In den letzten 30 Jahren hat sich der Verbrauch von Energieholz rund verdoppelt. Der Grund: Immer mehr Holz wird zum Heizen von Gebäuden oder für thermische Netze genutzt. Doch heute ist Umdenken angezeigt. Denn Energieholz ist zwar erneuerbar, aber nicht unbegrenzt verfügbar. Weiterlesen

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Schmilzt der Schnee im Frühling, füllt dies die Speicherseen der Wasserkraftwerke. Der Schnee ist damit also gewissermassen eine Stromreserve. Nur wie lässt sich diese Reserve messen und wie kann man daraus Prognosen zur Versorgungssicherheit ableiten? Ein Viererteam suchte eine Antwort auf diese Frage am GovTechHackathon der Bundeskanzlei und …. war erfolgreich.

Bei null musste das Team nicht beginnen: Die Füllstände der Speicherseen werden regelmässig gemessen und auch publiziert. Die Standorte der Speicherseen und deren Einzugsgebiet sind zudem als offene Daten, sogenannte Open Government Data (OGD) zugänglich. Anhand von Satellitenbildern und Bodenbeobachtungen des ETH Spin-Off Exolabs waren Information zu Schneemengen verfügbar.

Wie kann man nun auf Basis dieser Informationen Prognosen über die verfügbaren Stromreserven machen? Lucas Tochtermann, Fachspezialist in der Sektion Geoinformation und digitale Innovation hat die Challenge/Fragestellung für den GovTechHackathon konzipiert und war Teil des Viererteams.

Energeiaplus: Ihr habt auf Basis der erwähnten Informationen die Schneereserven der Schweizer Stauanlagen berechnet. Wie schwierig war das?

Lucas Tochtermann hat die BFE-Challenge am GovTechHackathon geleitet. Bild: BFE

Lucas Tochtermann: Es ist immer wieder spannend zu sehen, wie bei Hackathons der sogenannte Open Innovation Ansatz voll zum Tragen kommt. Menschen mit unterschiedlichen Hintergründen, Fähigkeiten und Perspektiven kommen zusammen, um ein Problem zu lösen und können sich bei der Lösungsfindung gegenseitig ergänzen, sich auf neue Ideen bringen. In unserem Team waren Personen aus Bundesbehörden, Privatwirtschaft und Forschung mit unterschiedlichem Hintergrund (Geoinformation, Mathematik und Ökonomie). Besonders wichtig war, dass sie sehr gute Programmierkenntnisse mitbrachten.

Die Challenge schien zunächst relativ klar zu sein. Aber wie so oft tauchen die Probleme dann auf, wenn man ins Detail geht. Die Herausforderungen waren sowohl methodischer als auch technischer Natur: Wie kombinieren wir Polygone und Raster? Wie können wir den Code so anpassen, dass paralleles Rechnen bei so grossen Datenmengen möglich ist? Welche zusätzlichen Daten brauchen wir, um unser Modell zu füttern, das künstliche Intelligenz (KI) verwendet? Zählt Schmelzwasser nur einmal oder können wir davon ausgehen, dass es mehrmals turbiniert wird? Wie gehen wir mit Zu- und Abflüssen über Talverbindungen um? Um nur einige Beispiele zu nennen. Durch die Beantwortung schafften wir eine digitale Innovation.

Lassen sich Schneemengen überhaupt verlässlich messen?

Die einfachste, aber aufwändigste Methode wäre, mit einer Messlatte auf den Berg zu gehen, die Schneemenge zu messen und dann anhand einiger Stichproben eine Schätzung für das ganze Tal zu machen.

Was aktuell oft gemacht wird, aber teilweise ungenau ist, ist die Schätzung der Schneemenge anhand von meteorologischen Daten. Solche Indikatoren haben wir bereits im Dashboard, allerdings nicht pro Stauanlage. KI ermöglicht nun fortschrittlichere Auswertungen. Mit hochauflösenden Satellitenbildern (Geoinformation) und KI stehen nun Möglichkeiten zur Verfügung, die nicht so aufwändig sind, wie vor Ort zu gehen. Die täglich zur Verfügung stehenden Daten sind laut ExoLabs mit einem Fehler von +/-50L pro 20 Quadratmeter Fläche unglaublich genau. Das ermöglicht ganz neue Analysemöglichkeiten.

Die folgenden beiden Satellitenbilder zeigen an einem konkreten Beispiel die unterschiedlichen Schneewasseräquivalente für das Einzugsgebiet vom Stausee Roggiasca (GR) innerhalb von einem kurzen Zeitraum von zwei Wochen. Je dunkler die Farbe, desto höher die Schneemenge: Kartenbild links vom 29.11.2023: 1’222’339 Liter und Kartenbild rechts vom 14.12.2023: 3’228’181 Liter.

Mit diesen Bilddaten konnten wir mit Hilfe von Analysemethoden eine Zeitreihe pro Stauanlage erstellen, die es ermöglicht, die Schneereserven der einzelnen Anlagen im Jahresverlauf aber auch im historischen Kontext zu vergleichen. Weiter können Anlagen untereinander auch verglichen werden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt (vgl. Abb. unten). Aus der historischen Analyse können Rückschlüsse bspw. auch auf die Auswirkungen des Klimawandels geschlossen werden.

Grafik: BFE

 

Die Jury des GovTechHackathon hat das Projekt als «nutzbringendste Lösung» ausgezeichnet. Wem nützt das Projekt?

Das Zielpublikum ist sehr breit. Interessierte aus der Bevölkerung, die Forschung aber auch die Politik profitieren von einer erhöhten Transparenz im Bereich der Stromreserven im Schnee. Mit diesem Ansatz können wir mehr belastbare Grundlagen liefern gerade auch für politische Diskussionen über Stromreserven oder die Versorgungssicherheit. Denn letztlich bedeuten Schneereserven auch Geld für die Stromunternehmen. Durch die Erarbeitung aussagekräftiger und zeitnah verfügbarer Indikatoren können Informationen publik gemacht werden. So kann der öffentliche Diskurs möglichst faktenbasiert und nicht emotional geführt werden. Umso mehr, wenn die Fakten im Energiedashboard eingebettet und so niederschwellig für alle einfach zugänglich gemacht werden.

Von grossem Nutzen sind solche Informationen aber natürlich auch für das Bundesamt für Energie (BFE) selbst beziehungsweise für alle Behörden und Organisationen, die sich mit der Vermeidung einer Mangellage und der Versorgungssicherheit befassen und Entscheidungsträger und -trägerinnen beraten müssen.

Was ist Ihr persönliches Fazit?

Es waren zwei äusserst intensive aber bereichernde Tage. Mit den Resultaten der BFE-Challenge bin ich mehr als zufrieden. Die Erwartung zu Beginn war, die Machbarkeit der Idee mit ein paar ausgewählten Stauanlagen und nur für ein paar Tage zu testen. Wir haben aber viel mehr erreicht und die täglichen Schneemengen aller knapp 200 Stauanlagen unter Bundesaufsicht für das Jahr 2023 berechnen können.  Durch den Einbezug von Niederschlagsdaten konnten wir sogar ein Prognosemodell für zukünftige Schneemengen entwickeln und so schauen, wie sich unsere Stromreserven entwickeln.

Wenn man weiss, wieviel Schnee rund um die Stauanlagen liegt, hat man ein weiteres Puzzlestück zur Erstellung eines integralen Lagebildes der Versorgungslage der Schweiz. Sind so auch Prognosen zur Versorgungssicherheit möglich?

Ja, diese Informationen sind Teil eines grossen Bildes. Bereits in der Vergangenheit konnte das BFE mit Hilfe von KI und digitaler Innovation der Öffentlichkeit wichtige Indikatoren zur aktuellen Lage zur Verfügung stellen. Beispielsweise Stromverbrauchsprognosen oder die tägliche Abschätzung der Stromeinsparungen.  Wie die einzelnen Puzzleteile zu gewichten sind, um Aussagen über die aktuelle Lage zu machen und entsprechende Massnahmen für zukünftige Szenarien zu definieren, ist Aufgabe der bestehenden Krisenorganisationen und Verantwortlichen. Wir sorgen dafür, dass die notwendigen Puzzleteile zur Verfügung stehen, um das Bild zu vervollständigen und die Entscheidungsfindung zu unterstützen.

Was passiert nun mit der Lösung, die am GovTechHackathon erarbeitet wurde? Wie geht’s weiter?

Als erstes werden wir die Resultate intern kritisch reflektieren und plausibilisieren. Die Modellierung von Speicherreserven und deren Produktionspotential ist aufgrund der komplexen Infrastruktur der Kraftwerke nicht einfach.  Danach möchten wir die Inhalte auf dem Energiedashboard publizieren und auch offen als Open Government Data (OGD) zur Verfügung stellen – selbstverständlich maschinenlesbar.

Der GovTechHackathon wurde von der Bundeskanzlei organisiert – zum dritten Mal. Die Ausgabe 2024 stand unter dem Motto «Vernetzte Schweiz».  Für 15 Fragestellungen zu verschiedenen Themen wurden Lösungen gesucht – in Teams von vier bis acht Teilnehmenden mit unterschiedlichem Hintergrund. So sollen verschiedene Blickwinkel einfliessen.

Und hier geht’s zu den Challenges des GovTechHackathon 2024.

Brigitte Mader, Kommunikation, Bundesamt für Energie
Bild: Keystone-sda; Mario Modena

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Sobald feststeht, wo das geologische Tiefenlager für die Endlagerung der radioaktiven Abfälle in der Schweiz realisiert werden soll, muss sichergestellt werden, dass der dazu notwendige Raum nicht durch andere Nutzungen beansprucht wird. Denn die Sicherheitsfunktion des geologischen Untergrundes muss langfristig erhalten bleiben und darf nicht durch äussere Einflüsse beeinträchtigt werden.

Ungefähr im Jahr 2030 werden Bundesrat und das Parlament über die Rahmenbewilligung für ein geologisches Tiefenlager entscheiden. In diesem Lager sollen die Abfälle in mehreren hundert Metern Tiefe eingelagert werden. Es dauert über zehn- bis hunderttausende von Jahren, bis ihre Radioaktivität auf ein ungefährliches Niveau abklingt. Es liegt also in unserem wie auch im Interesse künftiger Generationen, den Untergrund im Bereich des geologischen Tiefenlagers zu schützen.

Wie soll das aber geschehen? Das Kernenergiegesetz (Art. 40) und die Kernenergieverordnung (Art. 70) regeln den sogenannten Schutzbereich. Dabei handelt es sich um den unterirdischen, dreidimensionalen Raum rund um das Tiefenlager und seine Zugänge. Eingriffe in diesem Schutzbereich könnten die Sicherheit des Lagers beeinträchtigen.

Der Schutzbereich umfasst diejenigen Gesteinsbereiche, die für das Tiefenlager den hydraulischen Einschluss und die Rückhaltung der Radionuklide bewirken oder für den Bau der Zugänge gebraucht werden. Für jedes anderweitige Bau- oder Nutzungsprojekt, welches in irgendeiner Art und Weise den Schutzbereich tangiert, muss zuerst abgeklärt werden, ob es die langfristige Sicherheit des geologischen Tiefenlagers beeinträchtigen könnte. Solche Vorhaben könnten beispielsweise eine Tiefbohrung, eine Sprengung, ein Tunnel oder ein Steinbruch sein.

Schon heute braucht es für solche Vorhaben eine Bewilligung oder eine Konzession des Kantons, der die Hoheit über den (tiefen) Untergrund hat. Ist der Schutzbereich einmal festgelegt, brauchen alle Vorhaben, welche dessen Schutzfunktion beeinträchtigen können, neben den ohnehin erforderlichen kantonalen Bewilligungen zusätzlich eine Bewilligung des Bundes. Dies bedeutet nicht, dass das Gebiet von vornherein für jede unterirdische Tätigkeit gesperrt ist. Nur Vorhaben, welche die Sicherheit des Lagers beeinträchtigen könnten, sind nicht mehr möglich.

Konkret wird das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat ENSI im Auftrag des Eidgenössischen Departementes für Umwelt, Verkehr, Energie und Telekommunikation UVEK bei jedem gestellten Gesuch prüfen, ob das geplante Vorhaben und das Tiefenlager einander in die Quere kommen. Je nach Gefährdungsbild kann das UVEK das Vorhaben ganz, teilweise, mit Auflagen oder gar nicht bewilligen.

Mit der Rahmenbewilligung wird für die weitere Projektierung des Tiefenlagers ein «Rahmen abgesteckt». Dazu gehört der «vorläufige Schutzbereich». Dieser soll sich – laut den Vorstellungen der Nagra – über eine Fläche von ungefähr 30 km2 erstrecken. Damit will sie sich die Möglichkeit erhalten, später das Lager optimal platzieren zu können. Zum Zeitpunkt der Erteilung der Rahmenbewilligung wird nämlich noch nicht bestimmt, wo genau im Untergrund das Lager gebaut wird und wo die einzelnen Lagerkammern, Zugangsschächte und -tunnel zu liegen kommen. Dies wird erst mit der Baubewilligung festgelegt.

Mit der Betriebsbewilligung – d. h. zirka um das Jahr 2050 – erhält der Lagerbetreiber dann die Erlaubnis, Abfälle ins Tiefenlager einzulagern. Zu diesem Zeitpunkt sind die endgültigen Dimensionen und Funktionen des Lagers bekannt und somit wird der «definitive Schutzbereich» festgelegt. Dieser wird die sicherheitsrelevanten Gebirgsbereiche um die effektiv realisierten Lagerteile umfassen und dürfte nach heutiger Vorstellung voraussichtlich nur noch wenige Quadratkilometer gross sein.

Damit der Schutzbereich bekannt ist, wird er für alle betroffenen Parzellen im Grundbuch angemerkt. Dies bedeutet für die Grundeigentümer keine generelle Einschränkung. Das Eigentum reicht nur soweit in den Untergrund, wie ein schutzwürdiges Ausübungsinteresse daran besteht. Bis dorthin kann ein Eigentümer den Untergrund also in einem konkreten Fall «nutzen». Es liegt in der Kompetenz des Kantons, in Einzelfällen auch des Bundes, Regelungen zur Nutzung des Untergrundes zu erlassen. Zum Beispiel sind Bohrungen für Erdwärmesonden in der Schweiz bewilligungspflichtig. Im Gebiet um Nördlich Lägern hat der Kanton Zürich eine Bohrtiefenbeschränkung für Erdwärmesonden erlassen.

Der Schutzbereich eines geologischen Tiefenlagers resp. die ihm zugrundeliegenden Vorschriften können letztendlich bestimmte Nutzungen auf und unter Grundstücken in seinem Umfeld verunmöglichen. Er stellt in diesem Sinne eine «öffentlich-rechtliche Eigentumsbeschränkung» dar. Als das Kernenergiegesetz 2003 verabschiedet wurde, war die Auswahl an raumplanerischen Instrumenten zur Bekanntmachung solcher Eigentumsbeschränkungen noch gering. Inzwischen wurde mit dem Kataster der öffentlich-rechtlichen Eigentumsbeschränkungen (ÖREB-Kataster) ein Verzeichnis geschaffen, in welchem alle wichtigen Eigentumsbeschränkungen auf Grundstücken, welche durch Erlasse des öffentlichen Rechts entstehen, erfasst werden.

Die Einträge des Katasters umfassen verschiedene Daten wie Pläne, Rechtsvorschriften, und gesetzliche Grundlagen. Er ist über die digitalen kantonalen Geoportale frei zugänglich und bietet der Bevölkerung wie auch den Behörden eine verlässliche Grundlage an Informationen zu mit einem Grundstück verbundenen Beschränkungen. Das Bundesamt für Energie BFE prüft, ob auch der Schutzbereich eines geologischen Tiefenlagers im ÖREB-Kaster eingetragen werden kann. Damit könnte man noch besser sicherstellen, dass Interessierte jederzeit einsehen können, wo der Schutzbereich liegt und was die damit verbundenen Vorschriften sind.

Am 5. März 2024 hat die Nagra an der Vollversammlung der Regionalkonferenz Nördlich Lägern ihre Vorstellung zur Ausdehnung und Lage des vorläufigen Schutzbereichs präsentiert. Sie wird ihn später im Rahmenbewilligungsgesuch näher beschreiben und offiziell beantragen. Das Gesuch will sie im November 2024 einreichen. Für die Bevölkerung wird sich mit der Festlegung des Schutzbereichs praktisch nichts ändern, ausser dass sie damit eine Garantie hat, dass der Untergrund, in dem möglicherweise ein Lager gebaut wird, unversehrt bleibt.

Philippe Schaub, Fachspezialist Entsorgung radioaktive Abfälle, und Monika Stauffer, Leiterin Sektion Entsorgung radioaktive Abfälle, Bundesamt für Energie
Bild: zvg Nagra

 

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