Griessee, VS
Gösgen, SO
Valle Verzasca, TI

Open Data Visualisierung

Willkommen auf unserer Website zur Visualisierung der Stromproduktion in der Schweiz. Alle verwendeten Daten sind öffentlich zugänglich und wurden von dem Bundasamt für Energie zur Verfügung gestellt. Diese Website wurde im Rahmen der "Open Data"-Vorlesung an der Universität Bern entwickelt.

VISUALISIERUNG

Fläche (km2)
Anzahl Anlagen
Total Power (kW)
Gesamtleistung Wasserkraft
Gesamtleistung übrige erneuerbare Energien
Gesamtleistung Kernenergie
Gesamtleistung fossile Energieträger

BESCHREIBUNG

Im Rahmen der «Open Data» Veranstaltung an der Universität Bern haben wir diese Website erstellt. Wir haben dabei erste Erfahrungen mit den verschiedenen Programmiersprachen gemacht. Die erworbenen Kenntnisse versuchten wir dann mittels dieser Website umzusetzen. Im Zentrum der Veranstaltung lag jedoch besonders die Visualisierung von Open Data. Alle Programmierkenntnisse haben wir uns anhand diverser YouTube Videos und Vorlesungsunterlagen der Universität Bern angeeignet. Der Fokus der Programmiersprachen lag auf HTML, CSS, JavaScript, Bootstrap und D3.JS.

Für die Datenvisualisierungen haben wir D3.js (D3 steht für „Data-Driven Documents“) verwendet. D3 hilft, Daten mithilfe der Standards SVG, HTML und CSS zum Leben zu erwecken. Mit D3 können Daten visualisiert, gestylt oder mit dynamischen Effekten ergänzt werden. Im Internet gibt es unzählige Bibliotheken mit vorgefertigten Funktionen. Du musst einfach nach D3.js Bibliotheken im Browser suchen und schon hast du unzählige coole Beispiele.

Unser oberstes Ziel der Visualisierung der Daten war die Schlichtheit in der Darstellung aller Daten. Wir haben uns darauf fokussiert, dass jede*r die Visualisierung versteht und bedienen kann. Weiter soll unsere Visualisierung eine Spielerei darstellen und den Besucher*innen unserer Website auch Freude bereiten. Nicht zuletzt soll zudem das Interesse an der Energiepolitik der Schweiz geweckt werden.

Die öffentlichen Daten haben wir in Zusammenarbeit mit Nico Rohrbach vom Bundesamt für Energie BFE erhalten. Alle Datensätze sind auch auf der Website des BFE und auf Open Data Swiss abrufbar (siehe Quellen).
Der öffentliche Datensatz enthält insgesamt mehrere Parameter von über 110'000 Stromproduktionsanlagen. Die Daten zeigen unter anderem den Standort der Anlage, die Inbetriebnahme als auch die Leistung in Kilowatt (kW).

Die Verarbeitung eines Datensatzes mit mehr als 110'000 Elektrizitätsproduktionsanlagen in der Schweiz war am Anfang nicht ganz einfach und eine möglichst simple Darstellung zu machen, mit einer solch hohen Menge an Daten, stellte uns vor eine grosse Herausforderung. Wir haben uns lange überlegt, wie wir alle diese Datenpunkte repräsentativ und möglichst einfach darstellen können.

Die Website ist bewusst farblich sehr schlicht und dunkel gehalten, damit der Fokus auf die farbige Visualisierung fällt. Trotzdem haben wir versucht, überall trendige Farbakzente zu setzen und dadurch etwas Farbe auf die Website zu bringen. Für die Farbpalette benutzten wir ausschliesslich Farben mit hohem Weissanteil. Diese sogenannten Pastellfarben haben eine milde Erscheinung und sind angenehm beim Betrachten. Um die Seite benutzerfreundlich zu halten, setzten wir genügend «Whitespace» zwischen den einzelnen Abschnitten ein.

Nachfolgend werden wir dir die Visualisierung mithilfe einer Bedienungsanleitung und die daraus gewonnenen Erkenntnisse erläutern. Daraus leiten wir einige Schlussfolgerungen ab. Zu guter Letzt nehmen wir dich auf unseren Entstehung-Trail mit und wollen dir unsere einzelnen Schritte zur finalen Website aufzeigen.

Bedienungsanleitung


Um mehr über die Stromproduktion in einem Kanton zu erfahren, kannst du ganz einfach einen beliebigen Kanton auf der Karte anklicken. Unterhalb der Karte siehst du eine Infobox mit den Details über den jeweiligen Kanton. Unter anderem wird die Fläche des Kantons, die Anzahl der vorhandenen Anlagen oder auch das Total des produzierten Stroms numerisch dargestellt. Die Zahlen der Stromleistung sind alle in Kilowatt kW angegeben. Bei allen Zahlen handelt es sich um die Gesamtleistung der Anlagen.

Viel interessanter sind aber die dargestellten Kreise unterhalb der Karte beziehungsweise neben der Infobox. Dort kannst du die vier Hauptkategorien Wasserkraft, übrige erneuerbare Energien, Kernenergie und die fossilen Energieträger sehen. Jede Hauptkategorie wird als grauer Kreis dargestellt. In den grauen Kreisen siehst du nun viele verschiedene bunte Kreise, welche die Subkategorien darstellen. Die Wasserkraft und die Kernenergie besitzen keine weiteren Subkategorien.
Die Haupt- sowie Subkategorien sind folgendermassen aufgeteilt:

Hauptkategorie Subkategorie
Wasserkraft Wasserkraft
Übrige erneuerbare Energien Photovoltaik
Windenergie
Biomasse
Abfälle
Kernenergie Kernenergie
Fossile Energieträger Erdöl
Erdgas

Die Darstellung der Subkategorien zeigen anhand ihrer Grösse auch gleich die Relation der hergestellten Energie. Die verschiedenen Farben dienen zur Unterscheidung der Subkategorien, sprich jede Subkategorie hat eine eigene Farbe.
Jeder einzelne Kreis widerspiegelt eine einzelne Elektrizitätsproduktionsanlage. Umso grösser der Kreis, desto mehr Strom produziert die jeweilige Anlage. Dies soll die Relation zwischen den verschiedenen Anlagen visuell aufzeigen. Deshalb ist bspw. ein Kreis der Subkategorie Photovoltaik deutlich kleiner als ein Kreis der Kernenergie, da ein AKW massiv mehr Strom produziert als eine einzelne Photovoltaikanlage. Die Relation ist aber nur auf den jeweiligen Kanton relevant und gilt nicht für die ganze Schweiz.

Um mehr über eine Anlage herauszufinden, kannst du mit der Maus über einen farbigen Kreis fahren. Dann zeigt es dir einen sogenannten «Tooltip» mit detaillierten Informationen an. Der unterstrichene Text ist die Hauptkategorie, dann kommt die Subkategorie. Weiter wird die maximale Stromleistung in kW sowie die Gemeinde, in der die Anlage steht, angezeigt.

Einfach, oder?

Zusammensetzung der Schweizer Kraftwerke


Klicke auf folgende Buttons, um die gewonnene Energie in Gigawatt je Kategorie anzuzeigen:

Nice to know!


Im Jahr 2019 lag der Stromverbrauch in der Schweiz bei 57,2 Milliarden Kilowattstunden (Mrd. kWh). Am meisten verbrauchen die Schweizer Haushalte mit 19,1 Mrd. kWh dicht gefolgt von der Industrie mit 17,3 Mrd. kWh. Der Verkehr benötigt hingegen nur 4,6 Mrd. kWh.

Erkenntnisse aus der Datenvisualisierung


Es ist festzuhalten, dass du in der Datenvisualisierung durchaus gewisse Tendenzen erkennen kannst. Grob betrachtet ist dies zum Beispiel, dass Kantone mit grösserer Fläche mehrheitlich auch eine grössere Anzahl an Anlagen besitzen. Graubünden hat zwar die grösste Fläche, jedoch steht Bern, als flächenmässig zweitgrösster Kanton auf Rang Eins mit den meisten Stromproduktionsanlagen in der Schweiz. Die zehn grössten Kantone haben grösstenteils auch entsprechend mehr Anlagen als flächenmässig kleinere Kantone. Einziger Ausreisser ist hierbei der Kanton Graubünden, welcher nur gerade 3‘151 Stromproduktionsanlagen besitzt, jedoch flächenmässig der grösste Kanton der Schweiz ist. Die Erkenntnis, dass die Anzahl Anlagen eine gewisse Korrelation zu der Kantonsfläche aufweist ist nachvollziehbar. Ein ähnliches Bild stellst du fest, wenn du die kantonalen Gesamtmengen der Stromproduktion betrachtest, hier ist der Grund durch die vorgängig erwähnte kantonalen Distribution der Anzahl Stromproduktionsanlagen zu erklären. Dennoch erkennst du in der Schweiz gewisse kantonale Unterschiede, insbesondere wenn du nun etwas tiefer in die Visualisierung eintauchst und dich hierbei auf die Haupt- und Subkategorien konzentrierst.
Im Folgenden erläutern wir dir nebst den Erkenntnissen aus der Datenvisualisierung, einige geschichtliche Fakten in Bezug auf die Stromproduktion der Schweiz.


Die Schweiz hat aufgrund der geographischen Lage eine hohe durchschnittliche Niederschlagsmenge, die eine ideale Bedingungen bietet für die Wasserkraftnutzung. In den 1970-er Jahre war die inländische Stromproduktion auf der Basis der mittleren Stromproduktion nahezu zu 90% auf die Wasserkraft zurückzuführen. Ungefähr ab dem Jahre 1910 entstanden in den Mittellandflüssen der Schweiz die ersten bedeutenden Wasserkraftanlagen. Die Zeit nach dem Zweiten Weltkrieg, in den 1945 bis 1970 Jahren gilt als die Blütezeit der Wasserkraftnutzung. Aufgrund der erhöhten Nachfrage an Strom und den fortgeschrittenen ökonomischen Bedingungen, wurde vorderhand in den Alpen-Kantonen mit dem Bau von grossen Speicherkraftwerken mit künstlich angelegten Stauseen begonnen.



Wie du aus der Datenvisualisierung entnehmen kannst, ist Stromproduktion durch Wasserkraft noch heute der grösste Stromproduzent der Schweiz. Wie schon damals sind gewisse Alpenkantone in der Wasserkraftnutzung an vorderster Stelle. Aufsteigend die drei grössten Produzenten hierbei sind die Kantone Wallis, Graubünden und Glarus, dicht gefolgt von den Kantonen Bern und Tessin.


Einige Jahre später, am Ende der 1960-er Jahre, wurde die Wasserkraftnutzung konkurriert von der Energienutzung aus der Kernkraft. Durch die Inbetriebnahme der Kernkraftwerke ist der Anteil der Wasserkraft bis 1985 auf ungefähr 60% gesunken. Heute liegt der Anteil an Wasserkraft bei noch rund 57%, wobei sich dies in den Winter- und Sommermonaten etwas verschiebt.



In punkto Kernenergieproduktion halten sich die Daten in der Visualisierung gering. Wie dir wohl bereits bekannt ist, gibt es in der Schweiz aktuell vier Kernkraftwerke, die noch in Betrieb sind. Drei davon liegen im Kanton Aargau und eines im Kanton Solothurn. Aus den Erkenntnissen der Datenvisualisierung liegt eindeutig der Kanton Aargau an vorderster Stelle was die Kernenergie betrifft. Die drei Kernkraftwerke erzeugen mit jährlich 1‘979‘600 kW fast die doppelte Menge im Vergleich zum Kernkraftwerk Gösgen in Solothurn. Die Stromproduktion durch die Kernenergienutzung ist bei beiden Kantonen höher als die durch die Wasserkraftnutzung. Dennoch ist festzuhalten, dass in der Schweiz die Wasserkraftnutzung heute immer noch den grössten Anteil an der Stromproduktion darstellt.


Der Atomreaktorunfall im Jahr 2011 in Fukushima stellte die Stromproduktion durch Kernkraftwerke in Frage, worauf der Bundesrat und das Parlament den schrittweisen Ausstieg aus der Kernenergie beschlossen haben. Doch die Lücke in der Stromproduktion, die durch den Ausstieg entsteht ist nicht einfach zu schliessen. Demzufolge erarbeitete der Bundesrat die Energiestrategie 2050.



Die Hauptkategorie „übrige erneuerbare Kategorien“ produziert mit einer gesamtschweizerischen Stromproduktion von 3'348’528.13 kW leicht mehr Strom verglichen mit der Kernenergie (3‘014‘600 kW). Die Kantone Bern und Zürich tragen mit je über 10% am meisten für die Stromproduktion mit übrigen erneuerbaren Energien bei. Dennoch ist hier die Distribution gesamtschweizerisch durchaus gleichmässiger als in anderen Kategorien. Du kannst feststellen, sich in dieser Kategorie gewisse Tendenzen abzeichnen. Mehrheitlich zeigen flächenmässig grössere Kantone auch eine grössere Stromproduktion durch die übrigen erneuerbaren Energien auf. Es ist anzunehmen, dass auch urbane Regionen mit grösseren Städten erhöht durch erneuerbare Energien Strom erzeugen. Wie sich die übrigen erneuerbaren in Zukunft entwickeln werden ist sicher eine interessante Fragestellung. Klar ist, dass sich aufgrund der Energiestrategie 2050 und der technologischen sowie auch gesellschaftlichen Entwicklung eine Zunahme in der Hauptkategorie „übrige erneuerbare Energien“ abzeichnen wird.
Zu guter Letzt bleibt noch die Hauptkategorie „fossile Energieträger“. In diesem Bereich erkennst du klar, dass die Energiegewinnung durch fossile Energieträger sich hauptsächlich auf die Kantone Bern (34.85%), Wallis (21.19%), Neuenburg (17.61%) und Basel-Stadt (10.35%) konzentriert. Alle anderen Kantone haben nur einen geringen oder sogar gar keinen Anteil der gesamtschweizerischen Stromproduktionsgewinnung durch fossile Energieträger (je Kanton zwischen 0 – 4.57%). Sieben Kantone besitzen keine Stromproduktionsanlagen mit fossilen Energieträgern. Die fossilen Energieträger machen mit total 284'732 kW nur gerade 1.28% der gesamten Stromproduktion (22'249'583.02 kW) der Schweiz aus.
Alle verwendeten Daten sowie die kantonale Rangliste findest du im Quellenverzeichnis der Website.

Schlussfolgerungen


Die Wasserkraft ist und bleibt die wichtigste Energieversorgung der Schweiz. Jedoch zeichnet sich ab, dass die Photovoltaikanlagen immer mehr in den Fokus geraten. Wie aus der Datenvisualisierung ersichtlich wird, können viele einzelne Photovoltaikanlagen einen erheblichen Beitrag zu der Stromproduktion in der Schweiz beitragen. Um längerfristig komplett auf Kernenergie zu verzichten, bieten die Solaranlagen definitiv eine solide Alternative. Für deren Umsetzung, muss der Bau einer Photovoltaikanlage für Private und Unternehmen deutlich attraktiver (Einspeisen ins öffentliche Netz) und vor allem durch Subventionen gefördert werden.
Um die Wintermonate mit inländischem Strom zu überbrücken, bedarf es an einer guten Möglichkeit, den Strom zu speichern. Da es bis anhin noch keine optimalen Lösungen für die Speicherung von grossen Mengen an Strom gibt, sind wir immer noch auf ausländischen Strom angewiesen.

Die bereits erwähnte Energiestrategie 2050 des Bundesrates setzt sich das Ziel, bis im Jahr 2050 die Stromproduktion aus 100 Prozent erneuerbarer Energie abzudecken. Die Kernkraftwerke, welche heute einen durchaus beträchtlichen Teil der Stromproduktionsgewinnung ausmachen, sollen am Ende ihrer sicherheitstechnischen Betriebsdauer nicht ersetzt werden. Hiermit liegt der Fokus ganz klar auf den Ausbau der erneuerbaren Energien.

Da auf der einen Seite die Stromnachfrage steigt und zugleich die Energiestrategie 2050 langfristige Änderungen mit sich bringen wird, muss es in Zukunft (bis 2050) gemäss dem Bundesrat ein klares Angebot geben, damit kein Defizit entsteht. Bei dem massiven Ausbau der Stromproduktionsanlagen im Bereich der erneuerbaren Energien müssen die technischen Potenziale vollkommen ausgeschöpft werden. Die Wissenschaft ist also gefordert. Die Umsetzung muss unter voller Berücksichtigung der Nachhaltigkeit erfolgen. Hierbei zentral sind das menschliche Wohlergehen, die Versorgungssicherheit, die ökologische Verträglichkeit, die ökonomische Effizienz sowie das Vermeiden systematischer Risiken. Trotz bestmöglicher Orientierung an den genannten Nachhaltigkeitsaspekten, kann keine risikofreie Entwicklung garantiert werden.

Die Ausgangslage ist klar – die Ziele auch – welche Hürden der Weg mit sich bringen wird bleibt jedoch Unbekannt. Dennoch sind wir Autoren zuversichtlich, dass die Schweiz die nötigen Ressourcen aus wissenschaftlicher, wirtschaftlicher wie auch gesellschaftlicher Natur besitzt, um die Stromproduktionsversorgung in der Schweiz nachhaltig sicherzustellen und die Ziele der Energiestrategie 2050 zu erreichen.

Hesch gwüsst?

Watt, Ampere und Volt – Sorry, was?

Keine Sorge wir klären dich auf:

Watt – ist die Leistung. Watt gibt die maximale Leistung eines Gerätes an. Eine 10-Watt Energiesparlampe bringt also doppelt so viel Leistung wie eine 5-Watt Energiesparlampe. Damit ist natürlich auch der Stromverbrauch doppelt so hoch.
Kilowattstunde – misst den Stromverbrauch pro Stunde. Der Energieverbrauch wird also in Kilowattstunden kWh berechnet. Die Kilowattstunde sagt aus, wieviel ein Gerät mit einer Leistung von einem Kilowatt in einer Stunde umsetzt. Ein Kilowatt ist umgerechnet 1‘000 Watt. Die Kilowattstunden lassen sich ganz einfach berechnen: Leistung (Watt) x Zeit (Stunden) = Energieverbrauch in Wattstunden. Um die Wattstunden in Kilowattstunden umzurechnen, musst du das Resultat noch durch 1000 teilen.
Volt – elektrische Spannung. Volt ist sozusagen der Druck, mit dem der Strom durch das Kabel fliesst. Unsere Steckdosen haben immer konstant 230 Volt.
Ampere - die Stromstärke. Ampere misst, wieviel Strom durch eine Leitung fliesst. Je mehr Strom fliesst (Ampere) und je höher die Spannung (Volt), desto mehr Leistung (Watt) wird zur Verfügung gestellt (Ampere x Volt = Watt).

Entstehung der Website

Step 1 - Daten erhalten

Die Daten haben wir von Nico Rohrbach vom BFE erhalten. Alle Dateien sind auch öffentlich zugänglich auf der opendata.swiss Website. Wir sind am Anfang ziemlich erschrocken, als wir den Datensatz erstmals öffneten, denn der Datensatz enthält über 110‘000 Zeilen.

Step 2 - Konzept ausarbeiten

Wie bringen wir eine möglichst schlichte und einfach verständliche Visualisierung zustande? Diese Frage stellten wir uns von Anfang an und haben dann als Erstes versucht, mögliche Visualisierungen auf einem Notizblatt zu zeichnen. Von Anfang an wollten wir einen kantonalen Vergleich der verschiedenen Stromproduktionsanlagen machen. Unsere Message: Wie viele Anlagen hat jeder einzelne Kanton und wie viel Strom wird in den einzelnen Kantonen jeweils produziert.

Step 3 - Framework für die Website erstellen

Wie bereits erwähnt, wollten wir eine möglichst schlichte Website im One-Page Design aufbauen. Dafür haben wir uns viele grossartige Vorlagen im Internet angeschaut und uns inspirieren lassen. Wir wollten jedoch nicht einfach eine Vorlage nehmen und unser Text sowie die Visualisierung in die Vorlage packen. Stattdessen bauten wir die gesamte Seite selbst auf und haben die verschiedenen Elemente von diversen Vorlagen in unsere Website gepackt.

Step 4 - Erste Visualisierungen mit D3.js

Wir suchten als Erstes nach geeigneten Visualisierungen im Web. Da die Auswahl enorm gross ist, haben wir uns ein bisschen im Visualisierung-Dschungel verloren und mit diversen Beispielen rumgespielt. Uns wurde ziemlich schnell klar, dass wir in die Visualisierung eine Map der Schweiz einbauen wollen, damit die Daten besser selektiert werden können. Für die Ausgabe der Daten entschieden wir uns für Bubble Charts, da diese eine erfrischende Abwechslung zu den oft benutzten Barcharts darstellen und die Relation zwischen den Bubbles gut ersichtlich ist. Weiter wollten wir die Daten zusammengefasst in einer Infobox neben der Map darstellen.

Step 5 – Finale Visualisierung

Die Map konnten wir relativ schnell in die Website integrieren. Wir merkten jedoch, dass es Probleme mit den verschiedenen Versionen von D3.js gab. So mussten wir eine Version finden, bei der es sowohl eine passende Map sowie Bubble Charts gibt. Schlussendlich nahmen wir für beide Visualisierungen Version 4. Weiter waren wir uns unsicher, ob es möglich ist, alle Datenpunkte als eigene Bubble darzustellen oder ob wir die einzelnen Subkategorien zusammenfassen müssen. Dank der Hilfe von unserem Kollegen Nik Arm (Informatiker) kamen wir zu einer Lösung, die alle Stromproduktionsanlagen als eigene Bubble darstellen.

Step 6 – Feinschliff der Website

Am Schluss passten wir noch einige Kleinigkeiten am Design an und bauten kleinere Spielereien ein, um die Website noch attraktiver zu gestalten.
Voila, hier ist sie, die fertige Website! Um zu diesem Ergebnis zu kommen, musste viel Zeit investiert werden und vor allem kostete es uns einige Nerven. Als Programmier-Rookies mussten wir enorm viel Aufwand in Kauf nehmen, um zu diesem Resultat zu gelangen. Wir sind beide sehr stolz auf das Resultat und hoffen natürlich, dass die Visualisierung und die ganze Website dir gefällt.

KONTAKT

Bei Fragen zur Visualisierung oder sonstigen Anliegen stehen wir dir gerne zur Verfügung.

Valentin Zahner

Student MSc Business Administration, Universität Bern


Luca Karau

Student MSc Business Administration, Universität Bern


Daten

Quelle Link Download
Bundesamt für Energie Website BFE
Open Data Swiss Elektrizitätsproduktionsanlagen .csv
Bundesamt für Statistik Ausgewählte Indikatoren im regionalen Vergleich, 2021 (Kantone) .xlsx
BFE und BFS (eigene Darstellung) Kantonale Rangliste Stromproduktionsanlagen .xlsx

Quellen aus dem Text

Quelle Beschrieb
Bundesamt für Energie Wasserkraft
Geographisches Institut, Uni Bern Wasserkraft: Zwischen roten Zahlen und grünen Ansprüchen
Bundesamt für Energie Was ist die Energiestrategie 2050?
SRF - Einstein Online Watt ihr volt – Strombegriffe endlich verständlich
Energeia Plus Fakten und Zahlen: Wer verbraucht den Strom?
EnergieSchweiz Erneuerbare Energien – Strom und Wärme aus einheimischen und nachhaltigen Quellen
Akademien der Wissenschaften Schweiz Zukunft Stromversorgung Schweiz

Bilder

Bild Quelle
Gösgen Photo by Patrick Federi on Unsplash
Griessee Photo by Martin Adams on Unsplash
Valle Verzasca Photo by Patrick Untersee on Unsplash

Website

Für diese Website wurden folgenden Programmiersprachen und Softwarepakete verwendet: