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Ohne ausgebaute Stromnetze keine Energiewende

Der Ausbau der erneuerbaren Energien und die Elektrifizierung gewinnen beide an Fahrt. Denn auf dem Weg zur Erreichung der Klimaziele spielt die Ablösung fossiler Energieträger durch erneuerbare Energien eine zentrale Rolle. Gleichzeitig werden die Endenergiesektoren Transport, Wärme und Industrie verstärkt elektrifiziert. Damit die Energiewende gelingt, müssen die Kapazitäten der Übertragungs- und Verteilernetze weltweit deutlich ausgebaut werden.

10. Januar 2024

Werner Richli, CEFA, Heinz Tschabold, CAIA,

Senior Portfolio Managers, Credit Suisse Asset Management

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Wesentliche Erkenntnisse

Die Energiewende erfordert eine drastische Erhöhung der Investitionen in das Stromnetz. 

Schätzungen gehen weltweit von Investitionen von $ 450 Milliarden pro Jahr bis 2030 aus.

Hauptgründe sind einerseits die schwankende und dezentrale Einspeiseleistungen von Wind- und Solaranlagen, andererseits der Stromverbrauch, der infolge der Elektrifizierung des Wärme-, Verkehrs- und Industriesektors bis 2030 geschätzt um 60% steigen wird.

Stromtransport auf verschiedenen Spannungsebenen

Das weltweite Stromnetz erstreckt sich über eine Länge von rund 80 Millionen Kilometer, grösstenteils als Freileitungen gebaut, unterteilt zu 93% als Verteil- und zu 7% als Übertragungsnetz und erfährt einen Zuwachs von rund 1 Million Kilometer pro Jahr.1 Grob lässt sich das Stromnetz in vier Spannungsebenen einteilen. Als Übertragungsnetz wird das Höchstspannungsnetz mit 380/220 Kilovolt (kV) bezeichnet und dient zur Fernübertragung (mit minimalem Spannungsverlust) und der Einspeisung der Erzeuger mit sehr grosser Leistung von mehreren 100 Gigawatt (GW). Alle übrigen Spannungsebenen werden als Verteilnetz benannt. Darunter fällt das Hochspannungsnetz mit 110 kV zur Einspeisung mittelgrosser Erzeuger und Versorgung grosser Abnehmer. Das Mittelspannungsnetz von 1-50 kV dient zur Einspeisung kleinerer lokaler Erzeuger wie Stadtwerke, Windparks oder Solarfelder, versorgt mittelgrosse Abnehmer und dient der kommunalen Grobverteilung. Das Niederspannungsnetz (400/230 V) verteilt den Strom zu den Privathaushalten oder zum Gewerbe und nimmt den überschüssigen Strom von Photovoltaik-Dachanlagen auf oder versorgt Wärmepumpen.2 Die jährlichen Investitionen in das weltweite Stromnetz beliefen sich im Jahr 2022 auf rund $ 300 Milliarden.

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Massive Investitionen auf allen Spannungsebenen notwendig

Will man das Ziel der Klimaneutralität erreichen, muss der Netzausbau Hand in Hand mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien erfolgen. Bis zum Jahr 2030 sind gemäss der Internationalen Energieagentur (IEA) $ 450 Milliarden pro Jahr gefordert, womit beim erfolgreichen Ausbau der erneuerbaren Energien 60% in die Produktion und 40% in das Stromnetz investiert werden müssen. Der für den Ausbau des Stromnetzes nötige Anteil wird für die Periode 2041-2050 sogar auf 50% prognostiziert, bei dann jährlichen Investitionsausgaben von gut $ 800 Milliarden jährlich.3

Abbildung 1: Jährliche Investitionen in Erneuerbare Energien und Stromnetz
Szenario der angekündigten Zusagen, 2016-2050, in Mrd. USD

Annual investments in renewable energy sources and electricity grids

EMDEs: Entwicklungs- und Schwellenländer
Quelle: Sources: IEA (2022), World Energy Outlook 2022, IEA (2023), World Energy Investment 2023.
IEA 2023; Average annual investment in grids and renewables by regional grouping in the Announced Pledges Scenario, 2016-2050, Link, Lizenz: CC BY 4.0
Dies ist eine von Credit Suisse Asset Management aus IEA-Materialien abgeleitete Arbeit, für die die Credit Suisse Asset Management allein haftet und verantwortlich ist. Das abgeleitete Werk wird von der IEA in keiner Weise gebilligt.

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Die steigende Nachfrage setzt das europäische Stromnetz unter Druck

Gemäss der EU Kommission dürfte der Stromverbrauch infolge der zunehmenden Elektrifizierung des Wärme-, Verkehrs- und Industriesektors bis 2030 geschätzt um 60% steigen. Dies bedeutet, dass in Europa die Stromnetze beschleunigt ausgebaut werden müssen. Die laufend neu installierten Wärmepumpen und Ladestationen für Elektrofahrzeuge, gekoppelt mit der zunehmenden Dezentralisierung der Stromproduktion beanspruchen das Netz zusätzlich. Zudem stammt immer mehr Energie aus erneuerbaren Quellen, was den Bedarf an erzeugungs- und lastseitiger Flexibilität stark erhöht. Ein digitales Energiemanagement kann helfen, dass erneuerbare Energien bestmöglich in das System integriert werden. Gesamthaft belaufen sich die notwendigen Investitionen zwischen 2020 und 2030 auf € 584 Milliarden.4

Der Zubau an erneuerbaren Energieträger verändert damit die Prämissen für das Versorgungsnetz. Angebotsseitig wird sich der Primärenergiemix zu Gunsten der erneuerbaren Energien verändern. Dabei wird vor allem der Anteil der wetterabhängigen und standortgebunden Energieträger Photovoltaik und Windenergie deutlich steigen, während regelbare erneuerbare Energien wie Biomasse und Wasserkraft nur mehr geringfügig zulegen dürften. Die Energieversorgung wird dezentral. Anstelle weniger Grosskraftwerke werden viele mittlere und kleinere Erzeuger treten, die sich dort ansiedeln, wo die günstigsten klimatischen und geografischen Bedingungen herrschen.

Ungleichmässige Netzbeanspruchung als Herausforderung 

Nachfrageschwankungen müssen zeitgleich durch das Zuschalten von flexiblen Kraftwerken ausgeglichen werden können, um die Funktionalität des Netzes zu gewährleisten. So führt der Eigenkonsum aus Solarenergie (Photovoltaik-Dachanlagen) zu einem Rückgang der Netzlast. Ein Beispiel wo dies sehr eindrücklich dargestellt werden kann, ist Kalifornien, wo die Solarenergie stark an Bedeutung gewonnen hat. Das sogenannte Phänomen der «Duck Curve» entsteht durch die hohe Produktion von Solarenergie bei gleichzeitig geringer Nachfrage zur Mittagszeit.

Abbildung 2: Die kalifornische «Duck Curve»
Nettolast im Netz, März-Mai 2015-2023, in GW


Quelle: California Independent System Operator (CAISO), U.S. Energy Information Association (IEA), https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=56880, abgerufen am 9.10.2023.

Angesichts der tageszeitbedingt schwankenden Stromnachfrage und des zeitlichen Ungleichgewichts zwischen Produktion und Verbrauch kommt der Energiespeicherung grosse Bedeutung zu, zumal der Netzausbau mit der Produktion nicht Schritt hält. Bereits heute warten gemäss IEA weltweit Solar- und Windprojekte in fortgeschrittenen Planungsstufen von 1500 GW auf ihre Genehmigungen für einen späteren Netzanschluss.5

Auch in Deutschland führen die vermehrte Einspeisung erneuerbarer Energien und der schrittweise Ausstieg aus fossilen Energieträgern und der Kernenergie zu steigenden Netzengpässen. Der Grund liegt in den noch fehlenden Stromautobahnen, um Windstrom von der Nord- und Ostseeküste in die dichtbesiedelten und industriereichen südlichen Bundesländer zu transportieren. Um eine Überlastung des bestehenden Netzes zu verhindern, weist der Höchstspannungsnetzbetreiber die Energieerzeuger an, die Leistung bestimmter Anlagen zu drosseln und anderorts hochzufahren («redispatch»).6 Wie in Abbildung 3 ersichtlich, ist Windenergie überproportional von der Abregelung betroffen, während mit primär Steinkohle und Erdgas betriebene Werke hochgefahren werden. Die im Jahr 2022 abgeregelte Stromproduktion von 8000 GWh entspricht dabei in etwa der Jahresleistung eines mittleren Kernkraftwerks mit einer Leistung von 1 GW.7

Abbildung 3: Zunahme der Redispatch Massnahmen in Deutschland
Ausfallarbeit Erneuerbare Energien in GWh


Quelle: Bundesnetzagentur: Jahresberichte zum Netzengpassmanagement, Link, abgerufen am 30.11.2023.

Redispatch-Massnahmen sind aufwendig und teuer. Die Kosten des Einspeisemanagements, die auf die Netznutzungsentgelte umgelegt werden, sind in den letzten Jahren in Deutschland deutlich gestiegen. Während im Jahr 2020 € 240 Mio. auf die Netzkosten umgelegt wurden, lag dieser Wert im Jahr 2022 bereits bei € 2.7 Mrd. Dieser Wert setzt sich aus € 1.8 Mrd für das Zuschalten fossiler Kraftwerke - getrieben durch die gestiegenen Brennstoffpreise - und aus € 0.9 Mrd für die finanzielle Kompensation hauptsächlich der Windparkbetreiber zusammen.8

Der Ausbau des Stromnetzes im Fokus 

Schwankende Einspeiseleistungen von erneuerbaren Energieanlagen, die neue dezentrale Verteilung der Stromerzeugung und das Einspeisemanagement machen eine umfangreiche Anpassung und einen beschleunigten Ausbau der Netzinfrastrukturen notwendig. Mit dem jüngst vorgelegten Aktionsplan der EU sollen Vorhaben beschleunigt durchgeführt und die langfristige Netzplanung verbessert werden, um mehr Strom aus erneuerbaren Quellen zu nutzen und die elektrifizierte Nachfrage, einschliesslich Wasserstoff, ins Energiesystem zu integrieren.

Deutschland beabsichtigt mit dem Einstieg beim Höchstspannungsnetzbetreiber Tennet die Planungsverfahren zu beschleunigen. Zudem soll als Investitionsanreiz bei Neuinvestitionen im Verteilnetz durch eine Neuberechnung des Eigenkapitalzinssatzes die Verzinsung ab 1.1.2024 markant erhöht werden.9 Und auch bei den Neuinvestitionen bei Offshore Windparks und Interkonnektoren sollen die Eigenkapitalverzinsungen angepasst werden.

Ferner sieht der Netzentwicklungsplan in Deutschland den Bau von 12 GW Pumpspeicherkraftwerken und bis zu 168 GW Gross- und Kleinbatteriespeichern, wobei auch Wasserstoff als Energieträger zur saisonalen Speicherung von erneuerbarer Energie genutzt werden könnte.10

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IEA (2023). Electricity Grids and Secure Energy Transitions. September 2023, Seiten 14, 91
2 Dr. Michael Huber (2022). Ist der Ausbau des Stromnetzes für die Energiewende unverzichtbar? Celle. Version 1 04.2022.
3 IEA (2023). Electricity Grids and Secure Energy Transitions. September 2023, Seiten 14, 91.
4 https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/de/IP_23_6044, abgerufen am 30.11.2023.
5IEA (2023). Electricity Grids and Secure Energy Transitions. September 2023, Seite 43.
6 TenneT (n.d.). https://www.tennet.eu/de/blog/redispatch-systemsicherung-im-uebertragungsnetz. abgerufen am 16.10.2023.
https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Fachthemen/ElektrizitaetundGas/Versorgungssicherheit/Netzengpassmanagement/start.html; Ganzjahreszahlen und Quartalsberichte, 2022, abgerufen am 30.11.2023.
https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Fachthemen/ElektrizitaetundGas/Versorgungssicherheit/Netzengpassmanagement/start.html; Zahlen zu Netzengpassmanagementmassnahmen – Gesamtes Jahr 2022, Seiten 5, 9, abgerufen am 30.11.2023.
9 https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Beschlusskammern/1_GZ/BK4-GZ/2023/BK4-23-0002/BK4-23-0002_PlanFestlegung_EKZins_BF_download.pdf?__blob=publicationFile&v=4; Gemäss Bundesnetzagentur könnte der Eigenkapitalzinssatzes von 5.07% nach aktuellen Prognosen auf 7.09% steigen; https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/DE/2023/20230607_Eckpunkte_EKZ.html, abgerufen am 30.11.2023.
10 https://www.netzentwicklungsplan.de/nep-aktuell/netzentwicklungsplan-20372045-2023; Netzentwicklungsplan Strom 2037 / 2045, Version 2023, 2. Entwurf, S. 23.; abgerufen am 30.11.2023.
11 «Pure Play» heisst, dass mindestens 50 % der Erträge des Unternehmens einen direkten Bezug zum entsprechenden Thema aufweisen.

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