Wie Eingangs im Kapitel 3.3.1 Zielsetzung erwähnt, stellt die Gewährleistung der Versorgungssicherheit das wohl wichtigste Ziel des Energiemanagements dar. Die heutigen Gebäude, Produktionsmittel und Arbeitshilfen können ohne sichere Energieversorgung nicht betrieben werden. Auch die Sicherheit von Personen und Sachwerten ist ohne sichere Energieversorgung oft nicht zu gewährleisten. Die Versorgungssicherheit steht deshalb in der Praxis meist an erster Stelle, entsprechende Massnahmen werden prioritär behandelt.
Die wichtigste Energieform ist elektrischer Strom. Der Ausfall der Stromversorgung hat die meisten und unmittelbarsten Folgen. Der Ausfall der Wasserversorgung ist ebenfalls sehr lästig, meist aber nicht mit unmittelbaren Schäden oder Gefahren verbunden. Der Ausfall der Wärmeversorgung hat weniger rasch Folgen, da die Gebäude über eine mehr oder weniger grosse Wärmespeicherfähigkeit verfügen. Sobald aufgrund der Nutzung eine bestimmte Innentemperatur erforderlich ist (z. B. Labors, Spitäler) oder wenn Wärme für Prozesse erforderlich ist, muss auch die Wärmeversorgung sicher und lückenlos gewährleistet sein. Analoges gilt für die Kälteversorgung.
Zur Erreichung einer den Anforderungen entsprechenden Versorgungssicherheit ist ein nachfolgend beschriebenes Vorgehen möglich. Diese folgt der allgemeinen Methodik aus Kapitel 3.3.
6.1.1 Definition der Anforderungen
Zu Beginn müssen die Anforderungen an die Versorgungssicherheit definiert werden. Dies kommt einer Zielsetzung gleich. Die Sicherheit der Energieversorgung soll nur so weit gewährleistet sein, wie dies von den Anforderungen her erforderlich ist. Eine unnötig grosse Sicherheit verursacht unnötige Kosten. Die Versorgungssicherheit muss zudem nach dem Energieträger und nach der benötigten Nutzenergie resp. entsprechend der Energieanwendung unterschieden werden. Ebenfalls spielen die Dauer eines Unterbruchs sowie die Häufigkeit von Unterbrüchen eine Rolle.
Zur Festlegung der Anforderung an die Versorgungssicherheit müssen der mögliche Schaden sowie die mögliche Gefährdung von Menschen beim Ausfall der Energieversorgung bestimmt werden.
Stromversorgung:
Der Ausfall der Stromversorgung in einem Bürogebäude hat unmittelbare und oft grosse Folgen. Zu den Schäden und Risiken bei Wohngebäuden kommt hinzu, dass während des Stromausfalls kaum mehr gearbeitet werden kann. Nicht nur die Computer fallen aus, auch das fehlende Licht kann die Arbeit behindern. Wo keine Fenster zum Öffnen vorhanden sind, kann bei fehlender Lüftung oder Klimatisierung die Innenluft nach einer bestimmten Zeit unerträglich werden. Der grösste Schaden kann durch den Absturz der EDV-Systeme und den dadurch verursachten Datenverlust entstehen. Solche Schäden können schon bei kürzesten Spannungsabfällen auftreten, welche sonst kaum wahrgenommen werden. Die heutigen Kommunikationssysteme können bei Stromausfall nicht mehr oder nur teilweise genutzt werden. Eine Gefährdung der Personen kann entstehen, falls das Gebäude ohne Licht nicht mehr gefahrlos verlassen werden kann. Deswegen ist eine netzunabhängige Sicherheits- resp. Notbeleuchtung der Fluchtwege erforderlich. Wo in einem Bürobau auch Server vorhanden sind, kann bei fehlender Kühlung ein Schaden an diesen Systemen entstehen.
Stromausfall bei weiteren Gebäudetypen:
Ein Stromausfall in einem Spital kann unmittelbar Leben gefährden, insbesondere im Opera-tionssaal oder auf der Intensivstation. Dort sind die Anforderungen an die Stromversorgung sehr hoch, ein Stromausfall muss verhindert werden.
Ebenfalls sehr hohe Anforderungen an die Stromversorgung bestehen bei Rechenzentren oder bei Produktionsbetrieben mit gefährlichen Prozessen (z. B. chem. Industrie). In beiden Fällen kann selbst bei einem nur kurzzeitigen Stromunterbruch grosser Schaden oder gar eine Gefahr für Mensch und Umwelt entstehen.
Für jedes Gebäude muss deswegen eine Analyse möglicher Schäden und Risiken erfolgen. Aus dieser Analyse der Folgen eines Stromausfalles können die Anforderungen an die Versorgungssicherheit formuliert werden. Es wird festgelegt, ab welcher Zeitdauer ein Stromausfall Schäden anrichten kann oder Risiken verursacht. Daraus kann abgeleitet werden, ob resp. wie oft, für wie lange und unter welchen Bedingungen ein Stromausfall toleriert werden kann.
Wärmeversorgung:
Der Ausfall der Wärmeversorgung hat oft beim Warmwasser den am raschesten spürbaren Effekt. Ein Ausfall der Warmwasserversorgung am Morgen stellt bei heutigen Hygieneansprüchen eine starke Komforteinbusse dar. Je nach Gebäudenutzung (z. B. Hotel, Heim, Spital) können grosse Probleme entstehen.
Die Raumheizung kann in vielen Gebäuden einige Stunden ausfallen, ohne dass Probleme entstehen. In einer Schule, einem Bürobau oder in einem Wohngebäude stellt selbst ein Ausfall der Heizung von einem Tag noch kein allzu gros-ses Problem dar. Nach einiger Zeit wird aber die Innentemperatur ungemütlich. Der Ausfall der Wärmeversorgung ist umso rascher spürbar, je schlechter das Gebäude gedämmt ist und umso tiefer die Aussentemperatur ist. Gut gedämmte, massiv gebaute neue Gebäude haben eine Wärmespeicherfähigkeit von zwei bis drei Tagen. Erst danach wird die Innentemperatur unangenehm tief.
Sofort spürbar ist der Ausfall der Wärmeversorgung bei Zuluftanlagen, insbesondere wo keine gute Wärmerückgewinnung vorhanden ist. Die erforderliche Zulufttemperatur kann nicht mehr erreicht werden und es besteht bei tiefen Aussentemperaturen Frostgefahr für die Heizregister. Die Lüftungsanlagen müssen ohne Wärmeversorgung ausgeschaltet werden, ausser sie verfügen über eine sehr gute Wärmerückgewinnung (WRG). In einem Krankenhaus oder in einem Pflegeheim kann eine zu tiefe Raumtemperatur die Gesundheit der Bewohner beeinträchtigen. Dazu kommt, dass die Patienten oder Bewohner nicht einfach evakuiert werden können.
In einem Hotel können bei zu tiefen Raumtemperaturen finanzielle Einbussen entstehen, weil den Gästen ein Preisnachlass gewährleistetet werden muss.
Falls Prozesse mit Wärme versorgt werden (Kochen mit Dampf, Sterilisation, Produktionsprozesse etc.), dann muss die Sicherheit der Wärmeversorgung den Anforderungen dieser Prozesse angepasst sein. Diese sind oft sehr hoch.
Aus solchen Analysen der Auswirkungen kann auch hier abgeleitet werden, wie lange eine bestimmte Wärmeversorgung maximal ausfallen und wie oft dies vorkommen darf.
Wasserversorgung:
Der Ausfall der Trinkwasserversorgung ist in allen Gebäuden sehr unangenehm. Es kann nicht mehr gekocht, gewaschen oder geduscht werden. In den WCs entstehen rasch sehr unhygienische Zustände. Auch hier sind die Anforderungen in Spitälern und in Produktionsbetrieben, welche Wasser als Produktionshilfsmittel benötigen, am höchsten.
Es kann auch vorkommen, dass zwar weiterhin Wasser aus dem Wasserhahn fliesst, dieses aber nicht mehr Trinkwasserqualität hat. Kochen und persönliche Hygiene sind dann nicht oder nur eingeschränkt möglich, zum Trinken muss Wasser aus Flaschen konsumiert werden. Solche Probleme können bei Starkregen entstehen oder infolge landwirtschaftlicher Aktivitäten, oder bei Störungen in den Wasseraufbereitungsanlagen.
Abwasserentsorgung:
Der Ausfall der Abwasserentsorgung kann dort, wo das Abwasser gepumpt werden muss, eine Überschwemmung mit grossem Sachschaden zur Folge haben. Dasselbe gilt bei Verstopfungen der Abwasser- und Kanalisationsleitungen. Die Gebäudenutzung ist nur noch eingeschränkt oder gar nicht möglich. Es entstehen rasch unhygienische Verhältnisse. Die Abwasserentsorgung kann auch bei Überschwemmungen oder bei Starkregen nicht mehr funktionieren. Auch hier braucht es eine Analyse möglicher Schäden und Gefährdungen.
Je nachdem müssen auch bei der Abwasserentsorgung Vorgaben über die maximale Ausfallsdauer und -häufigkeit gemacht werden.
Kommunikation:
Der Ausfall der Kommunikationsverbindungen in Wohngebäuden ist unangenehm. In Geschäftsliegenschaften dagegen wird die Arbeit spürbar behindert, bei vernetzten Arbeitsplätzen ganz verunmöglicht. Zumindest in solchen Fällen muss auch die Verfügbarkeit der Kommunikations-einrichtungen und der Datenverbindungen
definiert werden.
Kälteversorgung:
In üblichen Gebäuden ist die Kälteversorgung an die Stromversorgung gebunden. Zudem müssen die Kältemaschinen, die Kälteverteilung und die Rückkühlung funktionieren. Bei grossen Gebäudekomplexen, wo See- oder Grundwasser vorhanden ist, oder teilweise im Ausland wird eventuell Fernkälte geliefert. Die Folgen eines Ausfalls der Kälteversorgung sind bei Klimaanlagen, die dem Komfort dienen, hinnehmbar.
Die Kälteversorgung eines Rechenzentrums hingegen muss lückenlos funktionieren, ansonsten drohen grosse Schäden. Dasselbe gilt für Prozesskälte und gewerbliche Kälte.
Fazit:
All diese Beispiele sollen zeigen, dass Energieversorgung, Medienversorgung und Entsorgung in die Überlegungen miteinbezogen werden müssen, will man ein lückenloses Bild der möglichen Folgen eines Versorgungsausfalles erhalten. Für alle Formen der Ver- und Entsorgung können dann die Anforderungen definiert werden.
6.1.2 Analyse der Energieversorgung
Die Analyse der Versorgungssituation der einzelnen Energie- resp. Medienformen am konkreten Ort entspricht dem Erfassen der aktuellen Situation. Alle Ver- und Entsorgungen resp. alle Energie- und Medienarten müssen untersucht werden. Die bestehenden Risiken bei der Versorgung müssen erfasst werden. Daraus ergeben sich Aussagen, welche Versorgungsunterbrüche oder -engpässe wie oft entstehen könnten. Die möglichen Risiken werden transparent.
In der Schweiz ist die Versorgung mit Energie bis heute sehr gut. Auch in der Schweiz sind aber Versorgungsunterbrüche möglich. Die Wasserversorgung und Abwasserentsorgung sind sogar oft so gut, dass sich kaum jemand darüber Gedanken macht. Dasselbe gilt für die Verfügbarkeit der Kommunikationsmittel.
Im Ausland stellt sich die Situation oft ganz anders dar. Es sind besondere Untersuchungen je nach Ort erforderlich. Die Güte der Energie- und Medienversorgung kann ein wichtiger Aspekt der Standortwahl für ein Betrieb oder Gebäude sein.
Im Folgenden sind einige typische Gründe für Unterbrüche pro Endenergieträger resp. Medium aufgelistet.
Stromversorgung:
Die Stromversorgung ist an allen Orten sehr hoch, wo für die Einspeisung in die Unterwerke eine Ringversorgung besteht resp. wo ab mindestens zwei unabhängigen Hochspannungsleitungen eingespiesen werden kann. Positiv wirkt sich auch die Verteilung zu den Kunden mit unterirdischen Leitungen aus.
Bei oberirdischen Leitungen können Blitzeinschläge und atmosphärisch bedingte Überspannungen bei Gewittern häufige kurzzeitige Stromunterbrüche zur Folge haben. Die Gefahr, dass Stürme die oberirdischen Leitungen beschädigen, ist ebenfalls grösser, sodass dort auch mit seltenen, dann aber längeren Unterbrüchen zu rechnen ist. Solche Verhältnisse herrschen in der Schweiz vor allem in ländlichen Gebieten.
Überall können Störungen entstehen, wenn die Trafostation ausfällt, welche die Mittel- in Niederspannung umspannt.
Eine Einspeisung ab zwei Unterwerken führt zu einer deutlichen Erhöhung der Versorgungssicherheit. Dies kommt für sehr grosse Gebäude oder Betriebe infrage.
Die Versorgungssicherheit der Stromversorgung kann beim Elektrizitäts-Versorgungs-Unternehmen (EVU, in der Schweiz Elektrizitätswerk EW) erfragt werden. Zudem erstellt die Eidgenössische Elektrizitätskommission ElCom jährlich einen Bericht über die Versorgungssicherheit mit Strom in der Schweiz. 28
Im liberalisierten Strommarkt sollte die gewünschte Versorgungssicherheit vertraglich vereinbart werden können. Die angebotene Versorgungssicherheit kann dann ein wesentliches Kriterium für die Wahl des Energielieferanten sein. Die Liberalisierung kann auch einen Einfluss auf die Versorgungssicherheit haben. Früher hatten die EVUs nicht nur den Versorgungsauftrag, sondern auch ein Gebietsmonopol. Damit konnten sie den Versorgungsauftrag sehr gut erfüllen, da sie die Kosten dafür einfach den Konsumenten überwälzen konnten. Mit der Marktliberalisierung besteht zwar immer noch eine gesetzliche Pflicht, die Versorgungssicherheit aufrecht zu erhalten. Trotzdem könnte die Versorgungssicherheit leiden. Die EVUs stehen infolge Liberalisierung im Preiskampf zueinander und müssen deshalb die Kosten optimieren.
Ob das Beispiel Kalifornien zeigt, dass damit die Neigung der EVUs leidet, in neue Kraftwerke und eine genügende Versorgungssicherheit zu investieren, sei dahingestellt. Im Sommer, wenn alle Kalifornier ihre Klimaanlagen laufen lassen, kam es 2001 und in einer Hitzewelle 2020 zu längeren sektoriellen Abschaltungen, da die Netzverfügbarkeit nicht mehr vollständig gewährleistet werden konnte. Die Versorgungssicherheit in Kalifornien ist auch durch viele oberirdische Leitungen beeinträchtigt.
In Europa ist die Stromversorgung bisher gut gesichert und auch Prognosen bis ins Jahr 2025 sehen keine wesentlichen Engpässe voraus. Die Covid-Pandemie im Jahr 2020 hat einen dämpfenden Einfluss auf die Stromnachfrage in Europa. Es werden viele regenerative Stromerzeuger (Wind und Solar) zugebaut, sowie Gaskraftwerke. Umgekehrt werden insbesondere Braunkohlekraftwerke und einzelne Kernkraftwerke stillgelegt.
Prognosen aus den Jahren 2000 bis 2010, welche eine Stromversorgungslücke in der Schweiz ab dem Jahr 2020 voraussagten, trafen nicht zu. Infolge abnehmenden Strombedarfs sind auch die Prognosen für die Schweiz heute optimistisch, bis etwa 2030 sollte nicht mit Engpässen zu rechnen sein.
Seit etwa 2010 wird auf europäischer Ebene mehr Strom angeboten und weniger nachgefragt als prognostiziert. Dies ist auch eine Folge des starken Ausbaus der regenerativen Stromerzeugung. Die Folge sind tiefe Preise auf der Grosshandelsebene für elektrischen Strom.
Gratis ist eine gleichbleibend hohe Versorgungssicherheit aber nicht zu haben. Es sind laufende Investitionen in den Erhalt und den Ausbau der entsprechenden Infrastruktur erforderlich. Insbesondere sind Ausbauten auf der Netzebene nötig, um mit dem zunehmenden und schwankenden Angebot an erneuerbarer Energie umgehen zu können, aber auch um europaweit Strom über grosse Distanzen übertragen zu können. Nur so können gebietsweite Strommangellagen und an anderen Orten Stromüberschüsse, die abgeregelt werden müssten, verhindert werden. Da die neue erneuerbare Stromproduktion mit Fotovoltaik und Wind inzwischen sehr günstig geworden ist und auch Batterien immer billiger werden, werden allen Voraussagen nach die Strompreise aber nicht oder sicher nicht wesentlich steigen.
Die Sicherheit der Stromversorgung ist nicht nur vom Stromlieferanten abhängig, sondern auch von den eigenen Installationen. Die eigene Trafostation, die Hauptverteilung sowie die interne Stromverteilung können fehleranfällig sein und einen vollständigen oder teilweisen Stromversorgungsunterbruch im Gebäude zur Folge haben.
Heizölversorgung:
Das Heizöl als lagerbarer Energieträger ist ein sehr sicherer Energieträger. Bis heute hat die Versorgung seit Ende des Zweiten Weltkriegs immer lückenlos funktioniert und es trat nie ein wirklicher Versorgungsengpass auf. Die Schweiz unterhält zudem Pflichtlagerbestände, welche den durchschnittlichem Verbrauch auf Grosshandelsstufe für etwa 4,5 Monate abdecken. Dazu kommen die Reserven bei den Endkunden.
Weltweit betrachtet werden die neuen Techniken der Erdölförderung (Fracting), welche zusätzliche Erdölquellen erschliessen können, um die Erdölversorgung für die kommenden Jahrzehnte sicherzustellen. Die Versorgung mit Heizöl als Erdölprodukt hängt auch von der ausreichenden Verfügbarkeit der Raffineriekapazitäten ab. Die Schweiz verfügt über eine Raffinerie (Cressier), welche etwa einen Viertel des inländischen Bedarfs an Erdölprodukten erzeugt. Bisher stehen im Ausland genügend Raffineriekapazitäten zur Verfügung, eine Verknappung des Angebotes ist nicht zu erwarten.
Die örtliche, kurzfristige Versorgung mit Erdölprodukten könnte durch unterbrochene Verkehrswege (z. B. in Alpentälern) sowie durch politische Aktionen (z. B. Blockaden) gestört werden. Unter Umständen könnte so eine kurze örtliche Versorgungslücke auftreten. Diese kann leicht durch eigene Vorratshaltung kompensiert werden, indem genügend früh neues Heizöl bestellt wird. Heizöl sollte aber auch nicht zu lange gelagert werden, da mit der Zeit (ab ca. 3 Jahren) ein Qualitätsverlust eintritt, was zu Brennerstörungen führen kann.
Eine weitere mögliche Störungsursache kann der Öltank sein (z. B. ein Leck) oder die Ölversorgungsleitung zum Brenner. Beides ist selten.
Gasversorgung:
Das Erdgas ist ein leitungsgebundener Energieträger. Die Schweiz ist zu 100% auf Importe angewiesen. Trotzdem ist seit 1973, als erstmals Erdgas genutzt wurde, die Versorgungssicherheit sehr hoch. Auf europäischer Ebene sind verschiedene Erdgasquellen erschlossen, sodass momentan eine hohe Versorgungssicherheit besteht. Dies dürfte bei gleichbleibendem Bedarf bis auf Weiteres so bleiben. Jedoch nimmt die Abhängigkeit von Russland zu, und es besteht das Risiko, dass Russland die Gaslieferungen drosselt oder aussetzt. Dies ist bereits zweimal geschehen, als Spannungen zwischen Russland und der Ukraine eskalierten. Derzeit wird zwischen Russland und Deutschland eine zusätzliche Leitung durch die Ostsee gebaut, welche ab ca. 2022 eine Kapazitätserweiterung für Gasimporte aus Russland bieten wird.
Auch sehr kalte Perioden im Winter könnten bei der Gasversorgung zu gewissen Engpässen führen, was bisher aber nicht auftrat. Auch beim Erdgas verändern neue Fördertechniken die weltweit verfügbaren Reserven. Die USA werden sich über mehrere Jahrzehnte wieder mit genügend Erdgas selbst versorgen können. Auch in West- und Osteuropa sind Bestrebungen im Gange, nach neuen Erdgaslagern zu suchen. Falls keine grösseren politischen Verwerfungen auftreten, ist kurz- und mittelfristig keine Erdgasknappheit zu befürchten.
Als leitungsgebundener Energieträger ist Erdgas nicht ohne Weiteres lagerbar. In Deutschland bestehen grössere Erdgaslager in unterirdischen Kavernen. Die Schweiz verfügt bisher über keine wesentlichen Lagermöglichkeiten, Kurzzeitlager ausgenommen.
Örtlich und temporär können Versorgungslücken entstehen, wenn ein Schaden an einer Versorgungsleitung auftritt. Da alle Erdgasleitungen unterirdisch verlegt und zudem meist noch eher neu sind, sind solche Fälle bisher selten. Am ehesten entstehen Schäden an Erdgasleitungen bei Tiefbauarbeiten.
Auch die Gasinstallationen im Haus, beim Endkunden, können eine Störung verursachen. In der Schweiz müssen Gasinstallationen durch konzessionierte Installateure erstellt werden, was eine hohe Qualität bewirkt und auch Unfällen vorbeugt.
Feste Brennstoffe:
Feste Brennstoffe sind in der Schweiz vor allem Holz, da kaum mehr Kohle genutzt wird. In der Schweiz könnte Schätzungen zufolge etwa 40% mehr Holz für energetische Zwecke genutzt werden als bisher. Damit steht bisher ausreichend Holz zur Verfügung. Die Lagerung von Holz, insbesondere in grösseren Mengen, ist verglichen mit der Öllagerung teuer. Deshalb werden bei grösseren Holzschnitzelheizungen nur Silos für etwa 2 bis max. 4 Wochen Bedarf gebaut. In solchen Fällen muss genau abgeklärt werden, wie gut und sicher die örtliche Versorgung mit Holzschnitzeln ist, ausser es sei noch ein zweiter Energieträger nutzbar.
Neben Holzschnitzeln werden mehr und mehr Holzpellets genutzt, insbesondere bei kleineren Wärmeerzeugern. Diese werden in der Schweiz hergestellt, können aber auch importiert werden. Derzeit ist keine Verknappung erkennbar. Beim Endverbraucher können Pellets für mehrere Monate, eventuell für eine ganze Heizperiode gelagert werden.
Die Verwendung von Stückholz ist leicht rückläufig und kann lokal meist ausreichend abgedeckt werden.
Wasserversorgung:
In der Schweiz ist die Trinkwasserversorgung so gut, dass sich kaum je Versorgungsunterbrüche ergeben. Eine schweizweite Trinkwasserverknappung ist trotz Klimaerwärmung nicht abzusehen. Örtlich können in trockenen Jahren jedoch Mangellagen entstehen.
Dagegen stellt sich dieses Problem in südlichen Ländern und der Dritten Welt fast täglich. Die Wasserversorgung wird weltweit ein zunehmendes Problem.
Unterbrüche können sich kurzzeitig und örtlich bei Leitungsbrüchen ergeben. Die Leitungen sind inzwischen oft alt und der Leitungsersatz teuer. Wie bei Gas können auch Bauarbeiten Unterbrüche hervorrufen.
In den Gebäuden führen die Installationen für die Wasserverteilung nur selten zu Problemen. Sanitärinstallationen dürfen nur durch konzessionierte Installateure ausgeführt werden, was Störungen vorbeugt.
Abwasserentsorgung:
Auch hier bestehen in der Schweiz von der öffentlichen Kanalisation her kaum Probleme. Hingegen könnte im Haus eine Abwasserpumpe ausfallen. Ebenso können Kanalisationsrohre verstopfen und brauchen deswegen einen regelmässigen Unterhalt.
Bei einer Überschwemmung der Magadinoebene wurde auch die Kanalisation überschwemmt und funktionsuntüchtig, sodass einzelne Gebäude deswegen unbenutzbar wurden.
Kommunikationsversorgung:
Heute ist die Kommunikationsversorgung überall in der Schweiz sehr gut. Die weitgehende Liberalisierung erhöht die Versorgungsqualität eher, da heute mehr Kommunikationskanäle bestehen (Telefon, Mobiltelefon, Datennetze und Internet). Dazu kommt, dass die meisten Leitungen inzwischen unterirdisch verlegt sind, was sie unempfindlicher gegen Beschädigungen und Störungen macht. Der Trend zu einer Bündelung dieser Kommunikationstechniken, insbesondere Voice over IP (Telefonie via Internet), führt zu tendenziell wieder mehr Risiken. In Zukunft wird der technologische Wandel jeweils neue Beurteilungen erfordern.
Wärmeversorgung:
Wo ein Anschluss an ein Nah- oder Fernwärmenetz besteht, ist die Versorgungssicherheit von diesem Netz abhängig. Die Erzeugung der Nah- oder Fernwärme ist meist redundant und somit sicher. Auch die Leitungen sind im Allgemeinen sehr sicher. Die Wärmeversorgung ab Fernwärme ist deshalb gewährleistet und eine zusätzliche Wärmeerzeugung beim Abnehmer kaum je erforderlich.
Die Installationen beim Kunden (Wärmetauscher, Pumpen, Steuerung etc.) müssen ebenfalls den gewünschten Sicherheitsstandard aufweisen.
Bei eigener Wärmeerzeugung muss die Sicherheit der Wärmeerzeuger intern gewährleistet und geprüft werden.
6.1.3 Bilden von Kennzahlen und Statistiken
Bei der Versorgungssicherheit ist die Bildung von eigenen Kennzahlen eher schwierig. Dennoch kann die quantitative Kenntnis der Versorgungsicherheit von Bedeutung sein. Damit kann die Wahl eines Energieträgers und der Versorgungsunternehmung mitbeeinflusst werden. Ebenso sind qualitative Kenntnisse und quantitative Zahlenwerte über die bestehende Versorgungssicherheit wichtig, um die Wirtschaftlichkeit von Massnahmen zur Erhöhung der Versorgungssicherheit abschätzen zu können.
Kennzahlen:
Bei der Versorgungssicherheit mit Nutzenergie ist die wichtigste Kennzahl die durchschnittliche Verfügbarkeit. Es wird angegeben, zu wie viel Prozent der Zeit die Versorgung sichergestellt ist (z. B. 99,995 %, wenn jährlich während 30 Minuten ein Unterbruch zu erwarten ist). Die Verfügbarkeit sagt jedoch nichts aus über die Anzahl der Unterbrüche und deren Länge.
Dazu ist eine zweite Kennzahl erforderlich. Die «mean time between failure» sagt aus, alle wieviel Stunden (oder Tage, Wochen, Jahre) ein Unterbruch resp. eine Störung zu erwarten oder tolerierbar ist. Alternativ kann die Anzahl der Unterbrüche definiert werden, z. B. während eines Jahres.
Die beiden letzten Kennzahlen sagen etwas über die Anzahl der Unterbrüche aus. Zusammen mit der Verfügbarkeit (resp. der Dauer der Unterbrüche insgesamt) kann die durchschnittliche Dauer der einzelnen Unterbrüche ermittelt werden. Immer sind zwei Kennzahlen notwendig, um die Versorgungssicherheit vollständig beschreiben zu können.
Insbesondere bei der Verfügbarkeit von Anlagen kann auch die Kennzahl «mean time to repair» wichtig ein. Diese Zeit gibt an, wie lange eine Reparatur im Mittel dauert oder dauern darf. Alle diese Kennzahlen sind statistische Werte, welche der Zufälligkeit unterliegen. Deshalb muss mit grösseren Abweichungen gerechnet werden.
Diese Kennzahlen können entweder verwendet werden, um den bestehenden Zustand zu beschreiben – hier muss auf Daten aus der Vergangenheit zurückgegriffen werden. Oder es werden Anforderungen definiert, die in Zukunft eingehalten werden müssen. Um einigermassen sichere und objektive Grundlagen für Entscheidungen zu haben, sollten eigene Statistiken und Aufzeichnungen geführt werden. Mit heutigen Gebäudeautomationssystemen ist dies relativ einfach möglich.
Stromversorgung:
In der Schweiz erhebt die Elcom jährlich die Versorgungssicherheit mit Strom und publiziert entsprechende Berichte zur Netzverfügbarkeit. Auch hier werden zwei Werte erhoben. Der SAIDI-Wert (System Average Interruption Duration Index) gibt die mittlere Dauer der Nichtverfügbarkeit des Netzes beim Verbraucher an (Abb. 28). Dabei wird zwischen geplanten und ungeplanten Unterbrechungen unterschieden. Demzufolge muss jeder Verbraucher im Mittel mit knapp 10 Minuten ungeplantem und etwa 10 Minuten geplantem Unterbruch pro Jahr rechnen. Der geplante Unterbruch ist insbesondere durch Netzausbauten oder Instandhaltungs- und Erhaltungsmassnahmen bedingt. Der SAIDI-Wert ist tendenziell leicht sinkend und europaweit einer der tiefsten.
Abb. 28: Entwicklung der durchschnittlichen Unterbrechungsdauer pro Endverbraucher
(Quelle: ElCom – Stromversorgungsqualität 2019-1)
Daneben wird der SAIFI-Wert (System Average Interruption Frequency Index) erhoben (Abb. 29). Dieser Wert bezeichnet die mittlere Anzahl Unterbrechungen beim Verbraucher pro Jahr. Es wird wiederum in geplante und ungeplante Unterbrechungen unterschieden. Auch hier belegt die Schweiz einen Spitzenplatz in Europa, mit etwa einer Unterbrechung alle drei Jahre.
Abb. 29: Entwicklung der durchschnittlichen Unterbrechungshäufigkeit pro Endverbraucher
(Quelle: ElCom – Stromversorgungsqualität 2019-1)
Allerdings unterscheiden sich diese Werte stark zwischen urbanen, suburbanen, ländlichen und alpinen Regionen. In den suburbanen Gebieten liegen sie am tiefsten, in einzelnen ländlichen Regionen deutlich höher.
6.1.4 Vergleich mit Referenzwerten
Falls Kennwerte und Statistiken der Versorgungssicherheit von verschiedenen Versorgungsvarianten und Standorten vorliegen, kann ein Vergleich eine klare Aussage über die zu bevorzugende Variante ermöglichen. Solche Vergleiche, vor allem für Strom, können in einem liberalisierten Energiemarkt an Bedeutung gewinnen.
Vergleiche können auch gezogen werden, um verschiedene Standorte, z. B. für einen Produktionsbetrieb, zu vergleichen.
In jedem Falle sollte versucht werden, Referenzwerte zu sammeln, um zukünftig Vergleiche ziehen zu können. Kennwerte, Statistiken und eventuell Referenzwerte können auch von Energieversorgungsunternehmen als Teil der Offerten verlangt werden.
6.1.5 Schwachstellenanalyse
Wenn die Zustandsanalyse der Energieversorgung erstellt und eventuell der Vergleich mit
Referenzwerten erfolgt ist, können die Resultate mit den zu Beginn definierten Anforderungen und Zielen verglichen werden. Daraus lassen sich Mängel resp. Schwachstellen erkennen.
Beispiele:
Ein typischer Mangel in der Wärmeversorgung eines Altersheimes wäre, falls festgestellt würde, dass ein Ausfall der Wärmeversorgung über mehr als 24 Stunden möglich ist. Es sind Komponenten vorhanden, welche ausfallen können und nicht innert 24 Stunden repariert werden können. Für die Bewohner könnte dann eine Gefährdung der Gesundheit eintreten.
Eine Umstellung auf ein neues, zentrales EDV-System bewirkt, dass eine Störung der Stromversorgung der zentralen Server einen Systemabsturz bewirkt und Daten beschädigen könnte. Daraus ergibt sich möglicherweise ein beträchtlicher Schaden. Das örtliche EW gibt eine mittlere Zeit zwischen zwei Netzstörungen von durchschnittlich 6 Monaten an, sodass 2-mal jährlich ein Absturz anzunehmen ist. Nun kann mit den Zielen verglichen werden, ob dies akzeptiert werden kann.
6.1.6 Massnahmenplanung
Sollten sich Schwachstellen zeigen, so müssen Massnahmen dagegen geplant werden. Je besser eine Schwachstelle eingegrenzt werden kann und die Ursache einer möglichen Störung bekannt ist, desto gezielter können Massnahmen dagegen geplant werden.
Die Massnahmen können sich auf die Wahl des Energieträgers beziehen, falls dadurch eine höhere Versorgungssicherheit erreicht werden kann. Im Allgemeinen werden lagerbare Energieträger (insbesondere Heizöl) als sicherer gegenüber leitungsgebundenen Energieträgern (Strom, Erdgas, Fernwärme) angenommen. Beim Erdgas und der Fernwärme ist die Sicherheit aber fast so hoch wie bei einem lagerbaren Energieträger. Eine besonders hohe Versorgungssicherheit kann erreicht werden, wenn zwei Energieträger genutzt werden können (z. B. Strom für eine Wärmepumpe und Heizöl als Redundanz und Spitzenabdeckung). Zu beachten ist, dass für die Energieumwandlung und -verteilung mit Heizöl, Erdgas oder Holz immer auch Hilfsenergie (Strom) erforderlich ist. Gegebenenfalls muss eine Feuerung auch mit Notstrom betrieben werden können.
Im liberalisierten Energiemarkt haben bei Strom und Erdgas der Energielieferant und der Netzbetreiber einen Einfluss auf die Versorgungssicherheit. Im Liefervertrag könnte eine Klausel bezüglich Versorgungssicherheit und Minderpreis bei Verfehlen der Versorgungsziele enthalten sein. Beim Strom kann eine zu 100 Prozent sichere Versorgung nicht erreicht werden.
Neben der Energieversorgung können Schwachstellen auch bei den eigenen Installationen vorhanden sein. Um eine Anlage, einen Prozess oder ein Gebäude sicher mit Energie und Medien zu ver- und entsorgen, muss die ganze Versorgungskette sicher sein. Entsprechend müssen sich Massnahmen auf die ganze Versorgungskette beziehen.
Falls es sich zeigt, dass die Energieversorgung die erforderliche Sicherheit nicht erreicht, so sind Massnahmen erforderlich.
Beispiele:
Bei Wärmepumpen muss auch die Gewinnung der Wärmequelle sicher sein.
Bei Holzfeuerungen muss die Versorgung mit Holz und dessen Zufuhr zum Kessel sichergestellt werden. Transportschnecken für Holzschnitzel oder Pellets sind oft Quellen von Störungen.
Die Sicherheit von technischen Anlagen kann durch Redundanzen erhöht werden. Alle Teile der Versorgungs- resp. Umwandlungskette sind doppelt resp. parallel vorhanden. Eine solche Sicherheit ist aber nur dann sinnvoll, wenn sie auch wirklich erforderlich ist.
Heute können Ersatzwärme- und kälteerzeugungsanlagen gemietet werden. Eine solche Lösung ist oft billiger und einfacher als grosse Investitionen in redundante Anlagen. Der Platz für die Aufstellung einer solchen temporären Anlage sowie ein günstig platzierter Anschlussstutzen ans Wärme- oder Kälteverteilnetz müssen vorausgeplant werden.
Mit zwei Einspeisungen ab zwei unabhängigen Unterwerken kann (wie schon erwähnt) eine aus technischer Sicht fast sichere Stromversorgung gewährleistet werden. Falls aber auf der übergeordneten Ebene ein technisches Problem auftritt oder eine Strommangellage, könnten infolge sektorieller Abschaltungen trotzdem Unterbrüche entstehen. Diese automatischen sektoriellen Abschaltungen würden vorgenommen, um grossflächige und lange andauernde Netzzusammenbrüche zu verhindern, falls die Stromnachfrage das verfügbare Angebot übersteigt.
Bei nicht genügend sicherer Stromversorgung muss eine eigene Möglichkeit vorgesehen werden, eine Versorgungslücke zu überbrücken. Für kleine Leistungen resp. für kurze Zeit können dies batteriegestützte Systeme sein (z. B. batteriegestützte unterbruchsfreie Versorgungssysteme USV für Computer und Server oder für Notbeleuchtungssysteme). Für grössere Leistungen und um länger andauernde Unterbrüche zu bewältigen, sind alternativ oder zusätzlich Netzersatzanlagen mit Notstromaggregaten erforderlich.
Bei Energieversorgungssystemen mit automatischer Steuerung (Gebäudeautomation) muss auch der Ausfall des Steuerungssystems abgesichert werden. Es braucht eine Notbedienebene, von der aus die Anlage manuell gesteuert werden kann. Dies muss getestet und geprobt werden.
Planung Vorprojekt:
Nach der Definition von nötigen Massnahmen zur Erhöhung der Versorgungssicherheit muss ein Projekt für die Umsetzung erstellt werden. Diese Arbeit wird in den meisten Fällen auswärts an Spezialisten resp. Fachplaner vergeben. Mit einem Vorprojekt wird festgelegt, wie eine Massnahme am geeignetsten (meistens am wirtschaftlichsten und sichersten) realisiert werden kann. Dabei werden auch die Investitionen und Betriebskosten ermittelt und es wird ein Terminplan erstellt. Die Machbarkeit und Bewilligungsfähigkeit werden nachgewiesen.
6.1.7 Kosten-Nutzen-Vergleich
Die Investition und die Kosten der Massnahmen müssen nun mit dem erwarteten Nutzen verglichen werden. Es ist denkbar, dass zwar ein Mangel bei der Schwachstellenanalyse gefunden wurde, dessen Behebung sich aber als sehr aufwendig herausstellt. Die Kosten der erforderlichen Massnahmen übersteigen den Nutzen, wie die Vermeidung des Schadens bei einem Netzausfall. Mit solchen Schwachstellen wird man dann leben müssen.
Für diese Kosten-/Nutzenanalyse muss der finanzielle Schaden bei einem Versorgungsunterbruch beziffert werden können. Dies ist dann schwierig, wenn es sich um die Gesundheit von Menschen handelt. Diese kann kaum monetär bewertet werden, sodass bei derartigen Mängeln auch bei hohen Kosten Massnahmen ausgeführt werden müssen.
Eine Kosten-/Nutzenanalyse kann auch Auskunft darüber geben, welche Versorgungsvariante bei geringsten Kosten den grössten Nutzen erzeugt.
Die Kosten umfassen die Kapital- und Amortisationskosten (Annuitäten) der Investitionen, die Energie-, Wartungs- und Betriebskosten. Für die Berechnung der Amortisationskosten muss die Abschreibedauer (max. die Nutzungs- oder Lebensdauer der Installationen) und die verlangte Kapitalverzinsung definiert werden. (Siehe auch Kapitel 13.)
6.1.8 Massnahmen umsetzen
Die Massnahmen mit positivem Kosten-/Nutzenverhältnis werden so rasch wie möglich umgesetzt. Der Umsetzungstermin hängt allenfalls vom vorhandenen Budget ab, evtl. muss die Umsetzung gestaffelt erfolgen. Allerdings ist so lange die Schwachstelle nicht behoben.
Bei Neuanlagen oder neuen Projekten müssen die Massnahmen mit der Realisierung des Projektes ausgeführt werden. Sie können in das entsprechende Projektbudget aufgenommen werden.
Die Umsetzung der Massnahmen erfolgt wie jede Projektrealisierung. Es sind fast immer externe Fachplaner erforderlich. Es braucht bei grösseren Massnahmen Projektplanung, ggf. Bewilligungen, Ausschreibung und Vergabe, Ausführungsplanung und Ausführung. Eventuell können bei kleineren Massnahmen klar definierte Aufträge direkt an ausführende Unternehmer vergeben werden.
Besonders wichtig sind hier eine seriöse Inbetriebnahme, Funktionstests, Abnahme und Dokumentation der Anlagen resp. Massnahmen.
Bei der Umsetzung der Massnahmen, vor allem bei Verbesserungsmassnahmen im laufenden Betrieb, muss beachtet werden, dass die Realisierung von Umbauten oder Umstellungen immer selbst eine Gefahrenquelle darstellt. Es muss vermieden werden, dass die als Verbesserung geplante Massnahme zu einer Störung resp. einem Schaden führt. So trivial dieser Satz klingt, so gross kann der Schaden sein, wenn dieser Gefahr nicht die gebührende Beachtung geschenkt wird. Auch das Austesten von Sicherheitsanlagen oder z. B. Notbedienebenen kann ein grosses Risiko für den laufenden Betrieb darstellen.
6.1.9 Erfolgskontrolle
Der Erfolg von Massnahmen zur Verbesserung der Versorgungssicherheit kann eigentlich einfach festgestellt werden. Ein Versorgungsunterbruch stellt ein augenfälliges Ereignis dar. Eine seriöse und objektive Beurteilung des Nutzens kann aber nur erfolgen, wenn vor und nach der Realisierung der Massnahmen die entsprechenden Kennzahlen genügend lang erfasst und ausgewertet wurden oder wenn geeignete Vergleichsobjekte zur Verfügung stehen. Nur dieser objektive Vergleich kann letztlich mit Sicherheit aussagen, ob sich die Massnahmen bewähren und das vorausgesagte Kosten-/Nutzenverhältnis erreicht wird.