Energie für die Zukunft - Highlights aus drei Jahren Forschung an den Swiss Competence Centers for Energy Research (SCCER) - Innosuisse
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Themenbericht 2017
Energie für die Zukunft
Highlights aus drei Jahren Forschung
an den Swiss Competence Centers for
Energy Research (SCCER)
Editorial
Forschung mit Weitsicht .......................................... 3
Die acht SCCER auf einen Blick................................ 4
Die SCCER in Kürze ........................................... 6–39
Die SCCER-Landschaft in der Schweiz.................. 22 Im Rahmen des Aktionsplans «Koordinierte Energie
forschung Schweiz» steuern die Kommission für Tech
nologie und Innovation (KTI) und der Schweizerische
Ausblick.................................................................. 40 Nationalfonds (SNF) acht interuniversitär vernetzte
Kompetenzzentren. Ich freue mich, dass diese Swiss
Competence Centers for Energy Research (SCCER) in
Zahlen und Namen ................................................ 42 der ersten Förderperiode 2013– 2016 fast alle geplanten
Ziele und Meilensteine erreicht oder zum Teil sogar
übertroffen haben. So hat die Mehrheit der SCCER bei
spielsweise deutlich mehr Eigenmittel eingebracht als
geplant. Und der Kapazitätsaufbau verlief so erfolgreich,
dass die SCCER rund 230 Vollzeitstellen mehr geschaffen
haben als vorgesehen.
Den SCCER ist es gelungen, sich schweizweit zu vernetzen.
War die Energieforschung vorher von einem Neben
einander geprägt, ist es heute ein Miteinander. Statt in
einem Konkurrenzdenken zu verharren, sprechen die
Forschenden von ETHs, Universitäten, Fachhochschulen
und Forschungsinstitutionen heute auf Augenhöhe mit
einander. Dieser produktive Austausch führt zu Synergien
und spart Ressourcen, was unter dem Strich den Bei
trag der Forschung zum Umbau des Schweizer Energie
systems erhöht.
Mit dieser Publikation verschaffen wir Interessierten einen
kompakten Überblick über die erste Förderperiode der
Impressum SCCER. In der zweiten Periode 2017– 2020 wollen wir
die Erfolge ausbauen, die Vernetzung der SCCER unter
Herausgeberin: Kommission für
einander mit Joint Activities weiter fördern und den
08.17 1000 405943/1
Technologie und Innovation KTI;
Wissens- und Technologietransfer verstärken. Zum Wohl
© KTI, August 2017. Konzept,
Gestaltung und Redaktion:
der Schweiz.
Weissgrund, Zürich. F otografie:
Alessandro Della Bella, Zürich.
Illustration: Christoph Frei, Bern.
Bezug: media@kti.admin.ch. Walter Steinlin, Präsident KTI
KTI – Energie für die Zukunft – 2017
Forschung mit Weitsicht
Die Schweiz steht vor einem tiefgreifenden und sukzes In der ersten Förderperiode von 2013 bis 2016 standen
siven Umbau des Energiesystems. Dabei soll die Energiefor dafür 71,5 Millionen Franken zur Verfügung. Ein sieben
schung nach dem Willen des Bundesrats die Entwicklung köpfiges S teuerungskomitee begleitet die Ausführung
und den Einsatz innovativer Technologien fördern und mit des Auftrages durch die SCCER. Inhaltlich werden sie von
Effizienz und Substitution einen wesentlichen Beitrag zur einem international zusammengesetzten Evaluations-
neuen Energiestrategie leisten. Im Rahmen des Aktions panel unterstützt, das aus 21 Fachexpertinnen und -ex-
planes «Koordinierte Energieforschung Schweiz» haben perten und 10 Mitgliedern der Kerngruppe besteht
die KTI und der SNF den Auftrag erhalten, interuniversitär und einmal jährlich die 8 SCCER evaluiert. Jeweils 5 Mit
vernetzte Forschungskompetenzzentren aufzubauen und glieder des P anels b
esuchen zusammen mit Vertreterinnen
zu steuern. und Vertretern der KTI s owie des Bundesamts für Energie
jedes SCCER einen Tag lang. Das Gesamtprogramm der
Acht Swiss Competence Centers for Energy Research SCCER wird in jeder Förderperiode einmal einer Wirkungs
(SCCER) in sieben Aktionsfeldern suchen Lösungen für analyse durch Externe unterzogen. Das Steuerungs-
die technischen, gesellschaftlichen und politischen Heraus komitee macht klare Vorgaben dazu und nimmt danach
forderungen der Energiewende. Forschende und Unter Empfehlungen entgegen.
nehmen finden hier das gesamte aktuelle Spektrum der
Energie-Innovationskette – von Grundlagenforschung Die SCCER sind seit 2014 operativ. Jedes SCCER wird von
über anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung einem Leading House mit einem zugehörigen Head geführt.
bis zu den gesetzlichen, regulatorischen und Verhaltens- Die strategische Führung obliegt einem Board, zentrales
Aspekten. Die SCCER stellen Forschungsinfrastruktur und Führungsinstrument ist die jeweilige Innovation Roadmap:
Netzwerk-Möglichkeiten mit den wichtigsten Expertinnen ein ständig nachgeführter Aktionsplan als Basis für die
und Experten sowie dem Forschungsnachwuchs aus den Strategieentwicklung und das Monitoring. Beteiligt an
jeweiligen Bereichen zur Verfügung, und sie sorgen für den den einzelnen SCCER sind zwischen 6 und 16 Hochschulen
Wissens- und Technologietransfer in die Wirtschaft. sowie insgesamt über 170 Umsetzungspartner.
Der Leistungsausweis in Kürze
Was die SCCER bis Ende 2016 auf die Beine gestellt haben, e igener Kraft beigetragen: Die Mehrheit der Kompetenz
kann sich sehen lassen: zentren übertraf die finanziellen Vorgaben im Bereich
Eigenmittel signifikant.
• Der Kapazitätsaufbau verlief äusserst erfolgreich: Statt der • Barrieren zwischen Forschungsinstitutionen wurden
vorgegebenen 552,2 Vollzeitstellen schufen die SCCER abgebaut und durch eine gesamtschweizerische Ver-
785,7 neue und attraktive Arbeitsplätze. Insgesamt netzung ersetzt. Dies hat eine in der Schweiz noch nie
arbeiteten Ende 2016 an den 8 SCCER 1214 Forschende. da gewesene Innovationsdynamik ausgelöst.
• Durch die SCCER entstanden neue Forschungsgemein • Insgesamt wurden in den SCCER über 500 Projekte
schaften aus 25 Hochschulen aller Hochschultypen und lanciert. Sie sind fokussiert auf die Themen, in denen
unterschiedlicher Forschungsdisziplinen. die Schweizer Forschung einen relevanten Innovations-
• Zu ihrem Erfolg haben die SCCER entscheidend aus beitrag leisten kann.
3
Die acht SCCER auf einen Blick
Aktionsfeld
Effizienz
FEEB&D
Future Energy Efficient Buildings & Districts
Hocheffiziente Materialien für die Wärmedämmung / Nutzungs-
und klimaabhängiges Energiemanagement / Suffizienzpotenziale
und Energierückgewinnung / dezentrale Strom-, Wärme-,
Kälte-Systeme
S. 6–9
Aktionsfeld
Effizienz
EIP
Efficiency of Industrial Processes
Industrielle Effizienz / energiesparende Prozesse und
Verfahren / Prozesswärme aus erneuerbaren Energien /
Abwärmenutzung / dezentrale Strom-, Wärme-,
Aktionsfeld
Kälte-Systeme
Netze und ihre Komponenten,
Energiesysteme
S. 10–13
FURIES
FUtuRe SwIss Electrical InfraStructure
Netzstabilität / Lastflussmanagement / Integration von
intermittierendem erneuerbarem Strom / Intelligente Netze
und Hochleistungselektronik / Systemaspekte der
Stromspeicherung
S. 14–17
Aktionsfeld
Speicherung
HaE
Heat & Electricity Storage
Grundlagen der Elektrizitätsspeicherung / Batterien / Effiziente
Elektrolyse / Wärmemanagement / Mechanische, chemische
und pneumatische Speicher
S. 18–21
4
KTI – Energie für die Zukunft – 2017
Aktionsfeld
Strombereitstellung
SoE
Supply of Electricity
Tiefe Geothermie und CO2-Speicherung /
Wasserkraftnutzung / Wasserkraftinfrastruktur
S. 24–27 Aktionsfeld
Ökonomie, Umwelt,
Recht, Verhalten
CREST
Competence Center for Research
in Energy, Society and Transition
Ordnungspolitische Fragen und Rahmenbedingungen für
Märkte / Analysen des Individual- und Gruppenverhaltens
Aktionsfeld und generelle Trends / Suffizienz / Anreizsysteme
Effiziente Konzepte, Prozesse und
Komponenten in der Mobilität S. 28–31
Mobility
Efficient Technologies and Systems
for Mobility
Elektromobilität / Batterien / Brennstoffzellen / Integration von
dezentralem erneuerbarem Strom / Leichtbau / Experimentelle
Aspekte neuer urbaner Konzepte
S. 32–35
Aktionsfeld
Biomasse
BIOSWEET
BIOmass for SWiss EnErgy fuTure
Bereitstellung und Anwendung von Biomasse / Biogas zur
Strom- und Wärmeproduktion / Gasförmige und flüssige
Energieträger aus Biomasse
S. 36–39
5
Die SCCER in Kürze: FEEB&D
FEEB&D
Future Energy Efficient
Buildings & Districts
Aktionsfeld Leading House Deputy Head (bis Februar 2017)
Effizienz Eidgenössische Materialprüfungs- Prof. Matthias Sulzer,
und Forschungsanstalt (Empa) Hochschule Luzern (HSLU)
Head (bis Februar 2017) Kontakt / Managing Director
Dr. Peter Richner, Dr. Stephan Fahlbusch
Empa, Departement für Bau- stephan.fahlbusch@ethz.ch
und Maschineningenieurwesen +41 (0)58 765 49 04
www.sccer-feebd.ch
Diese Aufgaben hat
das SCCER übernommen
Zur Heizung, Lüftung und Klimatisierung von Gebäuden ohes Mass an Professionalität bei Planung und Betrieb.
h
wendet die Schweiz rund 40 Prozent ihres Endenergiebe Das SCCER entwickelt die nötigen Instrumente dazu.
darfs auf. Beim Strombedarf beträgt der Anteil 32 Prozent,
er umfasst neben der Klimatechnik auch Beleuchtung und Dritte Ebene ist die Vernetzung: Die energetische Opti
Geräte. Das SCCER FEEB&D entwickelt neue Materialien, mierung von Arealen leistet einen grösseren Beitrag als
Komponenten, Systeme und Konzepte, mit denen der öko die eines einzelnen Gebäudes. In Pilotprojekten entwickelt
logische Fussabdruck des Schweizer Gebäudeparks bis das SCCER zusammen mit Betreibern optimale Energie
2035 im Vergleich zu 1990 um den Faktor drei reduziert konzepte, die dann auch umgesetzt werden. Zum Beispiel
werden soll – und das unter Beibehaltung von Versorgungs ein Multi-Energie-Netz mit Wärme, Kälte, Strom und Gas
sicherheit und heutigem Komfort. Externe Partner des und einem zentralen Hub, der Energie umwandeln, speichern
SCCER sind neben Unternehmen, welche Baukomponenten und verteilen kann.
oder Steuerungen herstellen, Investoren und Entwickler
grosser Immobilien, Planungsbüros und Baufirmen sowie Und schliesslich prüft das SCCER, wie die entwickelten
Gemeinden und Energieversorger. Technologien zeitnah implementiert und auf den Markt
gebracht werden können. Dabei geht es nicht zuletzt
Die gesetzlichen Vorschriften für die Dämmung von um sozioökonomische Fragestellungen: Was sind Treiber
Gebäuden wurden in den letzten Jahren deutlich ver und Hemmnisse für neue Technologien?
schärft. Besonders bei älteren oder denkmalgeschützten
Gebäuden braucht es für eine ästhetisch ansprechende Das SCCER will dabei der Vielfalt des architektonischen
Sanierung neuartige Dämmstoffe, die bei geringer Dicke und städtebaulichen Kontextes gerecht werden, denn es
ähnliche thermische Eigenschaften wie herkömmliche gibt nicht die eine Lösung für alle: Bei Neubauten ist an
Stoffe aufweisen. deres sinnvoll als bei Altbauten, und auch Quartiere oder
Gemeinden benötigen individuelle Lösungen. Steht eine
Zweiter Schwerpunkt ist das Energiemanagement: Sollen potente Energiequelle zur Verfügung, etwa Erdwärme,
sie einen Beitrag zur Energiewende leisten, erfordern braucht es keine maximale Dämmung, dafür ist die Energie
Standards wie Minergie aufgrund ihrer Komplexität ein quelle optimal zu nutzen.
6
SCCER FEEB&D Skizzen
KTI – Energie für die Zukunft – 2017
1. Dynamic Glazing. Spiegelglas hält
Dem ist das SCCER FEEB&D auf der Spur angenehm
Raumtemperatur
DYNAMIC GLAZING
Smarte Fenster sparen Energie
Ein innovatives Fensterverglasungs
system optimiert den Lichteinfall in
Innenräumen, die einer starken Sonnen
einstrahlung ausgesetzt sind. Die Fenster
werden mit dünnen Mikro-Spiegeln
beschichtet, bleiben aber transparent.
Das ermöglicht, das natürliche Licht
besser zu nutzen, weniger Kunstlicht
einzusetzen und den Aufwand für
Kühlung und Heizung im Gebäude zu
minimieren. Das System könnte dazu
führen, dass es eines Tages keine
Storen mehr
2. Hues. braucht.
Simuliert Das Europäische
zusammenspiel
Dezentraler
Patentamt Energiequelleb
hat ihm kürzlich Patent
schutz erteilt.
Partner: EPFL; Mitfinanzierung: BFE 3. Energievorbild W
ENERGIEKONZEPT FÜR MORGEN
Eine Gemeinde als Energie-Vorbild
Um die Ziele der 2000-Watt-Gesellschaft zu erreichen,
hat die HSLU im Auftrag der BKW und Wohlen BE
für den Gemeindeteil Uettligen ein Energiekonzept ent
wickelt, das auch für andere wegweisend ist – denn
Wohlen ist repräsentativ für 20 Prozent aller Schweizer
Gemeinden. Als erstes wurde der Ist-Zustand inklusive
Potenzial lokaler Energieressourcen analysiert, dann
wurde eine Energieversorgungsvariante erarbeitet und
schliesslich das Gesamtenergiekonzept für Strom, Wärme
und Gas erstellt. Ein konkreter Massnahmenplan steuert
nun die Umsetzung bis 2050.
2. Hues. Simuliert zusammenspiel
Dezentraler Energiequelleb
Partner: Gemeinde Wohlen bei Bern, HSLU, BKW Energie AG
HOLISTIC URBAN ENERGY SIMULATION
3. Energievorbild Wohlen
Dezentrale Energiesysteme voranbringen
Die Plattform Holistic Urban Energy Simulation (HUES)
ist eine Open-Source-Initiative, die Informatikressourcen
bündelt, um den Entwurf und die Steuerung von
d ezentralen Energiesystemen (DES) zu unterstützen.
Die Simulationsplattform will die Forschung an DES
beschleunigen und voranbringen, indem sie bestehende
Modelle, Daten und Codes zentral anbietet und den
Vergleich von DES-Konzepten mit den bestehenden
Energieversorgungssystemen ermöglicht. Daraus gehen
nützliche Tools zur Realisation von DES durch Planungs
büros und die Industrie hervor.
Partner: Urban Energy Systems Laboratory, Empa; Mitfinanzierung:
CCEM (Kompetenzzentrum für Energie und Mobilität des ETH-Bereichs).
7
Die SCCER in Kürze: FEEB&D
Fakten
Das trägt das SCCER FEEB&D
zur Energiestrategie
80 % in Gebäuden 2050 bei
80 Prozent unserer Zeit verbringen wir in Gebäuden.
Neue Gebäudelösungen haben nur dann eine Chance,
wenn sie die Bedürfnisse der Menschen mindestens Die Energiestrategie 2050 sieht vor, den ökologischen
so gut bedienen wie heutige Lösungen. Fussabdruck des Schweizer Gebäudeparks bis 2035 um
den Faktor drei zu reduzieren. Dazu müssen die Energie
1% Renovationsrate effizienz erhöht und der Kohlenstoffgehalt der Energie
reduziert werden.
In der Schweiz wird jährlich 1 Prozent des Gebäudeparks
renoviert. Es dauert also 100 Jahre, bis der ganze B
estand ➜ Um den Energiebedarf an der Quelle zu senken,
erneuert ist. eschäftigt sich das SCCER mit der Gebäudehülle und
b
arbeitet mit der Industrie an hocheffektiven Dämm
33 % der CO2-Emissionen materialien und modernen Verglasungskonzepten.
Ein Drittel der Treibhausgasemissionen der Schweiz
➜ Das SCCER erarbeitet belastbare Daten über das
werden durch Gebäude verursacht.
erhalten der Gebäude und ihrer Nutzer und entwickelt
V
Tools, um das Verhalten der Nutzer zu prognostizieren.
66 % fossile Heizungen Diese Daten werden in intelligente Gebäudeleitsysteme
eingespeist, um den Betrieb aktiv zu regeln.
Zwei Drittel aller Gebäude in der Schweiz werden fossil
beheizt. Weil die Preise für Heizöl und Gas seit längerem
tief sind, kommen selbst in Neubauten wieder vermehrt
➜ Zur Planung und Implementierung von dezentralen
Energiesystemen (DES) hat das SCCER eine Reihe von
fossile Heizungen zum Einsatz.
Tools entwickelt und am datenbankgestützten Geo-
Informationssystem (GIS) zur Unterstützung der Raum
7,5 Mio. t Bauabfälle planung mitgewirkt. Anhand von drei bis vier Modell
regionen erfolgt nun die Validierung, um die Instru
Pro Jahr fallen in der Schweiz 7,5 Millionen Tonnen
mente auch für Planungsbüros zugänglich zu machen,
Bauabfälle an – fast eine Tonne pro Person.
die damit ihre individuellen Aufgaben lösen können.
➜ Neue Technologien, Materialien und Systeme werden
an diversen Demonstratoren unter realen Bedingungen
getestet, erforscht, weiterentwickelt und validiert.
Durch die enge Kooperation mit Partnern aus Forschung,
Wirtschaft und öffentlicher Hand kommen effiziente
und innovative Bau- und Energietechnologien rasch auf
den Markt.
Beteiligte Institutionen
• Empa Eidgenössische Materialprüfungs- und
Forschungsanstalt (Leading House)
• EPFL École polytechnique fédérale de Lausanne Unsere Innovation Roadmap und
• ETHZ Eidgenössische Technische Hochschule Zürich weitere Informationen finden Sie hier
• FHNW Fachhochschule Nordwestschweiz
• HSLU Hochschule Luzern
➜ www.sccer-feebd.ch
• Université de Genève
8
KTI – Energie für die Zukunft – 2017
«In der Schweiz haben wir
die finanziellen Mittel zur
Energiewende, wir müssen
sie nur richtig investieren.»
Was ist Ihre Vision von der Energiezukunft im Jahr 2050? Dr. Peter Richner,
Empa, Departement für Bau- und
Bis 2050 können und müssen wir unsere Energiever Maschineningenieurwesen
sorgung beinahe vollständig auf Erneuerbare umstellen. Peter Richner hat an der ETHZ Chemie
studiert und anschliessend d oktoriert.
In der Schweiz haben wir die finanziellen Mittel zur Nach einem Postdoc in den USA baute
Energiewende, wir müssen sie nur richtig investieren. er an der Empa eine neue Forschungs
gruppe im Bereich der Ultraspurenanalytik
auf und leitete später die Abteilung
Was fasziniert Sie am Thema Energie? Korrosion und Oberflächenschutz. Seit
2002 ist Richner Leiter des Departe
Unsere Zivilisation hat sich in den letzten 250 Jahren ments Bau- und Maschineningenieur
gewaltig entwickelt, weil sie sich Energieressourcen wesen, seit 2012 zudem stellvertretender
Direktor der Empa. D aneben ist er in
in fast unbegrenztem Ausmass erschlossen hat. Das verschiedenen nationalen und internatio
fasziniert mich. Leider ist der grösste Teil dieser Res- nalen Gremien aktiv. Seine Forschungs
interessen gelten dem energieeffizienten
sourcen fossiler Natur, doch mit diesem wichtigen und Bauen und der Förderung des Technolo
komplexen Problem beschäftige ich mich gern. gietransfers; als Initiant von NEST, der
modularen Forschungs- und Innovations
plattform von Empa und Eawag, ist es
Auf welchen Erfolg Ihres SCCER sind Sie besonders stolz? ihm gelungen, beides zu verbinden. Das
SCCER FEEB&D leitete Richner in der
Die Quartiervernetzung und die Multienergienetze Phase I von 2014–2016.
standen bei uns immer im Zentrum. Anfänglich standen
wir deswegen in der Kritik, doch jetzt sprechen alle
von Vernetzung. Das freut mich.
9Die SCCER in Kürze: EIP
EIP
Efficiency of Industrial
Processes
Aktionsfeld Leading House Deputy Head
Effizienz Eidgenössische Technische Prof. Dr. François Maréchal,
Hochschule Zürich (ETHZ) École polytechnique fédérale
de Lausanne (EPFL)
Head
Prof. Dr. Philipp Rudolf von Rohr, Kontakt / Managing Director
ETHZ, Institut für Verfahrens Dr. Stephan Fahlbusch
technik, Labor für Transport stephan.fahlbusch@ethz.ch
prozesse und Reaktionen +41 (0)58 765 49 04
www.sccer-eip.ch
Diese Aufgaben hat
das SCCER übernommen
Industrielle Prozesse sind sehr vielfältig, das geht von der Konkret berät das SCCER im Bereich Wärme vorwiegend
kleinen Schraubenfabrik bis zu den komplexen Produk kleinere und mittlere Firmen, wie sie mit bestehenden,
tionsvorgängen eines Pharmaproduzenten. Bei diesen Pro aber verfeinerten Methoden eine effiziente Wärmerückge
zessen lässt sich eine Erhöhung der Energieeffizienz häufig winnung betreiben oder die Abwärme von Dritten nutzen
sehr kurzfristig umsetzen. Doch die Unternehmen sind können. Nutzt die Industrie zum Beispiel die Abwärme von
nicht am Prozess, sondern am Produkt, der Schraube oder Kehrichtverwertungsanlagen oder Hallenbädern für ihre
dem Medikament, interessiert. Und diese dürfen nicht Prozesse, ist das viel sinnvoller als die Nutzung für Haus
unter Eingriffen in den Prozess leiden. heizungen; diese werden früher oder später sowieso durch
effizientere Systeme ersetzt. Eine Gruppe des SCCER
Das SCCER EIP hat zu Beginn seiner Arbeit die Branchen beschäftigt sich mit der Vernetzung grösserer Systeme in
eruiert, die in der Schweiz wichtig und energieintensiv sind. Städten und Gemeinden.
Den Fokus legte es anschliessend auf Chemie, Pharma und
Nahrungsmittel, da diese Branchen über 50 Prozent ihrer Ein zweiter Schwerpunkt der Umsetzung sind neue, effi
Energie als Wärme verbrauchen und die Rückgewinnung zientere Prozesse. Konkret beschäftigt sich das SCCER mit
von Wärme ein grosses Energiesparpotenzial aufweist. der Entwicklung von kontinuierlichen Produktionsprozessen,
bei denen auf unnötige Heiz- und Kühlschritte verzichtet
Zusammen mit interessierten Unternehmen entwickelt das werden kann. Dabei arbeitet das SCCER an konkreten
SCCER neue Methoden und Materialien, die energetische Lösungen in der Herstellung von Pharmazeutika und Vita
Einsparungen ermöglichen. Dabei geht es einerseits um minen. Ein drittes wichtiges Thema ist die Erhöhung der
Prozesse wie das Wärmen und Kühlen, die Abscheidung Effizienz bei der Abtrennung von CO2; in diesem Prozess
von CO2 und das Wärmemanagement von Wassersystemen. geht heute viel Energie verloren.
Andererseits aber auch um das Sparen beim Strom und
um weniger energieintensive Materialien. In einem zweiten Die Arbeitsbereiche des SCCER arbeiten eng zusammen,
Schritt unterstützt das SCCER die Implementierung dieser unterhalten je eigene Beziehungen zu bestimmten Unter
Innovationen in Unternehmen, indem die technische und nehmen und setzen einzelne KTI-Projekte mit Firmen um.
wirtschaftliche Machbarkeit untersucht wird. Dazu werden
den Unternehmen auch neue Analysemethoden zur Ver
fügung gestellt.
10KTI – Energie für die Zukunft – 2017
SCCER EIP
Dem ist das SCCER EIP auf der Spur
3. Energieeffiziente Reaktoren
für chem. Industrie 1. Optimierung Fernwärme reduziert
Gasverbrauch
WÄRMEINTEGRATION
Energieeffiziente Reaktoren für
die chemische Industrie FERNWÄRME
Chemische Reaktionen werden heutzutage häufig Optimierte Abwärmenutzung reduziert Gasverbrauch
in Rührreaktoren durchgeführt, die verschiedene Vom SCCER entwickelte neue Methoden und Werkzeuge
Nachteile aufweisen. Das SCCER forscht an zur Energieoptimierung von Prozessen werden von der
strukturierten Rohrreaktoren zur kontinuierlichen Industrie angewendet. Bei Flumroc reduziert die Integra
Durchführung chemischer Reaktionen in der tion eines Wasserspeichers mit rund 2600 m3 Volumen
Herstellung von Vitaminen, die zum einen eine den Gasverbrauch für das lokale Fernwärmenetz um rund
einfache Wärmeintegration mit einhergehender 2500 MWh pro Jahr, was den CO2-Ausstoss und die
Energieeinsparung ermöglichen. Zum anderen Betriebskosten erheblich senkt. Statt mit Erdgas werden
wird durch die Abscheidung neu entwickelter nun 500 Neubau-Wohnungen mit Abwärme g eheizt.
bleifreier Katalysatoren auf der Reaktoroberfläche Der Einbau eines Wärmespeichers dieser Grösse ist eine
der energieaufwendige Separationsschritt des innovative Lösung zur Erhöhung der Abwärmenutzung
Produkts vom Katalysator eliminiert, der bei Rühr für Fernwärmezwecke.
rt reaktoren unumgänglich ist. 2. Energieeffiziente Gewächshäuser
Partner: Flumroc AG, HSLU; Mitfinanzierung: keine (finanziert alleine durch
Partner: DSM Nutritional Products SA; Mitfinanzierung: KTI Flumroc)
PFLANZENANBAU
Energieeffiziente Gewächshäuser
Bei einem Gewächshaus von 50 000 m2 Fläche, das jähr
lich 5 GWh Energie verbraucht, ergab eine detaillierte
Analyse aktueller und früherer Verbrauchszahlen ein
beachtliches Sparpotenzial. Die Anpassung der Tempe
raturprofile und eine optimierte Steuerung von Lüftung,
Beschattung und Sonnenschutz ergaben eine Ein
sparung von 15 bis 20 Prozent, eine optimierte Wärme
verteilung trug nochmals 15 Prozent bei. Die Mehrfach-
Nutzung der Abwärme aus der Abluft reduziert nicht
nur den entsprechenden Energiebedarf um bis zu
50 Prozent, sondern verbessert auch die Wachstums
bedingungen der Pflanzen.
Partner: Rutishauser AG, NTB; Mitfinanzierung: Amt für Umwelt und Energie
des Kantons St. Gallen (AFU)
11Die SCCER in Kürze: EIP
Fakten
Das trägt das SCCER EIP
zur Energiestrategie
20 % des Gesamtverbrauchs 2050 bei
Die Industrie ist für rund 20 Prozent des Energiever
brauchs in der Schweiz verantwortlich, davon entfallen
mehr als 50 Prozent auf Prozesswärme. Rund 20 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs der
Schweiz gehen auf das Konto der Industrie. Gemäss
¹⁄ ³ des Industriebedarfs Energiestrategie 2050 soll dieser Bedarf zwischen
2014 und 2035 um 20 Prozent oder 9 TWh sinken,
Am meisten fallen Chemie- und Pharma- einerseits und bis 2050 insgesamt um 33 Prozent oder 14 TWh.
die Nahrungsmittelindustrie andererseits ins Gewicht.
Zusammen verbrauchen sie fast ein Drittel des Energie ➜ Das SCCER erforscht Methoden und Prozesse zur
bedarfs der Industrie. E rhöhung der Energieeffizienz in der Industrie und will
die Unternehmen davon begeistern. Mit ihren Erkennt
20 Industriepartner nissen gehen die Forschenden des SCCER aktiv auf
Unternehmen zu, diese wenden sich aber auch von sich
Das SCEER EIP hat eine Kerngruppe von Wissenschaft aus an das SCCER.
lerinnen und Wissenschaftlern aus 5 Hochschulgruppen
gebildet und arbeitet mit über 20 Industriepartnern
➜ Der Einstieg in die Arbeit mit einem Unternehmen
zusammen.
rfolgt oft über eine Situationsanalyse vor Ort; daraus
e
leitet das SCCER mögliche Massnahmen ab. Am grössten
Über 100 Kursbesucher ist das Sparpotenzial bei den kleinen und m
ittleren U
nehmen, denn diese haben meist keinen eigenen Ener
nter-
Die Weiterbildungen im SCCER vermitteln Fachkräften
gieberater und ihr Fokus liegt nicht im Energiebereich.
aus der Wirtschaft neue Methoden und Werkzeuge.
Bis heute haben weit mehr als 100 Personen solche
Kurse besucht.
➜ Das SCCER muss dabei stets die Kostenseite im Auge
behalten: Ein neuer Prozess oder eine neue Lösung
darf nicht mehr kosten als dies vorher der Fall war, denn
Bis zu 40 % Energieeinsparung die Schweizer Industrie ist gewaltig unter Druck.
Bei Industrieprozessen, die nicht kontinuierlich ablaufen,
besteht oft ein grosses Einsparpotenzial. Der Einbau ➜ Und schliesslich bildet das SCCER junge Leute aus
und bringt ihnen Technologien bei, die sie in die Welt
von Wärmespeichern reduziert den Energiebedarf: Wird
der Unternehmen hinaustragen. Lernen angehende
überschüssige Wärme in Wärmespeichern gespeichert
Ingenieurinnen und Ingenieure in einer Vorlesung zum
und später wiederverwendet, resultieren Energieeinspa
Wärmeaustausch neue Methoden kennen, wird dieses
rungen von bis zu 40 Prozent.
Wissen optimal verbreitet.
Beteiligte Institutionen
• ETHZ Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
(Leading House)
• EPFL École polytechnique fédérale de Lausanne Unsere Innovation Roadmap und
• HSLU Hochschule Luzern weitere Informationen finden Sie hier
• HSR Hochschule für Technik Rapperswil
• NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs
➜ www.sccer-eip.ch
• Université de Genève
12KTI – Energie für die Zukunft – 2017
«Studierende sollen am
SCCER viel lernen, mit diesem
Wissen in die Industrie gehen
und es dort umsetzen.»
Was ist Ihre Vision von der Energiezukunft im Jahr 2050? Prof. Dr. Philipp Rudolf von Rohr,
ETHZ, Institut für Verfahrenstechnik
Ich bin skeptisch, dass wir bis 2050 genug Ressourcen Philipp Rudolf von Rohr studierte an der
aus den Erneuerbaren holen. Viele unter uns reagieren ETHZ Verfahrenstechnik und promovierte
ebendort. Nach einem Aufenthalt am
erst, wenn sie am Abend den Fernseher abstellen MIT in Cambridge USA kehrte er als Ober
müssen. Deshalb ist es höchste Zeit, auf allen Ebenen assistent an die ETHZ zurück. Nach
einem Jahr trat er in ein mittelständisches
aktiv zu werden. Unternehmen ein, in dem er nach fünf
Jahren die Leitung übernahm. 1992
holte ihn die ETHZ als Professor zurück.
Wo sehen Sie Ihr SCCER auf dem Weg zu dieser Vision? Seine Forschungsthemen sind sehr
Studierende sollen am SCCER viel lernen, mit diesem vielseitig und reichen von Beschichtungs
verfahren über Mehrphasenphänomene
Wissen in die Industrie gehen und es dort umsetzen. bis hin zu Verfahren im Bereich Stoff
Unser SCCER bietet die Chance, solche Veränderungen wandlung von Holz. Aufbauend auf den
chemischen, biologischen und physikali
auf breiter Basis anzustossen. schen Grundlagen gelang es Rudolf von
Rohr, neue und effiziente Prozesse zu
entwickeln und mit der Industrie um
Auf welchen Erfolg Ihres SCCER sind Sie besonders stolz? zusetzen. Für die KTI und den nationalen
Darauf, dass wir in kurzer Zeit ein Team auf die Beine Forschungsrat evaluierte er zahlreiche
Forschungsanträge.
gestellt haben und uns auf Fragestellungen einigen
konnten, die von der KTI und von der Community
akzeptiert wurden. Und auf einige spezifische Projekte,
in denen wir bereits konkrete Einsparungen erzielen
konnten. Das möchten wir vervielfachen.
13Die SCCER in Kürze: FURIES
FURIES
FUtuRe SwIss Electrical
InfraStructure
Aktionsfeld Leading House Deputy Head
Netze und ihre Komponenten, École polytechnique fédérale Prof. Dr. Petr Korba, Zürcher
Energiesysteme de Lausanne (EPFL) Hochschule für Angewandte
Wissenschaften (ZHAW)
Head
Prof. Dr. Mario Paolone, Kontakt / Managing Director
EPFL, Distributed Electrical Georgios Sarantakos
Systems Laboratory georgios.sarantakos@epfl.ch
+41 (0)21 693 48 21
http://sccer-furies.epfl.ch
Diese Aufgaben hat
das SCCER übernommen
Stromnetze bestehen aus dem Übertragungsnetz und dem Das SCCER FURIES stattet die Netzbetreiber mit selbst
Verteilnetz. In der Schweiz ist Letzteres hoch komplex, gibt entwickelten Planungs-, Monitoring- und Steuerungsinstru
es doch rund 650 Betreiber von kleineren und grösseren menten aus. Diese ermöglichen ihnen, ihre Endkunden mit
Verteilnetzen. Im Vergleich zur Bevölkerung gehört dieser Strom von hoher Qualität zu beliefern, weil sie jederzeit
Wert zu den höchsten weltweit. Beim Übertragungsnetz über den Zustand ihres Netzes informiert sind und d ieses
herrschen hingegen klare Verhältnisse: Swissgrid ist als steuern können. Indem Fehlerquellen lokalisiert und Eng
nationale Netzgesellschaft alleinige Betreiberin. pässe beseitigt werden, können Stromausfälle verhindert
oder rascher behoben werden. Und schliesslich wird die
Lange Zeit konnten die Netzbetreiber von relativ vorher Eigenproduktion der Endkonsumenten durch Ausgleichs
sehbaren Betriebsbedingungen ausgehen. Der Bau, mechanismen erleichtert.
Ausbau und Betrieb der Infrastruktur richtete sich nach
langjährigen Erfahrungswerten. Heute ist die Energiewelt Die Forschung des SCCER erlaubt Swissgrid, die Expansion
komplizierter: Immer mehr Endverbraucher sind auch des Netzes zu optimieren, indem die räumliche Planung
Erzeuger von Energie, etwa mit eigenen Solarpanels. auf der Grundlage sozioökonomischer und ökologischer
Auch ist der Stromfluss bidirektional und stark schwankend, Faktoren erfolgt. Gleichzeitig kann Swissgrid dadurch
denn neue e rneuerbare Energiequellen wie Sonne und anhand der Kenntnisse über das Schweizer Energiesystem
Wind produzieren in Abhängigkeit von Wetter und Tages in idealer Weise mit dem europäischen Energiemarkt
zeit unregelmässig Strom. Das alles führt zu Instabilität interagieren. Alle diese Aktivitäten werden durch zusätzliche
und erschwert die Steuerung der Infrastruktur. Forschung auf der Ebene der Komponenten ergänzt, um
die Effizienz des Gesamtsystems zu maximieren.
Da immer mehr erneuerbare Energie dezentral produziert
wird, kommen auf die Netzbetreiber in Zukunft noch Mit den Technologien, welche das SCCER erforscht, können
grössere Herausforderungen zu. Es braucht geeignete die Netzbetreiber im vorgegebenen Rahmen des neuen
Technologien und Businesspläne, welche die Stabilität Energiesystems Ziele verfolgen, die mit ihren eigenen
und Effizienz des gesamten Stromnetzes gewährleisten. Ressourcen unerreichbar wären: Reduktion der Energie
kosten, Management der Netzkapazitäten, Erhöhung von
Flexibilität und Planbarkeit.
14KTI – Energie für die Zukunft – 2017
3. Renovhydro Simulation
simuliert Blackout
Dem ist das SCCER FURIES auf der Spur
RENOVHYDRO
Schwarzstarts ermöglichen
Nach einem Blackout müssen Kraft
werke unabhängig vom Stromnetz
wieder hochfahren können; typischer
weise erfolgt das bei allen Kraftwerks
typen mit Hilfe der Wasserkraftwerke.
Beim Hochfahren des Gesamtsystems
und der erneuten Versorgung der
Langstreckenleitungen mit Strom gibt
SCCER Furies Skizzen es mehrere kritische Phasen. Im Projekt
RENOVHydro entwickelt das SCCER
eine Software, die das Verhalten von
Kraftwerken repliziert und die Betreiber
mit Angaben zu Schwarzstartfähigkeit
1. Nano Tera:
undStromnetz überwachen
Netzregelung versorgt. Damit
können die Produzenten bei Bedarf
Kraftwerke nachrüsten.
Partner: SCCER SoE; Mitfinanzierung: KTI
3. Renovhydro Simulation
2. Commelec simuliert Blackout
COMMELEC NANO TERA
Stromnetze steuern Stromnetze überwachen
Ein Stromnetz mit viel erneuerbarer Energie ist sehr Ein Test-Stromnetz auf dem Gelände der EPFL zeigt die
volatil. Für mehr Stabilität können Vereinbarungen mit Herausforderungen, die Netzbetreiber heute bewältigen
Produzenten und Konsumenten sorgen, die zum Beispiel müssen: Die Produktion variiert sehr stark, je nach Wetter
Zeitfenster für die Nutzung, Speicherung oder Ein ist viel oder wenig Solarenergie ins Netz einzuspeisen,
speisung von Strom definieren. Mit Commelec wurde was die Zuverlässigkeit der Strombereitstellung beein
ein Steuerungssystem entwickelt, das die Akteure flusst. Für das Monitoring in Echtzeit hat das SCCER
anonymisiert und ihnen die Kommunikation in einer Sensoren und Phasenmessgeräte entwickelt. Die Services
gemeinsamen Sprache ermöglicht. Über diese Algo Industriels Lausanne (SIL) überwachen und steuern
rithmen kann das System Angebot und Nachfrage optimal nun das städtische Netz mit dieser an der EPFL erprobten
ins Netz integrieren und damit ohne grosse Investitio Technologie. In Rolle VD und Onnens VD wird das
nen für Z uverlässigkeit und Stabilität sorgen. Monitoring-System unter realen Bedingungen erprobt.
Partner: Romande Energie SA, Swissgrid AG; Mitfinanzierung: SNF Partner: EPFL; Mitfinanzierung: SNF
15Die SCCER in Kürze: FURIES
Fakten
Das trägt das SCCER FURIES
zur Energiestrategie
¹⁄ ³ des Stromverbrauchs 2050 bei
Gemäss Energiestrategie 2050 ist rund ein Drittel des
Stromverbrauchs von 2050 aus neuen erneuerbaren
Energien in die Netze zu integrieren. Um den Ausstieg aus der Kernenergie zu kompensieren,
will die Energiestrategie 2050 die neuen erneuerbaren
650 Netzbetreiber Energien (ohne Wasserkraft) bis 2020 um 4,4 TWh pro
Jahr und bis 2035 um 11,4 TWh pro Jahr ausbauen. Die
In keinem Land der Welt ist die Struktur der Verteilnetze 4,4 TWh entsprechen rund 45 Prozent der Produktion
komplexer als in der Schweiz, wo der Markt in rund des Kernkraftwerks Leibstadt.
650 Betreiber aufgesplittet ist.
➜ Das SCCER versorgt den Netzbetreiber Swissgrid und
110 Projekte die Energieversorger mit Planungs- und Steuerungs
instrumenten, um die unregelmässig produzierte erneuer
Führende Akteure der Schweizer Energie-Landschaft aus
bare Energie in die Übertragungs- und Verteilnetze zu
Wissenschaft, Industrie und öffentlicher Hand arbeiten
integrieren. Damit trägt das SCCER mit seiner Forschung
innerhalb des SCCER FURIES an 110 Projekten.
dazu bei, die nahtlose und nachhaltige Versorgung der
Schweizer Haushalte, Unternehmen und Gemeinden mit
4 Spin-offs Strom gemäss Energiestrategie 2050 sicherzustellen.
Neben der Gründung von 4 Spin-offs haben die Partner
des SCCER 6 Patente eingetragen sowie 44 Prototypen
➜ Mit Instrumenten zur umfassenden Vernetzung und
Steuerung von Produktion, Speicherung und Verbrauch
und Demonstratoren hervorgebracht.
ermöglicht das SCCER, dass die Kosten des Übertragungs-
und Verteilnetzes sinken. Das bringt dem Netzbetreiber
300 Publikationen Swissgrid und den Energieversorgern finanzielle Vorteile,
von denen auch die Endverbraucher profitieren werden.
Das SCCER zählt über 300 wissenschaftliche Publika
tionen und hat an Konferenzen über 200 Präsentationen
gehalten. ➜ Das SCCER informiert die Eidgenössische Elektrizitäts
kommission (ElCom) über die Ergebnisse seiner Forschung
und lässt sie auf ihre Kompatibilität mit der aktuellen
und zukünftigen Netzregulierung überprüfen. Die ElCom
nutzt diese Informationen im politischen Prozess, zum
Beispiel in der «Strategie Stromnetze» des Bundes.
Beteiligte Institutionen
• EPFL École polytechnique fédérale de Lausanne
(Leading House)
• BFH Berner Fachhochschule
• ETHZ Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
• FHNW Fachhochschule Nordwestschweiz
• HES-SO Haute École Spécialisée de Suisse occidentale
• HSLU Hochschule Luzern
• HSR Hochschule für Technik Rapperswil
• SUPSI Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana
• Università della Svizzera italiana
• ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften Unsere Innovation Roadmap und
• CSEM Centre Suisse d’Électronique et de Microtechnique* weitere Informationen finden Sie hier
• Universität Basel*
➜ http://sccer-furies.epfl.ch
* An SCCER beteiligte Hochschulen, keine Beitragsempfänger
16KTI – Energie für die Zukunft – 2017
«Wir haben die Zahl der
industriellen Partner fast
verdreifacht.»
Was ist Ihre Vision von der Energiezukunft im Jahr 2050? Prof. Dr. Mario Paolone,
EPFL, Distributed Electrical Systems
Unser Energiesystem wird voll dezentralisiert und Laboratory
entsprechend komplex sein. Denn im Energiebereich 1998 schloss Mario Paolone an der
Universität Bologna sein Studium als
erleben wir derzeit eine Revolution, wie sie in der Elektroingenieur ab, 2002 promovierte
Informatik mit dem Siegeszug des Internets erfolgte. er dort. Von 2005 bis 2011 arbeitete
er in Bologna als Assistenzprofessor für
Die Energiewelt wird 2050 eine völlig andere sein Energiesysteme. Seit 2011 ist Paolone
als heute. ausserordentlicher Professor an der EPFL
und leitet das Distributed Electrical
Systems Laboratory. Paolone ist Autor
Was fasziniert Sie am Thema Energie? und Ko-Autor von über 200 wissen
schaftlichen Veröffentlichungen in
Es ist eine der grössten Herausforderungen für die angesehenen Publikationen und interna
Menschheit. Finden wir keine adäquaten Antworten tionalen Konferenzen. Seine Forschung
betrifft das Echtzeit-Monitoring, den
auf den konstant zunehmenden Hunger nach Energie, Betrieb von Energieverteilungsnetz
wird unsere Welt kollabieren, und wir alle mit ihr. werken, die Integration von gespeicherter
Energieproduktion in Stromnetze
Diese Haltung vertrete ich nicht nur in der Forschung, sowie den Schutz und die Stabilität von
sondern auch im Unterricht. Energiesystemen.
Auf welchen Erfolg Ihres SCCER sind Sie besonders stolz?
Das Engagement der Industrie. Wir haben die Zahl der
industriellen Partner fast verdreifacht, heute machen
50 Unternehmen mit. Einige haben ihr Engagement sogar
verstärkt, sodass sie heute strategische Partner sind.
17Die SCCER in Kürze: HaE
HaE
Heat and Electricity Storage
Aktionsfeld Leading House Deputy Head
Speicherung Paul Scherrer Institut (PSI) Prof. Dr. Andreas Züttel,
École polytechnique fédérale
Head de Lausanne (EPFL)
Prof. Dr. Thomas Justus Schmidt,
PSI, Labor für Elektrochemie Kontakt / Managing Director
Dr. Jörg Roth
info@sccer-hae.ch
+41 (0)56 310 20 92
www.sccer-hae.ch
Diese Aufgaben hat
das SCCER übernommen
Mit der stärkeren Verbreitung der erneuerbaren Energie Fokus der Arbeiten liegt sowohl auf klassischen L ösungen,
quellen gewinnt die Speicherung von Elektrizität und wie der Weiterentwicklung von Batteriespeichern und
Wärme immer mehr an Bedeutung. Um das Stromnetz zu Wärmespeicherung, als auch auf nicht etablierten Speicher
stabilisieren, braucht es kurzfristig Kapazitäten für die lösungen, wie der Umwandlung von Strom in Brennstoffe,
zeitlich begrenzte Stromspeicherung. Langfristig sind beispielsweise Wasserstoff oder Methanol.
saisonale Speicher gefragt, die Energie vom Sommer- ins
Winterhalbjahr verschieben. Das SCCER HaE entwickelt Wärme ist neben Elektrizität eine der am häufigsten benö
Speichertechnologien für Wärme und Strom und zeigt tigten Energieformen. In modernen Industriegesellschaften
über eine Modellierung des Energiesystems auf, welche werden rund 50 Prozent der Primärenergieträger zur
Speicheroption sinnvoll und ökonomisch interessant und Erzeugung von Wärme (Raumheizung, Brauchwasser,
welche weniger sinnvoll und technisch limitiert ist. Prozesswärme) eingesetzt. Ein verantwortungsvoller
Umgang mit Energie darf folglich den Bereich Wärme nicht
Im Moment ist der Speicherbedarf nicht sehr gross, weil vernachlässigen.
das Ausweichen auf andere Lösungen günstiger zu stehen
kommt als das Speichern. In Deutschland werden Wind Zusammen mit Industriepartnern erarbeitet das SCCER
räder zum Beispiel in grossem Ausmass abgeregelt, wenn relevante Fragestellungen, entwickelt die Instrumente und
zu viel Strom auf dem Markt ist. Ändern sich die ökono Methoden zur Evaluation von Technologien und erstellt
mischen Rahmenbedingungen, kann sich dies aber schnell Demonstratoren und Prototypen für evaluierte neue
ändern. Technologien. Ein Beispiel dafür ist die mit dem SCCER
BIOSWEET am PSI realisierte Versuchsplattform ESI (Energy
Weil heute offen ist, welche Speichertechnologien der Markt System Integration), auf welcher vielversprechende
dereinst benötigen wird, ist die Forschung und Entwick Lösungsansätze in ihren komplexen Zusammenhängen
lung sehr breit angelegt und auf fünf Bereiche verteilt: und zusammen mit Industriepartnern getestet werden
Batteriespeicher, Wärmespeicher, Wasserstoff, synthetische können. Eine neue Besucherstation soll ESI einem breiten
Brennstoffe und Integration der Speichertechnologien. Der Publikum näherbringen.
18KTI – Energie für die Zukunft – 2017
2. Effiziente Stromspeicher zur
Netzstabilisierung
Dem ist das SCCER HaE auf der Spur
NATRIUM-IONEN-BATTERIEN
Effiziente Stromspeicher zur
Netzstabilisierung
Batterien sind die effizientesten, aber
auch teuersten Stromspeicher, weshalb
sie b esonders als Kurzzeitspeicher
geeignet sind. Lithium-Ionen-Batterien
haben sehr hohe Energiedichten und
sind für Anwendungen bei tragbaren
Geräten wie Handys prädestiniert.
Für die stationäre Stromspeicherung
zur Netzstabilisierung sind Natrium-
Ionen-Batterien eine interessante
Alternative. Das SCCER hat die n ötigen
Materialeigenschaften der Natrium-
Ionen-Batterie erarbeitet und eine
erste E inzelzelle aus kostengünstigen
Materialien im Labor aufgebaut.
Partner: PSI, ETHZ; Mitfinanzierung: KTI
zur 3. Attraktiver synthetischer
Energieträger
ADIABATE DRUCKLUFTSPEICHERUNG
Wärme speichern und in Strom umwandeln
Pumpspeicher sind seit über 100 Jahren Stand der Technik,
ER HaE Skizzen die lohnendsten Standorte sind erschlossen. Da Pump
speicher sehr geringe Speicherverluste und ein günstiges
Kostenprofil haben, werden Alternativen mit ähnlichem
Profil gesucht, etwa die adiabate Druckluftspeicherung.
Beim Speichern
1. Wärme von und
speichern Energie als verwandeln
in Strom komprimierte Luft 2. Effiziente Stromspeicher zur
entsteht zusätzlich Wärme, die separat gespeichert Netzstabilisierung
und bei Bedarf über einen Turbinen-Generator in Strom
umgewandelt wird. Innerhalb des SCCER wurde der
wohl weltweit erste adiabate Druckluftspeicher in einem
ungenutzten Tunnel entwickelt.
Partner: ETHZ, EPFL, SUPSI, Alacaes SA; Mitfinanzierung: SNF (NFP 70)
ELEKTROCHEMISCHE CO 2 -UMWANDLUNG
Attraktiver synthetischer Energieträger
Erneuerbare Elektrizität, die es im Sommer im Über
schuss gibt, lässt sich in eine flüssige oder gasförmige
Substanz umwandeln und speichern. Die Effizienz der
Umwandlung ist zwar gering im Vergleich zu Batterien
oder W asserkraft, aber der synthetische Energieträger
ist attraktiv, da er in der Handhabung und Energiedichte
gleich wie fossile Treibstoffe ist, die in der Mobilität
oder Chemie eingesetzt werden. Dem SCCER gelang der
Nachweis der Machbarkeit einer direkten elektroche
mischen Umwandlung, in der zweiten Phase wird daraus
ein Prototyp im 1-kW-Massstab entwickelt.
Partner: PSI, ETHZ, Universität Bern
19Die SCCER in Kürze: HaE
Fakten
Das trägt das SCCER HaE
zur Energiestrategie
4722,3 GWh 2050 bei
So viel Strom ging 2016 in Deutschland aufgrund fehlen
der Energiespeicher und Netzkapazität v erloren. Dies
entspricht ca. 165 Millionen Euro. Mit dadurch ausgelösten Die Deckungslücke beim Strombedarf soll gemäss Energie
Ausfallzahlungen von 314,8 Millionen Euro entstand ein strategie 2050 durch erneuerbare Energien gedeckt
Gesamtverlust von ca. 480 Millionen Euro, die man in werden. Damit dies möglich ist, braucht es Speicher,
Speicher- und Netztechnologien hätte investieren können. die zum Beispiel nachts oder im Sommer produzierte
Energie für den Tag oder den Winter bereitstellen.
30 % Frauen ➜ Das SCCER entwickelt Speichertechnologien, die
3 von 10 Forschenden am SCCER HaE sind weiblich. v erschiedene voneinander unabhängige Energiesektoren
Unter den Senior Researchers sind sogar 55 Prozent miteinander verknüpfen, was dem Umbau des Energie
Frauen, bei den Postdoktorierenden sind es 50 Prozent. systems der Schweiz die nötige Flexibilität verleiht.
43 Wirtschaftspartner ➜ Das SCCER erarbeitet ein breites Portfolio an mögli
chen Speichertechnologien und erhofft sich, damit einen
Das SCCER ist sehr stark mit der Industrie vernetzt wesentlichen Beitrag zur Deckung des Energiebedarfs
und arbeitet mit 43 Wirtschaftspartnern zusammen, aus fluktuierenden erneuerbaren Quellen im Jahre 2050
von grossen Konzernen über KMU bis zu Verbänden. leisten zu können.
13 Mio. CHF ➜ Am SCCER entwickelte Speichertechnologien schaf
fen die Grundlagen dafür, dass bestimmte Energiedienst
2016 wurden im Rahmen des SCCER Projekte im Umfang
leistungen am Markt überhaupt eine Chance haben.
von rund 13 Millionen Franken realisiert.
Die Zwischenspeicherung etwa eröffnet heute noch wenig
genutzten Technologien enorm viele Möglichkeiten.
➜ Um vorhandene oder neue Technologien zu testen,
erstellt das SCCER Prototypen-Anlagen. Auf der Versuchs
plattform ESI (Energy System Integration) kombiniert
HaE zusammen mit dem SCCER BIOSWEET zum Beispiel
bestehende Technologien, welche allein den Durchbruch
Beteiligte Institutionen nicht geschafft haben, mit anderen, sodass im Bereich
Speicherung und Biomasse potenziell relevante Lösungen
• PSI Paul Scherrer Institut (Leading House) für die Industrie entstehen.
• BFH Berner Fachhochschule
• Empa Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt ➜ Und schliesslich publizieren Arbeitsgruppen aus den
• EPFL École polytechnique fédérale de Lausanne unterschiedlichen Projekten ihre Ergebnisse, etwa in
• ETHZ Eidgenössische Technische Hochschule Zürich White Papers, und stellen diese Industrie und Forschung
• FHNW Fachhochschule Nordwestschweiz zur Verfügung, aktuell zum Thema Power-to-Gas.
• HSLU Hochschule Luzern
• HSR Hochschule für Technik Rapperswil
• SUPSI Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana
• Universität Bern
• Université de Fribourg
• Université de Genève
• HEIG-VD Haute École d’Ingénierie et de Gestion du
Canton de Vaud*
• HES-SO Haute École Spécialisée de Suisse occidentale* Unsere Innovation Roadmap und
• NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs* weitere Informationen finden Sie hier
• ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften*
➜ www.sccer-hae.ch
* An SCCER beteiligte Hochschulen, keine Beitragsempfänger
20KTI – Energie für die Zukunft – 2017
«Strom und Wärme, die
produziert werden können,
sollen auch genutzt werden.»
Was ist Ihre Vision von der Energiezukunft im Jahr 2050? Prof. Dr. Thomas J. Schmidt,
PSI, Labor für Elektrochemie
2050 werden die Energiesysteme stark dekarbonisiert Thomas J. Schmidt schloss 1996 sein
sein, weil wir fast ausschliesslich erneuerbare Energien Studium in Chemie an der Universität
in Ulm ab und promovierte dort im
nutzen. Damit wird das Klimasystem für die weitere Jahr 2000. Als Postdoktorand arbeitete
Zukunft stabilisiert. er am Lawrence Berkeley National
Laboratory in den USA und am PSI.
Danach war Schmidt acht Jahre in der
Wo sehen Sie Ihr SCCER auf dem Weg zu dieser Vision? chemischen Industrie tätig, zuletzt
als Direktor für Forschung und Entwick
Strom und Wärme, die produziert werden können, lung bei BASF Fuel Cells, bevor er im
sollen auch genutzt werden. Wir tragen dazu bei, dass Februar 2011 gleichzeitig zum Professor
für Elektrochemie an der ETHZ und
wir erneuerbare Energie, speziell aus Wind und Sonne, zum Leiter des Labors für Elektrochemie
vollständig nutzen können, indem wir Speicher zur am PSI ernannt wurde.
Verfügung stellen.
Was fasziniert Sie am Thema Energie?
Energie und Energieforschung sind technische Themen,
die gleichzeitig sehr politisch sind. Mich fasziniert
es, einen Beitrag zu leisten, der beide Seiten sinnvoll
zusammenbringt.
21Die SCCER-Landschaft in der Schweiz
23 Forschungsinstitutionen*
aus der ganzen Schweiz
UniBAS
sind an den SCCER beteiligt.
5 davon sind als Leading
Houses tätig. Somit arbeiten
Hochschulen und Forschungs
institute aus dem ETH-Bereich, HES-SO
Universitäten und Fachhoch-
schulen eng zusammen.
ETHZ / EPFL
* Beitragsempfänger
Universitäten
UniNE
UniBE BFH
Fachhochschulen
UniBAS
Forschungszentren UniFR
Leading Houses HES-SO
ETHZ / EPFL
EPFL UniL
Universitäten
UniBAS
UniNE
UniBE BFH
Fachhochschulen
UniGE
Forschungszentren ETHZ / EPFL UniFR HES-SO
ETHZ Houses
Leading / EPFL Universitäten
Leading Houses
Universitäten Fachhochschulen
EPFL UniL
UniNE
UniBE BFH
Fachhochschulen Forschungszentren
Fachhochschulen Forschungsinstitute (ETH-Bereich)
BFH Berner Fachhochschule
Forschungszentren Eawag Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung
FHNW Fachhochschule Nordwestschweiz Leading Houses UniFR
und Gewässerschutz
HES-SO Haute École Spécialisée de Suisse occidentale Empa Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
UniGE
HSLU Hochschule Luzern PSI Paul Scherrer Institut
Leading
HSR Hochschule Houses
für Technik Rapperswil WSL Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft
NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs EPFL UniL
SUPSI Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana
ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
EPFL UniLKTI – Energie für die Zukunft – 2017
PSI
FHNW UniSG
ETHZ Eawag Empa ZHAW
WSL HSR
NTB
HSLU UniLU
UniBAS
SUPSI
USI
ETHZ / EPFL HES-SO
ETHZ / EPFL Universitäten
Eidg. Technische Hochschulen Universitäten
Universitäten
EPFL École polytechnique fédérale de Lausanne Fachhochschulen
Universität Basel Universität Luzern
ETHZ Eidgenössische Technische Hochschule Zürich Universität Bern Université de Neuchâtel
Université de FribourgUniNE Universität St. Gallen
Université de Genève UniBEitaliana
Università della Svizzera BFH
Fachhochschulen Forschungszentren
Université de Lausanne
Forschungszentren Leading HousesUniFRDie SCCER in Kürze: SoE
SoE
Supply of Electricity
Aktionsfeld Leading House Deputy Head
Strombereitstellung Eidgenössische Technische Prof. Dr. François Avellan,
Hochschule Zürich (ETHZ) École polytechnique fédérale
de Lausanne (EPFL)
Head
Prof. Dr. Domenico Giardini, Kontakt / Managing Director
ETHZ, Institut für Geophysik Dr. Gianfranco Guidati
gianfranco.guidati@sccer-soe.ethz.ch
+41 (0)44 632 31 60
www.sccer-soe.ch
Diese Aufgaben hat
das SCCER übernommen
Das SCCER SoE befasst sich mit der Zukunftsenergie Geo Die Wasserkraft ist heute kaum mehr rentabel und der
thermie und der bekannten Energie Wasserkraft. Es Umweltschutz schränkt die Produktion weiter ein, deshalb
erforscht, ob es möglich ist, mit Tiefengeothermie 5 bis scheut die Industrie grosse Investitionen. Damit die wich
10 Prozent der benötigten Elektrizität in der Schweiz sicher tigste erneuerbare Energie der Schweiz auch in Zukunft
und zu konkurrenzfähigen Preisen zu generieren. Das ihre Bedeutung behält, arbeitet das SCEER mit Unternehmen
SCCER prüft, ob mittels CO2-Speicherung Elektrizität aus an der Optimierung von Turbinen sowie an der Entwicklung
fossilen Energiequellen nahezu klimaneutral erzeugt werden neuer Technologien für die Kleinwasserkraft. Wichtige
kann. Und es untersucht, wie und mit welchen Kosten die Themen sind zudem die Vorhersage der Wassermengen
Leistung von Wasserkraftwerken um 9 Prozent erhöht und unter Berücksichtigung des Klimawandels, das Potenzial
gleichzeitig der Strom flexibler produziert werden kann. künftiger Gletscherseen und die optimale Sedimentbewirt
Dazu arbeitet es eng mit der Industrie und den Bundes schaftung in Stauseen. Um Entwicklungen abzuschätzen,
ämtern zusammen. greift das SCCER zu Simulationsmodellen und berücksichtigt
dabei ökologische und sozioökonomische Ziele wie die
In der Geothermie arbeiten die Forschenden an einem fun Minimierung der negativen Auswirkungen auf die Umwelt.
dierten Verständnis der Prozesse beim Aufbrechen des
Gesteins zur Erschliessung von Tiefengeothermie-Reservoiren. Schliesslich betrachtet das SCCER die Energieversorgung
Dabei soll einerseits durch das Einpressen von Wasser ein der Schweiz ganzheitlich. Es vergleicht alle relevanten
grossflächiges Risssystem erzeugt werden, das als Wärme Stromproduktionstechnologien im Hinblick auf Potenziale,
tauscher dient. Andererseits soll die Wärmeextraktion aus Kosten und Umweltverträglichkeit und analysiert Strom
heissem Gestein in einigen Kilometern Tiefe effizienter szenarien mittels energie-ökonomischer Modelle. Zudem
erfolgen. Bis 2025 will das SCCER mit der Industrie eine untersucht es die Themen Risiko, Sicherheit und gesell
Reihe von innovativen Technologien zur Reife bringen, um schaftliche Akzeptanz.
sie zu implementieren. Zudem müssen die Kosten der
heute sehr teuren Bohrungen gesenkt werden, um eine
zukünftige Energienutzung rentabel zu machen.
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