Saisonale Energiespeicherung im Überblick. Zusammenhänge, Bedeutung und Perspektiven im Schweizer Kontext. Kurzfassung

Saisonale Energiespeicherung im Überblick Zusammenhänge, Bedeutung und Perspektiven im Schweizer Kontext Kurzfassung akademien-schweiz.ch Vol. 20, Nr. 9, 2025 IMPRESSUM HERAUSGEBERIN UND KONTAKT Akademien der Wissenschaften Schweiz (a+) Erweiterte Energiekommission der Akademien der Wissenschaften Schweiz Haus der Akademien • Laupenstrasse 7 • Postfach • 3001 Bern • Schweiz +41 31 306 93 59 • [email protected] • energie.akademien-schweiz.ch • Akademien Schweiz ZITIERVORSCHLAG Nöthiger J, Neu U (2025) Saisonale Energiespeicherung im Überblick. Zusammenhänge, Bedeutung und Perspektiven im Schweizer Kontext. Kurzfassung. Swiss Academies Reports 20 (9) AUTOREN Johan Nöthiger (a+/SCNAT), Urs Neu (a+/SCNAT) PROJEKTLEITUNG Johan Nöthiger (a+/SCNAT) WISSENSCHFTLICHER BEIRAT Energiekommission der Akademien der Wissenschaften Schweiz REDAKTION Johan Nöthiger (a+/SCNAT) TITELBILD UND GRAFIK Sandra Schwab LAYOUT Olivia Zwygart 1. Auflage, 2025 Dieser Bericht basiert auf einem ausführlicheren Grundlagenbericht, der im Austausch mit weiteren Forschenden und im Thema tätigen Organisationen und Fachpersonen entstanden ist und auch ausführliche Quellenangaben enthält. Hinweis: Die Erarbeitung der Berichte wurde durch das Bundesamt für Energie (BFE) finanziell unterstützt. Für den Inhalt sind allein die Akademien der Wissenschaften Schweiz verantwortlich. Der Grundlagenbericht und die Kurzfassung sind in elektronischer Form verfügbar unter go.akademien-schweiz.ch/energiekommission ISSN (print) 2297-1564 ISSN (online) 2297-1572 DOI: doi.org/10.5281/zenodo.17301053 Mit dieser Publikation leisten die Akademien der Wissenschaften einen Beitrag zum SDG 7. > sdgs.un.org > agenda-2030.eda.admin.ch/de Saisonale Energiespeicherung im Überblick Zusammenhänge, Bedeutung und Perspektiven im Schweizer Kontext Kurzfassung 1 Einleitung Was ist eigentlich saisonale Energiespeicherung? Wie funktioniert sie – und braucht es sie überhaupt in der Schweiz? Diese Fragen rücken zunehmend in den Fokus, je weiter die Transformation des Schweizer Energiesystems hin zu einer CO2-neutralen und nachhaltigen Zukunft voranschreitet. Besonders relevant werden sie, weil fossile Energieträger durch erneuerbare Quellen ersetzt werden sollen, deren Verfügbarkeit stark mit den Jahreszeiten schwankt – etwa die Photovoltaik. Gleichzeitig führt die zunehmende Elektrifizierung von Mobilität und Wärmeerzeugung zu neuen Herausforderungen, aber auch zu neuen Chancen, mit Auswirkungen auf den saisonalen Energiebedarf. Vor diesem Hintergrund erscheint die saisonale Energiespeicherung als vielversprechende Möglichkeit, zentrale Herausforderungen abzufedern oder sogar zu lösen. Doch wie realistisch ist das? Und welche konkreten Optionen stehen uns zur Verfügung? Diese Kurzfassung beleuchtet das Thema aus verschiedenen Blickwinkeln. Sie bietet Entscheidungsträger:innen in Politik, Wirtschaft und Verwaltung sowie einer interessierten Öffentlichkeit eine klare und kompakte Übersicht. Ziel ist es, die technologischen und institutionellen Zusammenhänge verständlich darzustellen, die Rolle saisonaler Speicher im Schweizer Energiesystem einzuordnen und die wichtigsten Einflussfaktoren auf den Speicherbedarf aufzuzeigen. Darüber hinaus werden Handlungsoptionen und strategische Stossrichtungen skizziert, die den Weg zu einem langfristig resilienten und saisonal ausgewogenen Energiesystem weisen. Quellenangaben zu den Aussagen in dieser Kurzfassung sind im dazugehörigen Grundlagenbericht zu finden. Dieser diskutiert die in dieser Kurzfassung angeschnittenen Themen mit einem höheren Detaillierungsgrad. Am Ende der Kapitel wird jeweils in eckigen Klammern auf die entsprechenden Kapitel im Grundlagenbericht (GB) hingewiesen (z. B. [GB 4.2]), wo detailliertere Informationen zu finden sind. Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung ............................................................................. 2 2 Die Kernbotschaften ............................................................ 3 3 Grundlagen ...........................................................................4 3.1 Energie im saisonalen Zyklus .............................................. 4 4 Speicherung von Energie über längere Zeiträume .............. 5 4.1 Eigenschaften saisonaler Energiespeicher .......................... 5 4.2 Verfügbare Technologien für die Schweiz ............................ 5 4.3 Die Krux mit dem Speicherbedarf ........................................ 7 5 Einbettung saisonaler Speicher in das Energiesystem ....... 9 5.1 Wechselwirkungen saisonaler Speicher mit der Energieinfrastruktur ................................................ 9 5.2 Mögliche Verwendungen des Sommerstroms ....................10 5.3 Die Rolle der Biomasse ....................................................... 11 5.4 Aspekte einer inländischen Produktion chemischer Energieträger.......................................................................12 6 Energieimporte ....................................................................13 6.1 Zukünftiger Energieimportbedarf .......................................13 6.2 Der Einfluss saisonaler Speicherung auf die Resilienz und Auslandabhängigkeit ................................................... 13 7 Wirtschaftliche, rechtliche und gesellschaftliche Aspekte ............................................14 7.1 Wirtschaftliche Aspekte und Unsicherheiten .....................14 7.2 Regulatorische Rahmenbedingungen ................................14 7.3 Soziale Akzeptanz von saisonaler Energiespeicherung .....15 8 Optionen für die Förderung saisonaler Energiespeicherung ........................................... 16 2Saisonale Energiespeicherung im Überblick • Zusammenhänge, Bedeutung und Perspektiven im Schweizer Kontext • Kurzfassung 2 Die Kernbotschaften Es geht nicht nur um Strom – alle Energieformen müssen berücksichtigt werden Trotz der Elektrifizierung des Energiesystems besteht der Endenergiebedarf häufig nicht aus Strom, sondern beispielsweise aus Wärme auf verschiedenen Temperaturniveaus, die auf unterschiedliche Weise erzeugt werden kann. Eine Betrachtung der saisonalen Speicherung sollte daher alle Energieformen gleichberechtigt berücksichtigen, um die effizientesten Angebot-Nachfrage-Pfade mit Speicherintegration zu ermitteln (Kap. 5.1). Saisonale Speicher müssen mit dem Energiesystem zusammengedacht werden Saisonale Speicher sind eng verbunden mit anderen Elementen des Energiesystems. Sie können die kurze und langfristige Flexibilität erhöhen und so Energienetze entlasten, die Integration von erneuerbaren Energien erhöhen und eine höhere Systemeffizienz ermöglichen (Kap. 5.1). Saisonale Speicher sind technisch weit fortgeschritten, aber in der Schweiz bis jetzt nur begrenzt verfügbar Es gibt verschiedene technisch ausgereifte Technologien für die saisonale Speicherung. Grosse Speicherseen und Brennstofftanks sind bereits im Einsatz. Saisonale Wärmespeicher und grosse Gasspeicher sind technisch weitgehend ausgereift, werden in der Schweiz jedoch noch nicht grossflächig eingesetzt. Strom kann nicht direkt über Monate hinweg wirtschaftlich gespeichert werden, sondern muss für eine Speicherung umgewandelt werden (Kap. 4.2). Optimierung der Energieerzeugung reduziert Speicherbedarf Ein gezielter Ausbau der Energieerzeugung kann den Bedarf an saisonalen Speichern verringern. Dazu zählen insbesondere Windkraftanlagen, alpine Solaranlagen aber auch ein starker Ausbau der Photovoltaik auf Dächern – kombiniert mit verstärkter Abregelung von Überschüssen im Sommer (Kap. 4.3). Saisonale Wärmespeicher haben ein grosses Potenzial und viele Zusatznutzen Die Speicherung von Wärme ist mit einer Vielzahl von Speichertechnologien möglich, welche oft vergleichsweise kostengünstig und effizient sind. Sie bringen Zusatznutzen: Die Flexibilität im Stromnetz kann erhöht werden, im Sommer kann besser gekühlt werden, es braucht weniger wertvolle chemische Energieträger um Wärmenetze zu stabilisieren und der Strombedarf kann im Winter signifikant gesenkt werden (Kap. 5). Saisonale Speicher stärken Resilienz und Unabhängigkeit Saisonale Speicher erhöhen die Resilienz des Energiesystems – auch durch die Zwischenspeicherung importierter Energieträger. Gleichzeitig ermöglichen sie eine bessere Nutzung inländisch erzeugter Energie und fördern so die Energieunabhängigkeit (Kap. 6.2). Begrenzte Rolle von Biomasse für saisonale Speicherung Biomasse lässt sich entweder direkt speichern – etwa in Form von Holz – oder zu speicherbaren Energieträgern wie Biomethan umwandeln. Die verfügbaren Mengen sind jedoch deutlich zu gering, um die saisonalen Unterschiede zwischen Energiebedarf und -erzeugung massgeblich auszugleichen (Kap. 5.3). Begrenzte Wirtschaftlichkeit speicherbarer, chemischer Energieträger aus inländischer Produktion Die Herstellung speicherbarer chemischer Energieträger wie Wasserstoff, Biomethan oder E-Fuels ist in der Schweiz technisch möglich, jedoch für grosse Mengen gegenüber Importen wirtschaftlich kaum konkurrenzfähig. Wichtige Gründe dafür sind das begrenzte Biomassepotenzial und das saisonal stark schwankende Stromangebot (Kap. 5.4). Wirtschaftliche Unsicherheiten bei saisonalen Speichern Saisonale Speicher profitieren von starken saisonalen Preisunterschieden. Da die künftige Preisentwicklung jedoch ungewiss ist, bestehen Investitionsrisiken. Um die Wettbewerbsfähigkeit alternativer Speicherlösungen zu stärken, müssen fossile, leicht speicherbare Energieträger angemessen bepreist werden (z. B. CO2-Preis) (Kap. 7.2). Regulatorische Hürden bei Wärmespeichern und Wasserstoff Offene Fragen bezüglich Raumplanung erschweren derzeit den Ausbau von Wärmespeichern. Auch beim Einsatz von Wasserstoff müssen regulatorische Unsicherheiten geklärt werden, um Investitionen zu fördern und die Planungssicherheit zu erhöhen (Kap. 7.2). Soziale Akzeptanz von Speichern unterschiedlich ausgeprägt Bestehende Speicherseen geniessen eine hohe soziale Akzeptanz, während neue Bauprojekte teils auf Widerstand stossen. Zur sozialen Akzeptanz von Wärmeund Gasspeichern liegen bisher kaum belastbare Daten vor (Kap. 7.3). 3 Swiss Academies Reports, Vol. 20, Nr. 9, 2025 3 Grundlagen 3.1 Energie im saisonalen Zyklus Der Energiebedarf folgt wiederkehrenden Mustern: einem Tages-, Wochenund Jahreszyklus. Besonders der Jahresverlauf wird stark durch die Umgebungstemperatur beeinflusst – mit höherem Wärmebedarf im Winter und zunehmendem Kühlbedarf im Sommer. Auch die Produktion erneuerbarer Energien zeigt Regelmässigkeiten: Photovoltaik unterliegt einem Tagesund Jahreszyklus. Wie die Wasserkraft liefert sie vor allem im Sommer Strom. Windkraft hingegen produziert mehrheitlich im Winter. Im heutigen Energiesystem gleichen vor allem die fossilen Energieträger Erdgas und Mineralölprodukte saisonale Schwankungen im Wärmeund Mobilitätssektor aus. Im Stromsektor ist es vor allem die Speicherwasserkraft sowie in manchen Jahren Importe aus dem Ausland, die Schwankungen ausgleichen. Durch die Elektrifizierung vieler Anwendungen werden der Wärmeund der Mobilitätssektor zunehmend mit dem Stromsektor verknüpft. Durch den Ausstieg aus der Kernenergie entfällt zudem ein wichtiger Stromlieferant im Winter. Der dadurch entstehende zusätzliche Stromerzeugungsbedarf wird voraussichtlich vor allem durch den Ausbau der Photovoltaik kompensiert. Die daraus resultierende saisonale Diskrepanz zwischen Erzeugung und Bedarf von Energieträgern erfordert Lösungsansätze, damit die Energiewende gelingen kann. Das vorliegende Dokument betrachtet dieses Thema aus verschiedenen Blickwinkeln. Auf Kurzund Mittelfristspeicher wird in diesem Bericht nicht näher eingegangen. [GB 2] Speicherbare Energieträger herstellen? → Kapitel 5.4 Sommerstrom speichern? → Kapitel 5.2 Wieviel Speicher braucht es? → Kapitel 4.3 Was für eine Rolle hat die Biomasse? → Kapitel 5.3 Wie Speicher in das System integrieren? → Kapitel 5.1 Wie steht es um die soziale Akzeptanz? → Kapitel 7.3 Was gibt es für regulatorische Aspekte? → Kapitel 7.2 Was sind die wichtigsten wirtschaftlichen Aspekte? → Kapitel 7.1 Speichertechnologien? → Kapitel 4.2 Saisonale Speicherung Energiesystem Ausland Brauchen wir Energieimporte? → Kapitel 6.1 Abbildung 1: Aufbau dieses Berichts: Zuerst werden saisonale Speichertechnologien diskutiert, dann die Interaktion mit dem Energiesystem und anschliessend weitere, relevante Aspekte. 4Saisonale Energiespeicherung im Überblick • Zusammenhänge, Bedeutung und Perspektiven im Schweizer Kontext • Kurzfassung 4 Speicherung von Energie über längere Zeiträume 4.1 Eigenschaften saisonaler Energiespeicher Energiespeicher sind in der Lage, Energie aufzunehmen, über einen bestimmten Zeitraum zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Dabei kann unterschieden werden zwischen «aufladbaren» Speichern, die durch aktive Zufuhr von Energie aufgeladen werden, und Zuflussspeichern, die natürliche «Energieflüsse» zurückhalten. Beispielsweise werden Batterien und Wärmespeicher durch aktive Zufuhr von elektrischer bzw. thermischer Energie geladen, während ein Stausee eines Speicherkraftwerks durch Niederschläge im Einzugsgebiet gefüllt wird. Auch gelagertes Holz ist ein solcher Zuflussspeicher mit begrenztem, jährlich nachwachsendem Potenzial. Nur «aufladbare» Speicher können mit «überschüssiger» Energie geladen werden. Betreiber von Energiespeichern erzielen ihren Gewinn in der Regel beim Entladen, also wenn sie gespeicherte Energie abgeben. Die Kosten hingegen entstehen überwiegend beim Aufladen durch den Einkauf der Energie,1 sowie durch die anfänglichen Investitionen in die Speichertechnologie. Je häufiger ein Speicher während seiner gesamten Lebensdauer entladen wird, desto besser lassen sich die Investitionskosten auf viele Entladevorgänge verteilen. Daher wird ein Speicher besonders rentabel, wenn einerseits ein deutlicher Preisunterschied zwischen dem günstigen Aufladen und dem teureren (gewinnbringenden) Entladen besteht und andererseits viele Lade-EntladeZyklen erzielt werden können. Aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Investitionskosten pro Speicherkapazität müssen Speicher, wie beispielsweise Batterien oder Pumpspeicherkraftwerke, möglichst oft genutzt, also geladen und entladen werden, um rentabel betrieben werden zu können. Aufgrund der realistisch erzielbaren Preisunterschiede zwischen Laden und Entladen ist ein saisonaler Betrieb dieser Speicher mit etwa einem Zyklus pro Jahr nicht wirtschaftlich. Sie sind daher für die saisonale Speicherung ungeeignet, auch wenn sie technisch teilweise dazu in der Lage wären.2 Sie werden als Kurzund Mittelfristspeicher bezeichnet.3 1 Betreiber von Zuflussspeichern wie Stauseen zahlen zwar keinen direkten Energiepreis für das Laden, es fallen jedoch meist trotzdem Kosten an, beispielsweise in Form von Wasserzinsen für die Nutzung des Wassers. 2 Einige Kurzzeitspeicher wie Batterien haben ausserdem eine höhere Selbstentladung bzw. schnellere Alterung bei hohen Ladeständen, was sie zusätzlich ungeeignet für die saisonale Speicherung macht. 3 Zu Kurzund Mittelfristspeichern gehören auch Technologien wie adiabate Druckluftspeicherung (A-CAES), Flussbatterien (Redox-Flow-Batterien), Kondensatoren, Schwungmassenspeicher, kleine Warmwassertanks, Hochtemperaturwärmespeicher etc. Technologien, die sich zur saisonalen Speicherung eignen, zeichnen sich umgekehrt durch technische Eigenschaften und eine Kostenstruktur aus, die einen gewinnbringenden Betrieb mit wenigen Ladezyklen pro Jahr ermöglicht. Wichtige Gründe hierfür können niedrige Abschreibungskosten aufgrund einer langen Lebensdauer und/oder niedrige Investitionskosten sowie eine geringe Selbstentladung und ein grosser Unterschied zwischen Ladeund Entladekosten sein. [GB 3.1] 4.2 Verfügbare Technologien für die Schweiz Die nachfolgenden Ausführungen stellen saisonale Energiespeicheroptionen vor, die im Schweizer Energiesystem eine Rolle spielen könnten. Eine Abschätzung der zukünftigen Speicherkapazität wird am Ende des Kapitels 4.3 diskutiert. Speicherseen: Die Speicherwasserkraftwerke sind seit Jahrzehnten einer der grössten Energiespeicher der Schweiz und unverzichtbar für eine ganzjährig stabile Stromversorgung – auch in der Zukunft. Eine Steigerung der Kapazität ist in begrenztem Masse möglich, Auswirkungen des Klimawandels und des sich wandelnden Marktumfeldes stellt die Speicherwasserkraft jedoch vor Herausforderungen. Pumpspeicherkraftwerke sind aufgrund ihrer Kos tenstruktur nicht für die saisonale Energiespeicherung geeignet. [GB 3.2.1] Wärmespeicher: In diesen wird die im Sommer erzeugte Wärme gespeichert und im Winter zum Heizen genutzt. Die Wärme kann im Erdreich bei Umgebungstemperatur gespeichert und mithilfe einer Wärmepumpe wieder zurückgewonnen werden. Im Vergleich zu einer Luft-Wasser-Wärmepumpe kann ein höherer Wirkungsgrad erreicht und somit Strom im Winter einge - spart werden. Da die Speichertemperatur der Umgebungstemperatur im Boden nahekommt, sind Wär meverluste gering. Erdreichspeicher gibt es in der Schweiz bereits vereinzelt, beispielsweise an der ETH Hönggerberg. Eine weitere Möglichkeit ist die Speicherung von Wärme bei Nutztemperatur, die direkt zum Heizen verwendet werden kann. Hierfür können beispielsweise sehr grosse, mit Wasser gefüllte Erdbecken, grosse isolierte Tanks (Tankspeicher) oder tiefe Aquifere im Erdreich verwendet werden. Diese Speicher können im Sommer beispielsweise durch Wärmepumpen, industrielle Abwärme oder thermische Solaranlagen aufgeladen werden und im Winter die Wärmeversorgung, insbesondere von Wärmenetzen, unterstützen oder über - nehmen. Je nach Technologie und Grösse können trotz höherer Temperaturen relativ hohe Speichereffizienzen 5 Swiss Academies Reports, Vol. 20, Nr. 9, 2025 erreicht werden (z. B. bis 90 Prozent für grosse Erdbeckenspeicher). Erdbeckenund Aquiferspeicher sind in nördlichen Ländern wie den Niederlanden und Dänemark weit verbreitet, in der Schweiz haben sie sich noch nicht etabliert. Saisonale Tankspeicher sind hingegen bereits kommerziell verfügbar und werden eingesetzt. Neben den genannten Wärmespeichern, die sensible oder «fühlbare» Wärme4 speichern, gibt es auch Phasenwechselspeicher oder Sorptionsspeicher.5 Einige dieser Technologien haben bereits Marktreife erlangt (z. B. Eisspeicher), die meisten befinden sich jedoch noch im Forschungsstadium. [GB 3.3] Gasspeicher: Gase wie Methan oder Wasserstoff können in künstlich geschaffenen und abgedichteten Felskavernen gespeichert werden. In der Schweiz wurden solche Kavernen noch nicht gebaut, ein entsprechendes Projekt ist jedoch in Planung. Weitere Möglichkeiten sind die Speicherung in Salzkavernen oder in porösem Gestein. Das Potenzial dieser Varianten ist in der Schweiz weitgehend unklar. Ausserdem kann Flüssiggas in isolierten Tanks oder Gas in Röhrenspeichern gespeichert werden. 4 Hierbei handelt es sich um Wärmeenergie, die bei einer Temperaturänderung eines Körpers aufgenommen oder abgegeben wird, ohne dass sich dessen Aggregatzustand ändert. Sie ist direkt mit einem Thermometer messbar. 5 Phasenwechselspeicher sind Wärmespeicher, die latente Wärme durch einen Aggregatzustandswechsel (z. B. fest ↔ flüssig) speichern oder abgeben, z. B. durch das gefrieren und auftauen von Wasser (Eisspeicher). Die Temperatur bleibt dabei nahezu konstant. Sorptionsspeicher sind thermochemische Wärmespeicher, die Energie durch Bindung von Wasserdampf (Sorption) speichern. Aufgrund der hohen Kosten werden letztere voraussichtlich nicht für die Speicherung grosser Gasmengen infrage kommen. Grundsätzlich kann inländisch produziertes und importiertes sowie fossiles und erneuerbares Gas gespeichert werden. Weiterhin können wie bisher Kapazitäten in ausländischen Gasspeichern eingekauft werden. [GB 3.4] Speicherung flüssiger Energieträger: Flüssige Energieträger können nach wie vor sehr kostengünstig in grossen Tanks gelagert werden. Treibund Brennstofftanks (Notfallreserve, aber auch Heizöltanks) bilden heute den mit Abstand grössten saisonalen Energiespeicher der Schweiz. In Zukunft können CO2-neutrale, flüssige Energieträger weiterhin einen wichtigen Beitrag zum saisonalen Ausgleich beitragen – ob importiert oder lokal hergestellt. [GB 3.4] Speicherung fester Energieträger: Feste Energieträger wie Holz oder in Zukunft auch Metalle können sehr einfach und kostengünstig in Silos gelagert werden. Metalle, die als Energieträger verwendet werden, setzen bei der Entladung Wärme (und, je nach Technologie auch Wasserstoff) frei und können durch Zufuhr von Strom oder erneuerbarem Wasserstoff wieder geladen werden. Diese Technologie befindet sich noch in Entwicklung. [GB 5.3, 5.1.4] Bei vielen saisonalen Speichertechnologien ist nicht die Speicherung an sich die grösste Herausforderung, sondern die Herstellung des Speichermediums (z. B. WasserSpeicherseen Holz Wärmespeicher Gasspeicher Tanks Strom Wärme Wärme Gasförmige Energieträger Gasförmige Energieträger Strom Wärme Strom Abwärme Strom Biomasse Strom Biomasse Flüssige Energieträger Niederschlag Holzabfälle Wärme Gasförmige Energieträger Flüssige Energieträger Abbildung 2: Beispiele saisonale Speichertechnologien mit entsprechenden Ladeund Entladeenergieträgern. 6Saisonale Energiespeicherung im Überblick • Zusammenhänge, Bedeutung und Perspektiven im Schweizer Kontext • Kurzfassung stoff, flüssige, metallische Energieträger). Daher wird im Folgenden auch auf diese Aspekte eingegangen. Kasten 1: Muss Strom überhaupt saisonal gespeichert werden? Strom ist der zentrale Energieträger des zukünftigen Energiesystems. In vielen Bereichen wird jedoch nicht direkt Strom, sondern etwa Wärme benötigt. Diese kann im Winter mit Wärmepumpen aus Strom erzeugt werden – derselbe Prozess ist aber auch im Sommer möglich, wobei die gewonnene Wärme für den Winter gespeichert werden kann. Für die Heizung ist es unerheblich, woher die Wärme stammt. Entscheidend ist daher nicht, Strom für den Winter zu speichern, um ihn dann nutzen zu können (z. B. für Wärmepumpen), sondern sicherzustellen, dass alle Energiebedürfnisse im Winter zuverlässig und kostengünstig gedeckt werden können (z. B. der Wärmebedarf). Dabei sind Möglichkeiten zu bevorzugen, die gar keine saisonale Speicherung benötigen (wie Windkraft, die vor allem im Winter produziert), da eine Speicherung die Kosten erhöht und die Effizienz senkt. Es geht auch nicht darum, überschüssige Energie aus dem Sommer zwingend in den Winter zu übertragen. Solange der Bedarf im Winter gedeckt werden kann, kann überschüssige Energie im Sommer einfach abgeregelt werden. 4.3 Die Krux mit dem Speicherbedarf Idealerweise entspricht die Stromerzeugung zu jedem Zeitpunkt dem Strombedarf. Da sich Stromerzeugung und -bedarf im modernen Energiesystem6 aus technischen, wirtschaftlichen oder anderen Gründen jedoch nicht oder nur eingeschränkt steuern lassen, ist die Energiespeicherung auf verschiedenen Zeitskalen notwendig. Diese ist jedoch immer mit zusätzlichen Kosten und Effizienzverlusten verbunden. Andere Energieträger haben andere Einschränkungen. Ein Beispiel ist Wärme, bei der die räumliche Diskrepanz zwischen Erzeugung und Bedarf entscheidend ist, da sie nur begrenzt transportiert werden kann. Der Speicherbedarf im Energiesystem hängt deshalb massgeblich von der zeitlichen und räumlichen Diskrepanz zwischen Erzeugung und Bedarf von Energieträgern bzw. der Verfügbarkeit von alternativen Lösungsmöglichkeiten zur Reduktion dieser Diskrepanz ab. [GB 2.3, 2.4, 9] 6 Im traditionellen Energiesystem war der Bedarf nicht kontrollierbar, die Erzeugung jedoch schon. Dadurch war eine zuverlässige Versorgung zu jeder Zeit möglich. Im zukünftigen Energiesystem ist der Bedarf teilweise kontrollierbar, die Erzeugung jedoch nicht mehr immer. Daher ist eine neue Herangehensweise erforderlich, um eine zuverlässige Versorgung zu garantieren. Im Folgenden werden wichtige Randbedingungen aufgeführt, die den Speicherbedarf entscheidend prägen. Art der Stromerzeugung: Der Speicherbedarf wird massgeblich von der Art und Saisonalität der Stromproduktion beeinflusst. Wasserkraft und Dachphotovoltaik erzeugen den Grossteil ihres Stroms im Sommer und tragen somit zur saisonalen Diskrepanz bei. Demgegenüber kann Wind energie durch ihre höhere Winterproduktion einen Ausgleich schaffen. Ihre Entwicklung wird jedoch hauptsächlich durch mangelnde Akzeptanz begrenzt. Gleiches gilt für alpine Photovoltaik, deren Umsetzung oft an hohen Infrastrukturkosten sowie Konflikten mit Biodiversitätsund Landschaftsschutz scheitert. Der Ausbau von Dachphoto voltaik mit verstärkter Abregelung im Sommer kann ebenfalls die Winterstromproduktion erhöhen7 – für die systematische Abregelung fehlen bislang jedoch sowohl Akzeptanz als auch wirtschaftliche Anreize. Grosse Gaskraftwerke bieten zwar eine flexible Erzeugung, können aber voraussichtlich nicht vollständig mit einheimischem Gas betrieben werden. Das würde eine Abhängigkeit von Importen und den Bedarf an grossen saisonalen Gasspeichern zur Sicherstellung der Resilienz und Versorgungssicherheit mit sich bringen. Neue Kernkraftwerke wären frühestens ab 2050 realisierbar und tendenziell teuer bzw. schlecht geeignet um vorübergehende Versorgungslücken im Winter zu füllen aufgrund ihres Investitions-Betriebskostenverhältnisses (siehe Kasten 4). Je besser die Hemmnisse der genannten Technologien überwunden werden, desto höher ist die Winterstromproduktion und desto geringer ist der Speicherbedarf. Aus techno ökonomischer Sicht gelten eine Kombination aus Windenergie und Gaskraftwerke (als Backup oder «Lückenfüller») als besonders attraktive Optionen. [GB 2.4, 4.1] Importe: Importe können saisonale Speicher teilweise überflüssig machen und so den Speicherbedarf verringern. Gleichzeitig erhöhen sie jedoch die Auslandsabhängigkeit und können Resilienz wie auch Versorgungssicherheit schwächen. Um Unterbrüche abzufedern, lassen sich Importe in grossen Speichern zwischenlagern, was den Bedarf an Speichern je nach angestrebtem Resilienzund Sicherheitsniveau jedoch wieder erhöht. (siehe Kapitel 6.2). [GB 7] Saisonale Systemeffizienz: Auch die Energieeffizienz bzw. der Energiebedarf hat Einfluss auf den Speicherbedarf: Effiziente Gebäudehüllen, Heizsysteme, Elektrofahr zeuge sowie Suffizienz können den Gesamtbedarf senken. Darüber hinaus spielt die Exergieeffizienz eine zunehmend wichtige Rolle (siehe Kasten 2). Sie beschreibt, wie sinn7 Auch Dachphotovoltaikanlagen produzieren im Winter Strom, allerdings deutlich weniger als im Sommer. Bei weiter sinkenden Photovoltaik-Kosten kann es wirtschaftlich attraktiv werden, Dachphotovoltaik zur Winterstromerzeugung zu installieren, da Strom im Winter deutlich wertvoller sein wird als im Sommer trotz geringerer Winterproduktion. Im Sommer würden sie dann teilweise abgeregelt (abgestellt). 7 Swiss Academies Reports, Vol. 20, Nr. 9, 2025 7 Wirtschaftliche, rechtliche und gesellschaftliche Aspekte 7.1 Wirtschaftliche Aspekte und Unsicherheiten Die Unsicherheiten bei der saisonalen Energiespeicherung liegen vor allem in der Marktbzw. Preisentwicklung sowie in gesellschaftlichen und politischen Fragen. Das Ausmass der saisonalen Preisunterschiede eines Energieträgers ist einer der Hauptfaktoren für die Wirtschaftlichkeit saisonaler Speicher.14 Es ist absehbar, dass sowohl Gas als auch Strom gewissen saisonale Preisunterschiede aufweisen werden. Ob dies ausreicht, um saisonale Speicher wirtschaftlich attraktiv zu machen, ist derzeit unklar. Bei der Speicherung von Strom weisen Wärmespeicher klare Vorteile gegenüber der Speicherung in chemischen Energieträgern auf und werden bereits bei einer niedrigeren saisonalen Preisdifferenz attraktiv. Der Grad an Resilienz und Versorgungssicherheit wird im Wesentlichen durch die Politik bzw. Gesellschaft bestimmt und hat einen Einfluss auf die saisonale Speicherung. Ein hohes Mass an Resilienz erfordert mehr Speicher und verursacht Kosten, die letztlich von der Allgemeinheit getragen werden müssen. Gleichzeitig müssen dieselben Akteure auch über andere Aspekte des Energiesystems entscheiden, wie z. B. die Menge der Windenergie oder den Ausbau der Netze, die wiederum Auswirkungen auf die saisonale Speicherung haben (siehe Kapitel 4.3). Wie sich diese Aspekte entwickeln werden, ist noch relativ unklar, auch weil viele dieser Entscheidungen noch kein klares Preisschild haben. Auch die zukünftige Verfügbarkeit und die Kosten importierter, erneuerbarer chemischer Energieträger sind eine grosse Unbekannte. Günstige Preise und eine zuverlässige Verfügbarkeit von ausländischem Wasserstoff und Biomethan könnten den Speicherbedarf reduzieren. Insbesondere sehr günstige Preise und eine gute Verfügbarkeit CO2-neutraler, flüssiger Energieträger könnten die Herausforderung der saisonalen Energieversorgung dank kostengünstiger Speicherung entscheidend entschärfen. Bei den flüssigen Energieträgern ist die Unsicherheit über die Kosten, die Produktionsstandorte, die Transportwege, die verfügbaren Mengen usw. jedoch auch am grössten. Da das angrenzende Ausland ähnliche Herausforderungen in diesem Bereich hat wie die Schweiz, könnten hier einerseits Synergien durch eine Zusammenarbeit genutzt 14 Saisonale Speicher lohnen sich, wenn die (durch Speicher) eingesparte teure Winterenergie mehr wert ist als die zusätzlichen Speicherkosten. Da auch die im Sommer eingekaufte Energie zu den Speicherkosten zählt, sind grosse Preisunterschiede zwischen Sommer und Winter besonders vorteilhaft. werden, andererseits könnten die Preise durch Konkurrenz auch steigen. [GB 8.1] 7.2 Regulatorische Rahmenbedingungen Es gibt verschiedene kleinere und grössere regulatorische Aspekte, welche die Art und Menge der saisonalen Speicher in der Schweiz beeinflussen können [GB 8.2]: Internationale Abkommen: Das Stromabkommen mit der EU hat grosse Auswirkungen auf die Art und Menge der benötigten saisonalen Speicher. Ohne Stromabkommen werden voraussichtlich vermehrt teurere Speichertechnologien und dafür nötige Energieinfrastruktur gebaut und verwendet werden müssen. Ausserdem wird der Entscheid über das Stromabkommen voraussichtlich auch den Erfolg beispielsweise von Wasserstoffund Biomethanabkommen zwischen der EU und der Schweiz beeinflussen. Verbindlicher Dekarbonisierungspfad: Der CO2-Preis hat einen wesentlichen Einfluss auf das Tempo der Energiewende. Saisonale Speicherlösungen stehen dabei oft in direkter oder indirekter Konkurrenz zu kostengünstigen und einfach speicherbaren fossilen Energieträgern. Ohne eine angemessene CO2-Bepreisung bleiben ihre Marktchancen begrenzt. Ein verbindlicher Dekarbonisierungspfad schafft die nötige Investitionssicherheit, damit der CO2-Preis seine steuernde Wirkung entfalten und klimafreundliche Technologien gegenüber fossilen Energieträgern wettbewerbsfähig machen kann. In der Schweiz fehlt bislang ein solcher, ausreichend klar definierter Pfad – trotz bestehender Ansätze wie dem Emissionshandelssystem –, was die Unsicherheit für Investitionen in nachhaltige Energiespeicher zusätzlich erhöht. Rahmenbedingungen für Wärmespeicher: Für die saisonale Wärmespeicherung fehlen klare rechtliche Rahmenbedingungen. Um Rechtsund damit Investitionssicherheit zu verbessern, sollten beispielsweise diese Speichertechnologien auf allen politischen Ebenen explizit in die Raumund Energieplanung integriert werden. Dynamische Tarife: Kleine saisonale Wärmespeicher bei Stromendverbrauchern dürften bei dynamischen Strompreisen attraktiver werden. Entsprechende Tarife würden durch die freie Anbieterwahl wahrscheinlich schneller zur Verfügung stehen. 14 Saisonale Energiespeicherung im Überblick • Zusammenhänge, Bedeutung und Perspektiven im Schweizer Kontext • Kurzfassung Reservesystem: Die Regelungen zu den (Pflicht-)Energiereserven sollten alle Arten von saisonalen Speichern mit ihrem jeweiligen Beitrag zur Resilienz und Versorgungssicherheit berücksichtigen und angemessen vergüten. Dies kann eine Erweiterung der derzeitigen (teilweise noch in Ausarbeitung befindlichen) Regelungen erforderlich machen. Die Schaffung eines gut regulierten (saisonalen) Reservemarktes könnte hier ebenfalls eine interessante Option sein. Rahmenbedingungen für Wasserstoff: Für den Aufbau einer schweizerischen Wasserstoffinfrastruktur sind klare Regeln für die Erzeugung und insbesondere den Transport von Wasserstoff notwendig. Dies bedingt insbesondere eine Angleichung an die europäischen Regeln, die voraussichtlich für ein Importabkommen bzw. für den Anschluss an den «European Hydrogen Backbone» (EHB) notwendig sein werden. Ohne Wasserstoffimport ist der Aufbau einer grösseren schweizerischen Transportinfrastruktur und somit von Wasserstoffspeichern unwahrscheinlich. Förderung von Exergieeffizienz: Um die Exergieeffizienz und die saisonale Systemeffizienz zu fördern, könnten Regeln den Übergang zu einem effizienteren System beschleunigen. Während die Energiepreise diese Entwicklung letztlich vorantreiben dürften, könnten klare Regeln sie erheblich beschleunigen. 7.3 Soziale Akzeptanz von saisonalen Energiespeichern Die soziale Akzeptanz spielt bei der Umsetzung von Energieinfrastrukturen und damit auch bei Speichertechnologien eine entscheidende Rolle (siehe Kasten 5). Die Wasserkraft geniesst in der Bevölkerung eine sehr hohe Akzeptanz, bei Neubauprojekten gibt es aber oft Widerstand. Für andere Speichertechnologien wie saisonale Wärmespeicher und Gasspeicher gibt es noch keine verlässlichen Aussagen zur Akzeptanz, auch weil diese Technologien in der Schweiz noch nicht verbreitet sind. Bei den für die Speicherung relevanten Energieinfrastrukturen wie Energienetze hängt die Akzeptanz stark von der Beeinträchtigung des Landschaftsbildes und dem Einbezug der lokalen Bevölkerung in die Projekte etc. ab (siehe Kasten 5). Insbesondere bei Wärmenetzen ist die Akzeptanz in Gebieten mit bestehenden Wärmenetzen deutlich höher als in Gebieten ohne Wärmenetze. [8.3] Kasten 5: Soziale Akzeptanz Die soziale Akzeptanz von Energieinfrastrukturen ist ein komplexes Thema, das von vielen verschiedenen Faktoren abhängt und sehr projekt-, kontextund standortabhängig ist. Generell gilt, dass die Kosten für die betroffene Bevölkerung geringer sein sollten als der Nutzen. Die Kosten sind dabei nicht nur monetärer Art (z. B. Wertminderung von Grundstücken), sondern beschreiben auch eine gefühlte Minderung der Lebensqualität (z. B. durch Lärmbelästigung), erhöhte Unsicherheit (unklare Entwicklung), Verlust an Mitspracherecht, Beeinträchtigung wichtiger Leistungen der Natur (Biodiversität) etc. Der Nutzen ist natürlich auch hier nicht ausschliesslich monetär, sondern kann auch andere Aspekte umfassen, wie z. B. verbesserte Infrastruktur (neue Strassen), grössere Energieunabhängigkeit, lokale Wertschöpfung, Steigerung der Attraktivität der Region etc. Neben dem Kosten-Nutzen-Verhältnis spielen auch Ideologien, Mundpropaganda bzw. lokale Meinungsführende, politische Parteien und das vorhandene Wissen über die Eigenschaften einer Technologie eine grosse Rolle. Tendenziell erfolgreicher sind daher Projekte, welche die lokale Bevölkerung in die Planung einbeziehen (v. a. Schlüsselpersonen wie Gemeindepräsidentinnen und -präsidenten und grosse lokale Arbeitgeber/Investoren), die Bevölkerung gut und transparent informieren, lokale Investoren gewinnen, das Landschaftsbild berücksichtigen (keine unbelastete Landschaft beanspruchen) und die Leistungen der Natur berücksichtigen (Biodiversität). 15 Swiss Academies Reports, Vol. 20, Nr. 9, 2025 8 Optionen für die Förderung saisonaler Energiespeicherung Um die langfristige Versorgungssicherheit und Systemeffizienz des Energiesystems zu stärken, braucht es gezielte politische und regulatorische Massnahmen. Die folgenden Empfehlungen zielen darauf ab, Investitionen anzureizen, Ressourcen effizient zu nutzen und strategische Infrastruktur zu sichern. 1. Klare Rahmenbedingungen für Wärmespeicher schaffen Der Ausbau saisonaler Wärmespeicher wird derzeit durch regulatorische Unsicherheiten und komplexe raumplanerische Verfahren gehemmt. Um Investitionen zu ermöglichen und Prozesse zu beschleunigen, braucht es eindeutige gesetzliche Rahmenbedingungen für Planung und Betrieb, vereinfachte Bewilligungsverfahren sowie klare Zuständigkeiten und Planungsinstrumente. So können Wärmespeicher als zentrale Technologie für die saisonale Energiespeicherung wirksam zur Systemstabilität und -effizienz beitragen. 2. Exergieeffizienz systematisch fördern Energiepolitische Rahmenbedingungen sollten darauf ausgerichtet sein, Ressourcen möglichst exergieeffizient zu nutzen. Niedrigexergiequellen wie Umweltoder Abwärme sollten prioritär für den Raumwärmebedarf eingesetzt werden, während hochwertige Energieformen wie synthetsche oder biobasierte Energieträger gezielt dort Anwendung finden, wo keine Alternativen bestehen. Dies steigert die Gesamteffizienz des Energiesystems und kann den Bedarf an saisonalen Speichern reduzieren. 3. Kaskadennutzung von Holz fördern Als begrenzter Rohstoff sollte Holz im Sinne einer Kaskadennutzung zuerst stofflich genutzt werden – etwa als Bauoder Werkstoff – und erst danach energetisch verwertet werden. Idealerweise erfolgt die energetische Nutzung in Kombination mit Negativemissionstechnologien, um den Klimanutzen der Biomasse zu maximieren. 4. Aufbau grosser Gasspeicher fördern Zur nachhaltigen Sicherung der Gasversorgung in der Schweiz sollte der Bau grosser, inländischer Gasspeicher – etwa in Felskavernen – zusätzlich zu bestehenden Importund Speicherabkommen mit dem Ausland geprüft werden. Solche Speicher tragen zur Versorgungssicherheit und Gasnetzstabilität v. a. in kalten Winterperioden bei. 5. Ausbau der Winterstromproduktion vorantreiben Zur Überwindung saisonaler Stromengpässe im Winter ist vor allem der gezielte Ausbau von Windenergie zentral. Parallel dazu sollten Anreize geschaffen werden, um überschüssige Sommerstromproduktion – etwa durch PV-Anlagen – bei Bedarf kontrolliert abzuregeln. Somit kann auch mit «überdimensionierten» Dach-PV-Anlagen der Winterstromanteil erhöht werden ohne Netze im Sommer zu überlasten. Sinnvollerweise werden diese Anlagen mit Wärmespeichern beim gleichen Gebäude gekoppelt, um mehr des sonst abgeregelten Stroms zu nutzen. 6. Reservesystem erweitern oder als Markt etablieren Das bestehende saisonale Reservesystem – bestehend aus Wasserkraftreserven und thermischen Kraftwerken – sollte überdacht und weiterentwickelt werden. Ein marktbasiertes Reservesystem könnte zusätzliche Anreize für Investitionen in Systemresilienz schaffen. Wichtig ist dabei, alle relevanten Speicherformen einzubeziehen – insbesondere auch Wärmespeicher. So kann Resilienz als handelbarer und wirtschaftlich bewertbarer Faktor im Energiemarkt etabliert werden. 7. Zusammenarbeit stärken und sektorübergreifende Planung fördern Saisonale Speicherlösungen und damit verbundene Energieinfrastruktur erfordern eine koordinierte Planung über Sektoren und Verwaltungsebenen hinweg. Dafür sind gezielte Formate zur Zusammenarbeit zwischen Energieversorgern, Planungsbehörden, Forschung und Industrie zu fördern. Transdisziplinäre Planungsprozesse, geteilte Datenräume und integrierte Szenarienanalysen können helfen, Synergien zu identifizieren, Doppelinvestitionen zu vermeiden, die Systemeffizienz zu steigern und Akzeptanz zu fördern. Dies schafft die Grundlage für eine ganzheitlich optimierte und real umsetzbare Speicherstrategie. 16 Saisonale Energiespeicherung im Überblick • Zusammenhänge, Bedeutung und Perspektiven im Schweizer Kontext • Kurzfassung Wer sind wir? Die Akademien der Wissenschaften Schweiz sind ein Verbund der vier wissenschaftlichen Akademien der Schweiz: der Akademie der Naturwissenschaften Schweiz (SCNAT), der Schweizerischen Akademie der Geistesund Sozialwissenschaften (SAGW), der Schweizerischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften (SAMW) und der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften (SATW). Sie umfassen nebst den vier Akademien die Kompetenzzentren TA-SWISS und Science et Cité sowie weitere wissenschaftliche Netzwerke. Der wissenschaftliche Nachwuchs organisiert sich in der Jungen Akademie Schweiz. Die Akademien der Wissenschaften Schweiz vernetzen die Wissenschaften regional, national und international. Sie vertreten die Wissenschaftsgemeinschaften disziplinär, interdisziplinär und unabhängig von Institutionen und Fächern. Ihr Netzwerk ist langfristig orientiert und der wissenschaftlichen Exzellenz verpflichtet. Sie beraten Politik und Gesellschaft in wissensbasierten und gesellschaftsrelevanten Fragen. Die Erweiterte Energiekommission der Akademien der Wissenschaften Schweiz fördert und koordiniert die Diskussion und den Wissensaustausch zu den Themen Energie und nachhaltige Nutzung von Ressourcen innerhalb der Forschungsgemeinschaft und pflegt den Dialog mit Politik und Gesellschaft. Sie sucht die Zusammenarbeit mit Schweizer Hochschulen und Fachhochschulen und unterhält ein Netzwerk der Schweizer Forschungsgemeinschaft zum Thema Energie.