Projektarbeit Energie Stromwerke der Schweiz

Stromwerke der Schweiz

Stromwerke der Schweiz und deren Funktionsprinzipien


Die Stromwerke der Schweiz sind so unterschiedlich wie auch die Energieträger. Die Menschheit ist auf Strom angewiesen, diesen kann man nicht wie bei Erdöl oder Erdgas im Boden finden, sondern man muss den Strom meistens in grossen Anlagen produzieren. Um Strom zu produzieren, gibt es viele verschiedene Möglichkeiten. Auf dem Kreisdiagram kann man die Zusammensetzung des Schweizer Stromes entnehmen:

Strommix der Schweiz

Jeder Haushalt braucht Strom. Konsumenten dürfen selbst wählen, welchen Strom sie in ihrem Haushalt verwenden möchten. Hier in der Schweiz beschränken sich die Optionen z.B. beim Lieferanten Primeo Energie aus Münchenstein auf sog. «Standardstrom», «grünen Strom» und «grauen Strom». Der Unterschied besteht darin, dass der «grüne Strom» rein aus der Schweiz und nur von Kleinstwasserkraft- und Windkraftwerken stammt. Der «Standardstrom» bezieht auch aus der europäischen Umgebung und nutzt auch Strom von grossen Wasserkraftwerken. Der «graue Strom» nutzt hauptsächlich Atomstrom aus Kernkraftwerken.[1] Jedoch ist es mit Preisaufschlägen und dergleichen verbunden, wenn man auf den «grünen Strom» zugreift.

Wasserkraftwerke

Grande Dixence-Staumauer als Speicherkraftwerk

Wasserkraftwerke produzieren mit Abstand den meisten Strom. Es gibt dabei aber zwei verschiedene Arten von Wasserkraftwerken. Einerseits gibt es Laufkraftwerke, welche sich bei Flüssen oder Bächen befinden. Sie nutzen den kontinuierlichen Fluss von Wasser, um Strom zu produzieren. Deshalb können diese zu Schwankungen in der Stromproduktion neigen. Die andere Art von Wasserkraftwerken sind Speicherkraftwerke, welche oft im Gebirge gebaut werden. Sie können das Wasser gut speichern und dann gezielt bei Stromspitzen (Zeitpunkte mit grosser Nachfrage) Strom produzieren. Speicherkraftwerke können auch noch Pumpkraftwerke sein, dabei Pumpen sie Wasser den Berg hinauf, wenn zu viel Strom vorhanden ist und können dann mehr Strom produzieren, indem sie das Wasser ins Tal ablassen, wenn es eine Stromspitze hat.

Durch das Energieerhaltungsgesetz kann man keine Energie erzeugen oder vernichten. Dies ist auch nicht anders bei einem Wasserkraftwerk. Bei beiden Kraftwerken bewegt sich das Wasser. Aus potenzieller Energie wird kinetische Energie. Diese kinetische Energie wird dann auf eine Turbine übergeben. Diese Turbine übergibt dann die Energie einem Generator, welcher aus kinetischer Energie Strom erzeugt.

Der Preis liegt bei etwa 4 – 9 Rp. /kWh bei einer grossen Anlage. Ein grosser Vorteil von Wasserkraft ist die CO2-Neutralität. Hingegen spricht, dass meistens grosse Anlagen gebaut werden, welche in die Natur eingreifen. Zudem können Laufkraftwerke ein Problem für Flussbewohner darstellen. In der Schweiz befinden sich insgesamt 674 Wasserkraftwerke.[2]

Photovoltaikwerke

Photovoltaikkraftwerk auf dem Mont Soleil

Bei der Photovoltaik wird aus Sonnenlicht Energie erzeugt, durch kleine Solarzellen. Diese Technologie wird noch nicht gross verwendet, weil der Preis dafür noch hoch ist, 8 – 31 Rp. /kWh. Dieser Preis sinkt aber kontinuierlich. Zudem schwankt die Energieversorgung stark. Ein weiterer Grund für eine geringe Anzahl an Photovoltaikanlage ist die geringe Nachfrage. Die grösste Photovoltaikanlage der Schweiz befindet sich in Onnens.

Diese Technologie wird oft zuhause installiert oder z.B. an ein Wasserkraftwerk zusätzlich montiert. Leider haben wir in der Schweiz nicht so gute Bedingungen für Photovoltaikanlagen, wie in anderen Ländern.

Windkraftwerke

Windkraftwerk auf dem Mont Soleil

Windkraft ist eine Technologie, die viele wollen, aber nicht in ihrer Nähe. Dies macht den Bau schwer. Zudem ist die Schweiz ein schlechter Ort für Windkraft. Nur 0,7% der Landesoberfläche eignen sich für die Produktion der Windenergie.

Windkraftwerke funktionieren eigentlich fast gleich wie die Wasserkraftwerke, der einzige Unterschied ist, dass die Turbine kinetische Energie von dem Wind übernimmt. Diese Turbine ist auch wieder an einen Generator angeschlossen, welcher dann Strom produziert.

Die Kosten belaufen sich auf 13 – 21 Rp. /kWh. Darüber hinaus sind Windkraftwerke laut und gross und können das Landschaftsbild zerstören. Wie bei vielen erneuerbaren Energien ist die Energie nicht planbar oder steuerbar, weshalb sie auch sie Netz nicht stabilisiert. Dagegen spricht, dass sie für eine erneuerbare Energiequelle günstig ist und ihr CO2-Ausstoss gering ist.

In der Schweiz überwiegen die Nachteile mehr als die Vorteile. Denn nur 0,2% sind Windenergie in der Stromerzeugung.

Atomkraftwerke

Atomkraft ist eine umstrittene Stromquelle. In einem Atomkraftwerk wird Uran gespalten. Unter kontrollierten Bedingungen gibt es dabei eine nukleare Kettenreaktion. Bei der Spaltung wird Energie in Form von Wärmeenergie abgegeben. Diese Wärmeenergie wärmt das Wasser auf. Dieses Wasser fliesst dann durch einen Wärmetauscher, welcher dann anderes Wasser erwärmt. Dies passiert manchmal nochmal. Der Grund dafür liegt in der Strahlung, welche bei der Kernspaltung entsteht. Diese Strahlung darf nicht aus dem Kernkraftwerk austreten. Deshalb darf auch kein verstrahltes Wasser aus dem Kernkraftwerk austreten. Und wiederum deshalb wird die Wärme des verstrahlten Wassers an das nicht verstrahlte Wasser getauscht.[3] Das warme Wasser geht als Wasserdampf auf und lässt dadurch eine Turbine rotieren. Diese Turbine überträgt die kinetische Energie in einen Generator, dieser produziert dann Strom.[4]

Die Kosten betragen etwa 4 – 7 Rp. /kWh. Die Atomkraftwerke werden in den meisten Länder zurück gebaut, wegen Unfällen wie in Tschernobyl. Dafür stabilisieren Atomkraftwerke das Netz. Man kann genau planen, wie viel Strom man wann erzeugen will. Zusätzlich spielen keine abiotischen Umweltfaktoren oder Jahreszeiten eine Rolle für den Ertrag. Zudem sind Atomkraftwerke fast klimaneutral.[5]

Energiekraftwerke mit fossilen Brennstoffen

Ehemaliges Kraftwerk Chavalon als eines der einzigen konventionellen Kraftwerke der Schweiz. 1999 stillgelegt

Rund 2% unserer Energie stammen aus thermischen Kraft- und Fernkraftwerken, welche Energie aus nicht erneuerbaren Energien produzieren. Beispiele dafür sind Kohlekraftwerke, Gaskraftwerke oder Kraftwerke, die mit Erdöl betrieben werden.

Bei der Herstellung von Strom aus diesen Kraftwerken gibt es feine Unterschiede, bei der Produktion. Bei einem Kohlekraftwerk wird die Kohle verbrannt und dadurch wird Wasser erwärmt. Bei Gaskraftwerken wird ein Motor betrieben, welcher mechanische Energie erzeugt, welche dann in Strom mit einem Generator umgewandelt wird. Bei Erdölkraftwerken sind beide Verfahren möglich.[6][7][8]

Diese Kraftwerke werden oft nur bei einem Spitzenlastenzeiten benutzt, um das Netz zu stabilisieren. Denn ein grosser Vorteil von fossilen Brennstoffen ist das nicht anhängig sein von abiotischen Umweltfaktoren und Jahreszeiten. Leider sind die Ressourcen begrenzt und der Preis steigt immer wie mehr für diese Ressourcen. Weil die Ressourcen zudem noch abhängig von wenigen Förderländern sind, ist die Sicherstellung einer genug grossen Förderung schwieriger als bei anderen Werken. Zudem emittieren die Werke viel Stickoxide und CO2. Aus diesen Gründen erzeugt die Schweiz nur wenig Strom aus fossilen Brennstoffen.[9][10][11]

Kernfusion

Info

Masse-Energie-Äquivalenz-Formel.png

Diese Formel trägt den Namen Masse-Energie-Äquivalenz-Formel. Albert Einstein entdeckte dieses Naturgesetz. Im Grund verbindet sie zwei Einheiten, welche für uns überhaupt nichts miteinander zu tun haben. Das Gesetz besagt, dass Energie (E) gleich Masse mal Lichtbeschleunigung im Quadrat. Das heisst im übertragenen Sinn, dass man Masse zu Energie machen kann und wenn man genug Energie hat daraus auch wieder Masse machen kann.

Reaktor von ITER im Querschnitt

Kernfusion ist noch nicht so bekannt wie die anderen Energiekraftwerke. Der Grund dafür besteht darin, dass diese noch erforscht wird. Diese Technologie ist noch nicht kommerziell nutzbar. Forscher haben schon einen Reaktor damit betrieben, um die richtigen Bedingungen zu erzeugen und beizubehalten. Das grösste Problem ist, dass eine Kernfusion derzeit endotherm abläuft, also mehr Energie zur Erzeugung der Fusion gebraucht wird, als Energie dabei entsteht.

Diese Art Energie zu produzieren ist nicht neu. Die Menschen haben das Prinzip von der Sonne abgeschaut. Diese fusioniert Wasserstoff unter grosser Hitze und Druck zu Helium. Dies wird in Kernfusionsreaktoren nachempfunden unter grosser Hitze und mit künstlich erzeugtem Druck durch ein Magnetfeld wird aus dem zwei Wasserstoffisotope genauer gesagt Deuterium und Tritium und manchmal Helium-3 Energie erzeugt. Wenn man die Wasserstoffisotope am Anfang misst und nach der Reaktion nochmal, merkt man, dass das Ausgangsmaterial weniger Masse hat als das Anfangsmaterial. Dabei spielt die Masse-Energie-Äquivalenz-Formel eine Rolle. Masse wird dabei in Energie umgewandelt. Dabei wird Wasser heiss und treibt eine Turbine an, welche dann Strom generiert.[12][13]

Man kann heute noch nicht genau abschätzen, wie teuer der Strom werden könnte. Laut Hochrechnungen des PEGE könnten sich die kosten auf circa 15 ¢ pro kWh belaufen.[14]

Quellen

  1. Primeo Energie. (2021). Wählen Sie Ihr Stromprodukt [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.primeo-energie.ch/privatkunden/strom-beziehen.html, zuletzt abgefragt am 24.03.2022
  2. Wikipedia. (2022). Liste von Wasserkraftwerken in der Schweiz [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Wasserkraftwerken_in_der_Schweiz, zuletzt abgefragt am 22.03.2022
  3. Wikipedia. (2022). Kernkraftwerk [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/Kernkraftwerk, zuletzt abgefragt am 22.03.2022
  4. Wikipedia. (2021). Turbine [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/Turbine, zuletzt abgefragt am 23.03.2022
  5. VSE. (2022). Produktion & Strommix [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.strom.ch/de/energiewissen/produktion-und-handel/produktion-strommix, zuletzt abgefragt am 23.03.2022
  6. Wikipedia. (2022). Gaskraftwerk [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/Gaskraftwerk, zuletzt abgefragt am 23.03.2022
  7. Wikipedia. (2022). Ölkraftwerk [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/Ölkraftwerk, zuletzt abgefragt am 23.03.2022
  8. Wikipedia. (2022). Kohlekraftwerk [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlekraftwerk, zuletzt abgefragt am 23.03.2022
  9. Umwelt Bundesamt. (2022). Kraftwerke: konventionelle und erneuerbare Energieträger [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/kraftwerke-konventionelle-erneuerbare#kraftwerkstandorte-in-deutschland, zuletzt abgefragt am 23.03.2022
  10. Pronovo AG. (2021). Cockpit Stromkennzeichnung Schweiz [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.newsd.admin.ch/newsd/message/attachments/68003.pdf, zuletzt abgefragt am 23.03.2022
  11. bern.ch. (2022). Energiequellen [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.bern.ch/themen/bildung/schule/angebote-fur-lehrpersonen/energie-in-der-schule/energiekiste/downloads/ab_energiequellen_l.pdf/@@download/file/ab_energiequellen_l.pdf, zuletzt abgefragt am 23.03.2022
  12. Wikipedia. (2022). Kernfusion [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion, zuletzt abgefragt am 24.03.2022
  13. squader.com. (Unbekannt). Wie kann man die durch Kernfusion erzeugte Energie messen? [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.squader.com/projekt/wie-kann-man-die-durch-kernfusion-erzeugte-energie-messen.html, zuletzt abgefragt am 24.03.2022
  14. PEGE. (2011). Stromkosten beim Fusionsreaktor [Web-Artikel]. Gefunden unter https://politik.pege.org/2004-kernfusion/stromkosten.htm, zuletzt abgefragt am 24.03.2022
🍪 Projektarbeit Energie verwendet Cookies, um sessions-relevante Inhalte und Benutzerpräferenzen zu speichern und Ihnen ein besseres Nutzungserlebnis zu gewähren.