% CH-Produktion WK)

Kurzporträt SWV (1/2)


Webseite

www.swv.ch

Fachzeitschrift

«Wasser Energie Luft»

Kurzporträt SWV (2/2)




I. Rolle der Wasserkraft gestern und heute

II. Entwicklung in der Energie- (Strom-) Strategie

III. Herausforderungen der Zukunft

IV. Fazit

Inhalt


Wasserschloss Schweiz

P = ρ·g·Q·H P [kW], Q [m3/s], H [m]

Schweiz verfügt über viel Wasser und Gefälle = erneuerbare Energiequelle Nutzbare hydromechanische Leistung P ist das direkte Produkt von Nutzwassermenge Q

(m3/s) x Nutzfallhöhe H (m) – CH mit langer Erfahrung in effizienter, zuverlässiger Nutzung


Wasserkraft seit jeher wichtigster energiepolitischer Trumpf der CH Industrialisierung vor allem mit Wasserkraft (statt Kohle); bis Ende 19. Jh. mechanische

Nutzung, dann innovative Entwicklung von Turbinen, Elektrizität und Übertragung

Wasserkraft: Wichtigster Trumpf

Oberschlägiges Wasserrad zum Antrieb einer Erz-

stampfe in Basel nach Kupferstich aus dem 16. Jh.

Fünfstrahlige Vertikal-Peltonturbine zur Strom-

produktion der FM Gougra in Chippis/VS im 21. Jh.

Referat Energie-Apéros Aargau, Januar 2017 7 Eher rustikale Methoden bei Fundationsarbeiten fürs Stauwehr KW

Laufenburg am Hochrhein im Jahre 1912 (Sammlung KW Laufenburg)

Wasserkraft: Pionierleistungen im 19. und 20. Jahrhundert

Bau des KW Laufenburg am Hochrhein als damals grösstes Flusskraftwerk

der Schweiz, 1914 in Betrieb genommen (Sammlung KW Laufenburg)

Baustelle für den Staudamm des Lago di Lei der Kraftwerke Hinterrhein, ca. im

Jahre 1957 (KHR)

Drehstromanlage zur Stromübertragung über 175 km vom Zementwerk

Lauffen am Neckar bis nach Frankfurt, Zeichnung um das Jahr 1891


[Graphik: eigene Darstellung SWV; Datenquelle: BFE, 2016)

Wasserkraft: von der Pionierzeit zur Konsolidierung

100 Jahre Aufschwung der Wasserkraftnutzung Rasanter Zubau Wasserkraft v.a. 1950-1970, aufgrund ebenso rasantem Anstieg der

Nachfrage nach Strom; heute bei rund 90% des vorhandenen Ausbaupotenzials


[Karte: eigene Darstellung SWV, Daten 2016]

Heute liefern wenige grosse Anlagen fast die gesamte Produktion/Leistung 90% Produktion und 94% Leistung stammen von 14% Anlagen (186 Zentralen > 10 MW)

[98% Produktion und 99% Leistung stammen von 30% Anlagen (416 Zentralen > 1 MW)]

Wasserkraft: 90/10-Regel des Kraftwerkparks


Wasserkraft: Grundpfeiler der Versorgungssicherheit I

Entwicklung Stromverbrauch und Produktionsanteile 1950–2015 Wasserkraft bis ca. 1965 mit 100%, heute immer noch rund 60%-Anteil der CH-

Jahresproduktion (Rest im Wesentlichen: Kernkraft plus andere Thermische, PV/Wind)

[Quelle: Elektrizitätsstatistik 2015, BFE 2016)

WK 60%

PV 1.7%

Wind 0.2%


Stromversorgung ist mehr als Jahresproduktion – Monatliche Verteilung Monatliche Erzeugung und Verbrauch im Kalenderjahr; typischer Bedarfsüberhang im Winter

(Import) und Überschuss im Sommer (Export); Speicher-KW für Überbrückung im Winter

Wasserkraft: Grundpfeiler der Versorgungssicherheit II

[Quelle: Elektrizitätsstatistik 2015, BFE 2016]


Stromversorgung ist mehr als Jahresproduktion - Stündliche Verteilung WK liefert: Zu-/Abschaltbare Leistung, Saisonspeicher für Umlagerung vom Sommer in den

Winter, Stunden-/Tagesspeicher für Einlagerung überschüssiger Strom mit PSW

Wasserkraft: Grundpfeiler der Versorgungssicherheit III

1997

2015

Belastungsdiagramme Schweizer Stromnetz im Tages- und Monatsverlauf [Quelle: Elektrizitätsstatistik 1997 und 2015, BFE 1998 und BFE 2016]

Jan

Dez

Jan

Dez

0 Uhr

12 Uhr

24 Uhr

0 Uhr

12 Uhr

24 Uhr

MW MW


Wasserkraft: Beste Klima- und Umweltbilanz

Beste Gesamtumweltbilanz Bspl.: Kumulierter Energieaufwand pro

kWh für verschiedene Stromerzeugungen

Geringste Treibhausgase Emissionen CO2-eq. pro produzierte kWh

für verschiedene Stromerzeugungen

[Quelle: Studie ESU Services / PSI, BFE 2013) [Quelle: Studie ESU Services / PSI, BFE 2013)


[Quelle: H.J. Walther, KWO, Referat KOHS-Tagung 2012]

Speicherseen reduzieren Abflussspitzen (und Schäden) um ca. 25% Beispiel : Konkretes Ereignis vom 10.10.2011 mit Rückhalt von 6 Mio. m3 in KWO-Seen;

entspricht einem vermiedenen Anstieg des Seespiegels im Brienzersee von 20 cm

Wasserkraft: Zentrale Beiträge an Hochwasserschutz


Wasserkraft: Volkswirtschaftliche Bedeutung

Schweizer Wasserkraft hat enorme volkswirtschaftliche Bedeutung Wasserkraft gehört zu ca. 90% Kantonen/Gemeinden, ist Volksvermögen von rund 40 Mrd.

CHF, liefert Wertschöpfung von 2.3 Mrd. pro Jahr, und bietet 5’000 direkte Arbeitsplätze

[Quelle: Bericht «Volkswirtschaftliche Bedeutung EE», BFE 2013;

Infografiken: VSE, 2015]

[Quelle: Infografik VSE, 2015; El.stat 2015, BFE, 2016]

88% in öffentlicher Hand

Kantone: 57%

Gemeinden: 30%

SBB: 1%

Private: 8%

Ausland: 4%


1. Die Wasserkraft war und ist das Rückgrat der

Stromversorgung und der energiepolitische

Trumpf der Schweiz:

o Einheimisch

o Erneuerbar und klimaschonend (beste Ökobilanz)

o Flexibel und speicherbar (Minuten bis Monate)

o Hocheffizient mit hohen Wirkungsgraden

o Kostengünstig und bewährt/erprobt

o Volkswirtschaftlich bedeutend

o Gesellschaftlich akzeptiert

2. Die Wasserkraft hat alle Voraussetzungen,

um dies auch in Zukunft zu bleiben – die

Weichen sind aber richtig zu stellen

Zwischenfazit I: Wasserkraft ist unser Trumpf





IV. Fazit

Inhalt




Energiestrategie 2050

März 2011: Einstieg in den Ausstieg als Seiltanz …


Energiestrategie 2050: «Energie» ist mehr als Strom

[Quellen: Gesamtenergiestatistik 2015; BFE 2016; Studie Energiezukunft Schweiz, ETHZ 2011]

2015

25%

Endenergieverbrauch in der Schweiz nach Energieträger 1910 – 2015 ff. Anteil Strom heute bei rund 25% des Energieverbrauchs; dieser Anteil wird aber aufgrund

Wachstum und Ersatz fossiler Energien ansteigen (Prognose ETHZ: bis 2050 auf 38-46%)

2050

38–46%


Energie- (Strom) Strategie: Zentrale Rolle für Wasserkraft

[Quelle: Wege in die Stromzukunft, VSE 2012]

Energiestrategie 2050: Grosser Bedarf zusätzlicher erneuerbarer Strom Bis 2050: Einsparung durch Effizienzsteigerung 24 TWh/a (~ 1/3 heutiger Verbrauch) und

Ersatz 24 TWh/a; Wasserkraft: Erhalt 36 TWh/a und Zubau 3.2 TWh/a; Massnahmen?

Einsparungen

Verbrauch

Ersatz AKW

mit EE


Strommarkt: Preiszerfall

Dramatischer Zerfall der Europäischen Strompreise 2008-2016 Energie- und klimapolitische Entwicklungen in Europa sowie die Abschwächung EUR vs.

CHF führen zu Zerfall der Jahresdurchschnittspreise in der Schweiz um -66%

[Quelle: Avenir Suisse auf Basis EPEX Spot, SNB; ergänzt SWV, 2017]

Preise CH, Mittelwert Swissix Base pro MWh:

2008: 74 EUR / 118 CHF

2015: 32 EUR / 35 CHF

2016: 38 EUR / 40 CHF

Preise D, Mittelwert Phelix Base pro MWh:

2016: 29 EUR / 31 CHF

swissix

in CHF

- 66%

Dez

. 16


Wichtigste Einflussfaktoren auf Europäischen Strompreis und deren Entwicklung am Beispiel Deutschland 2008-2014

[Quelle: C. Huber et al., Axpo Energiewirtschaft, 2015]

Strommarkt: Preiszerfall – die Einflüsse (Bspl. D)


Power DE Future Frontyear Base Price 2002-2016 in Euro/MWh

[Quelle: Datenbasis EPEX]

Strommarkt: Teil-Marköffnung Schweiz

Wasserkraft muss am verzerrten europäischen Strom-«Markt» bestehen Zyklisches Verhalten des Strompreises nicht neu; seit der Teilliberalisierung des

CH-Strommarktes 2009 muss aber der Grossteil der Wasserkraft am «Markt» bestehen

Gestehungskosten WK CH

3.6 – 10.2 Rp./kWh Ø 6 Rp/kWh

33 – 93 €/MWh Ø 54 €/MWh

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Grosshandelspreis Europa 2002-2016 in Euro/MWh vs. Gestehungskosten Wasserkraft Schweiz

Ab 2009: Teilliberalisierung Gestehungskosten bis 2008

Marktpreise << Gestehungskosten,

d.h. alle CH-Wasserkraftwerke am

Markt schreiben Verluste


Ausbaupotenzial Grosswasserkraft und Gestehungskosten Potenzial von mindestens 2.6 TWh/a vorhanden; Gestehungskosten neue WK zwischen

7 und 29 Rp./kWh mit Durchschnitt 14 Rp./kWh bei einem Marktpreis von ~ 3-4 Rp./kWh

[Quelle: Studie Grosswasserkraft, BFE 2013, KEV-Förderung 2006-2016 gemäss KEV Cockpit swissgrid, 2016;

EPEX Spotpreise Mittelwert aus Swissix und Phelix, 2016]

Kosten Zubau WK:

14 Rp./kWh

Spotmarktpreise 2016

Base: 3-4 Rp./kWh

KEV-Förderung PV:

35 Rp./kWh

KEV-Förderung Wind:

16 Rp./kWh

Ausbauwünsche BR/Parlament?


Kosten können zu «Marktbedingungen» nicht mehr gedeckt werden Unter Marktbedingungen resultiert ein Defizit von jährlich 0.6 Mrd. CHF, was zum Verzicht

auf Unterhalt und Erneuerung führt und mittelfristig den Betrieb gefährdet

Bestehende Wasserkraft: Millionenverluste!

Entwicklung Gewinne/Verluste 2011-2015

Speicherkraftwerke Laufwasserkraftwerke

Box-Plots der Gewinne/Verluste grosser Schweizer Wasserkraftwerke auf

Stufe Aktionär (Stichprobe: 135 Anlagen mit 52% der Produktion WK CH);

Medianwerte 2015 mit Verlusten von -1.4 Rp./kWh und -1.9 Rp./kWh

[Quelle: M. Piot, 2016]

-1.4 Rp./kWh

-1.9 Rp./kWh

Erzeugungskosten gesamte Wasserkraftproduktion (links) vs. Markterträge

und resutlierendes Grosshandelsdefizit (rechts) für das Jahr 2015;

Grundlagen: Produktion: 37’190 GWh; Gestehungskosten: ø 6.3 Rp/kWh;

Markterträge: ø 4.7 Rp/kWh [Grafik SWV, 2017; Daten BFE, 2016; Studie zu

Abgaben BSG, 2010; und Studie Wirtschaftlichkeit, M. Piot, 2016]

Kosten vs. Erlöse

Wasserkraft zu Marktbedingungen 2015


Wenige aber wichtige lindernde Massnahmen für die Wasserkraft Parlament hat Gesetzespaket um wenige aber wichtige Massnahmen z.G. Wasserkraft

ergänzt; mit der Inkraftsetzung per 1.1.2018 würden diese rasch Wirkung entfalten

Energiestrategie 2050: Erstes Massnahmenpaket

• Aufwertung Wasserkraft zum

«Nationalen Interesse» (Art. 12 EnG)

• Investitionsbeiträge bis zu 40% für

Erweiterungen bestehender Kraftwerke

und neue Grosswasserkraftwerke (Art.

24/26 EnG)

• Marktprämie von höchstens 1 Rp./kWh

für ungedeckte Gestehungskosten bei

Grosswasserkraftwerken, auf fünf Jahre

befristet (Art. 30 EnG)


Zwischenfazit II: Wasserkraft ist kein Selbstläufer

1. Der massiv verzerrte europäische Strommarkt

gefährdet den Substanzerhalt und letztlich den

Betrieb der Schweizer Wasserkraftwerke.

2. Die Versorgungssicherheit ist aber nur mit einer

wettbewerbsfähigen Stromproduktion aus

einheimischer Wasserkraft gewährleistet.

3. Die mit der Energiestrategie 2050 vorgesehenen

Massnahmen zu Gunsten der Wasserkraft sind

notwendig, aber nicht hinreichend. Es braucht:

o Neue Marktmechanismen zur Honorierung der

Vorzüge der Wasserkraft (Ertragsseite)

o Entlastung von Abgaben und Anforderungen

(Kostenseite)





IV. Fazit

Inhalt




Herausforderungen der Zukunft

Instandhaltung

Wirtschaftlichkeit

Klimawandel

Schutzansprüche

Heimfälle

Wasserkraft

Referat Energie-Apéros Aargau, Januar 2017 30 [Sanierung Staumauer Illsee; Bild: Axpo, 2012]

Instandhaltung


Erhalt bestehende Wasserkraftproduktion ist kein Selbstläufer Instandhaltung der Anlagen mit jährlichen Investitionen von rund 1 Mrd. CHF/a und vielen

technischen Herausforderungen wie bspw. Betonquellung, Hydroabrasion, Verlandung

Herausforderung 1: Instandhaltung bestehender Anlagen

[Stollen der OFIMA, Palagnedra, Quelle: ETHZ / R. Boes] [Stausee Palagnedra nach Entleerung; Bild: zvg]


1850 Rekonstruktion Bruno Nedela (ETH)

1970 Foto Bruno Nedela (ETH)

2050 Modell Bruno Nedela (ETH)

[Rhonegletscher; Animation: ETHZ]

Klimawandel


Herausforderung 2: Auswirkungen Klimawandel I

Veränderung Menge und zeitliche Verteilung der Abflüsse Abflussprognosen aus EZG Aletsch bis 2090 (mittleres Szenario): zuerst Erhöhung, dann

Reduktion und Verlagerung in den Frühling > CH-weit: Gewinner und Verlierer

Jahresganglinien Abfluss an der Station Massa-Blatten, Mittleres Szenario

[Quelle: SGHL, 2011, und Alpiq, 2015]

1

2

3


Beispiel

Corbassière -See Befestigung

50 Mio. m3, 500 MW

Beispiel

Trift-See Neue Talsperre

85 Mio. m3, 500 MW

Ausschnitt aus modellierten Übertiefungen mit potenziellen Seen

[Karte: eigene Darstellung SWV; Quelle: Häberli, / UNIZ, 2012]

Herausforderung 2: Auswirkungen Klimawandel II

Durch Gletscherschwund entstehende Seen als Chance und Risiko In den nächsten Jahrzehnten entstehen gemäss Modellen Hunderte neue Seen im CH-

Alpenraum, rund 40 davon mit ansehnlichen Volumen > 10 Mio. m3 (~ Vol. Gelmersee)

Referat Energie-Apéros Aargau, Januar 2017 35 [Kraftwerk Rupperswil-Auenstein an der Aare; Bild: SWV]

Schutzansprüche


Herausforderung 3: Steigende Schutzansprüche I

Sehr hohe Standards Gewässerschutz und Fischerei Bspw.: revidiertes GSchG verstärkt seit 1.1.2011 den Gewässerschutz weiter; Sanierungen

Fischgängigkeit, Geschiebehaushalt und Schwall/Sunk bis 2030 für 1 Mrd. CHF

Fischgängigkeit Schwall-Sunk

Geschiebe

Handlungsbedarf Sanierungen Gewässerschutz gemäss Strategischen Planungen der Kantone

[Quelle: Bericht «Renaturierung Schweizer Gewässer», BAFU, 2015]

(Revitalisierung)


Herausforderung 3: Steigende Schutzansprüche II

Zunehmende Konflikte mit Landschafts-/Biotop-/Heimatschutz Bspw. BLN-Gebiete umfassen rund 21% der CH-Fläche, viele wurden über bestehende

Wasserkraftanlagen gelegt und erschweren Erweiterungen/Neukonzessionierung


Hydrologie = f (Wasserkraft)

[Staumauer Grande Dixence; Bild: zvg]

Heimfälle


Herausforderung 4: Heimfälle I

25 TWh

Ablauf Wasserrechtskonzessionen Schweiz Summenkurve heimfallende Jahresproduktion in TWh; in den Jahren

2015 bis 2050 sind rund 70% der Produktion neu zu regeln

Auswirkungen:

- Zusätzliche Verluste aus Restwasservorschriften

- Unsichere Restwertentschädigung der Investitionen

- Überteuerte Heimfallverzichtsentschädigungen

- Frage der Eigentümerschaft, Partnerwerkmodell

- Offene Sicherstellung effizienter Weiterbetrieb

- Forderungen nach Rückbau


27%

VS 10%

TI

22% GR

10%

AG

Lauf-KW

Speicher-KW

9% BE

Anteile wichtigste Standortkantone der WK-Anlagen an Produktionserwartung

[Karte: eigene Darstellung SWV; Datenquelle: BFE, 2012]

Standortkantone Wasserkraft-Anlagen vs. Standorte Stromunternehmen Knapp 80% der CH-Wasserkraft kommt aus 5 Kantonen; die Unternehmungen und

Investitionen kommen traditionell aber primär aus den Mittellandkantonen und Städten

Herausforderung 4: Heimfälle II

Wichtigste Wasserkraft-

Unternehmen

Alpiq SA

BKW

IWB Alpiq

Axpo EWZ

groupe e SBB


Wirtschaftlichkeit

[Stauseen Vieux Emosson und Emosson; Bild: Alpiq]


Entwicklung des Strompreises für Bandenergie für das Jahr 2020 im

Zeitraum 2014 bis 2016 in EUR/MWh [Quelle: EEX am 9. August 2016]

Sinkende Strompreise vs. immer teurere Investitionen Kurz- bis mittelfristig besteht keine Aussicht auf Anstieg der Grosshandelspreise; was

längerfristig passiert ist offen und hängt vor allem von politischen Entscheiden ab

Szenarien für die möglichen Entwicklungen der Strompreise in EUR/MWh bis 2050

[Quelle: Pöyry-Studie zur flexiblen Erzeugung , VSE 2012]

Kurz-/mittelfristig (bis 2020):

Keine Aussicht auf Besserung

Längerfristig (bis 2050):

Tendenziell steigend, v.a. Winter?

Herausforderung 5: Unsichere Wirtschaftlichkeit I


Immer höhere Abgaben an öffentliche Hand, v.a. Wasserzinse Wasserzinse haben sich in realen Werten verdreifacht; mit 1.6 Rp/kWh ein bedeutender

Kostenfaktor, der erwirtschaftet werden muss > Neuregelung ab 2020 als Chance nutzen

Herausforderung 5: Unsichere Wirtschaftlichkeit II

Jährliche Wasserzinseinnahmen in Millionen Franken nach

Kanton (Datenquelle: BFE, 2015; eigene Darstellung]

Jährliche Wasserzinseinnahmen

der Kantone (und Gemeinden) 2016

total 550 Mio. CHF

Entwicklung des Wasserzinssatzes

seit 1918 bis 2020

in CHF/kW

Entwicklung des maximalen Wasserzinssatzes im Vergleich zum teuerungsbereinigten

Anfangswert [Datenquelle: BFE, 2016 und Piot/Pfammatter, 2017, eigene Darstellung]


1. Die einheimische Wasserkraft steht vor vielen,

durchaus spannenden Herausforderungen:

o Teure Instandhaltung, komplexe technische Fragen

o Klimawandel als Chance und Risiko

o Steigende Schutzansprüche

o Heimfälle mit vielen Unsicherheiten

o Wirtschaftlichkeit als Schlüssel

2. Die Herausforderungen sind anzunehmen und

auch lösbar, vorausgesetzt es können genügend

Erträge erwirtschaftet werden.

Zwischenfazit III: Viele Herausforderungen





IV. Fazit

Inhalt




Fazit I: Ungleichgewicht

Viele Herausforderungen,

fehlende wirtschaftliche

Anreize, ständig steigende

Anforderungen und Abgaben

Sehr hohe Erwartungen

an die einheimische

Wasserkraft


Fazit II: Handlungsbedarf für Zukunftsmusik

1. Kurzfristig / Dringlich: Bestehende Wasserkraft

nicht als gegeben hinnehmen, Kosten optimieren,

Erträge für den Substanzerhalt sicherstellen:

o Kostensenkung Betrieb und Instandhaltung (in Arbeit)

o Dringliche Übergangsmassnahmen (Marktprämie)

o Keine neuen Anforderungen ohne Entschädigung

2. Mittelfristig: Abkehr von einer Energiepolitik,

welche die Wasserkraft diskriminiert statt deren

Leistungen honoriert, u.a. durch:

o Neues, ertragsbasiertes Wasserzinsmodell 2020ff.

o Marktmechanismen zur Honorierung Wasserkraft

o Konsequente Klimapolitik (Lenkungsabgaben)

3. Mittel- bis langfristig: Anpassen der Wasserkraft-

anlagen an die künftigen Anforderungen zur

Nutzung Chancen und Reduktion Risiken, u.a.:

o Steigerung Leistung, Robustheit und Flexibilität

o Vergrösserung Speichervolumen (inkl. Multifunktion)

o Weitere Optimierungen Betrieb und Instandhaltung


Fazit

Besten Dank für die

Aufmerksamkeit !

[Oberaarsee am Grimsel ; Bild: KWO / R. Bösch]


Kontaktadresse

Roger Pfammatter

Geschäftsführer Schweizerischer

Wasserwirtschaftsverband SWV

SWV

Rütistrasse 3a

5401 Baden

Tel.: 056 222 50 69

Fax: 056 221 10 83

[email protected]

Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband SWV Webseite: www.swv.ch

mailto:[email protected]

http://www.swv.ch/

Documents

Schweizer Wasserkraft Auslaufmodell oder Zukunftsmusik? · Referat Energie-Apéros Aargau, Januar 2017 15 Wasserkraft: Volkswirtschaftliche Bedeutung Schweizer Wasserkraft hat enorme