Herausforderungen der Energieversorgung Schweiz - Lino Guzzella InfraWatt GV, Kursaal Bern - 15. Juni 2021, 30 Minuten
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Lino Guzzella
Herausforderungen der Energieversorgung Schweiz
InfraWatt GV, Kursaal Bern – 15. Juni 2021, 30 Minuten
| |
Weltbevölkerung – UN Vorhersage
| 2 |
UN Ziele für eine nachhaltige Entwicklung Quelle: /www.un-page.org | 3 |
Weltweit eingesetzte Energieträger (TWh/Jahr)
| 4 |
CO2 Emissionen (Energie & Industrie)
30.109 t / Jahr
20.109 t / Jahr
10.109 t / Jahr
Quelle: Our World in Data, Global Carbon Project (2021)
| 5 |
Herkunft CO2-eq Emissionen 2016 (total 49.4 Gt/Jahr)
| 6 |
CO2 Konzentration in der Atmosphäre Quelle: https://www.esrl.noaa.gov (2021) | 7 |
Entwicklung globale Temperatur
| 8 |
Koordinierte Energieforschung des Bundes (SCCER)
CREST (8 Partner) EIP (6)
Competence Center for
PSI Efficiency of Industrial
Uni Basel 1
Research in Energy, 2 ETH Zurich HSG Processes
Society and Transition
FHNW
3 1 Empa
HES-SO EAWAG
SoE (15)
ZHAW
H&ES (12) WSL HSR Supply of Electricity
NTB
Heat & Electricity Storage: HSLU
BFH
Materials, Systems and UniNE
UniLU Mobility (10)
Modelling Efficient Technologies
UniBE
and Systems for Mobility
UniFR
BIOSWEET (10)
BIOmass for SWiss FEEB&D (6)
EnErgy fuTure
1 EPFL Future Energy Efficient
UniL
Buildings and Districts
FURIES (10)
Future Swiss UniGE SUPSI
Electrical Infrastructure
USI
Quelle: Innosuisse | 9 |
Nur ökonomisch sinnvolle Lösungen sind wirksam
US$ 1’000’000’000’000 US$ 1’000’000’000’000
Quelle: Economist, 2021 und Goldman Sachs
| 10 |Vorausgesagte Erwärmung Schweiz – Zwei Szenarien
RCP 2.6 RCP 8.5
Quelle: IPCC WG1 SPM Fig. SPM.8, Zubler et al., 2014 | 11 |In der Schweiz eingesetzte Energieträger
TWh/Jahr 220
Strom = 57 TWhe
165
Wärme = 64 TWhth
110 Mobilität = 78 TWhth
55 (Welt 160’000 TWh)
Quelle: Gesamtenergiestatistik, BfE, 2019 | 12 |ZIEL NETTO NULL 2050 - BEDEUTENDE ROLLE DER ARA UND KVA
Ergebnisse "Wärmeinitiative Schweiz"
• Wärmebedarf 2050: total 80 TWh/a
Raumwärme 60 TWh/a, Prozesswärme 20 TWh/a
• Steigende Bedeutung von Wärmenetzen:
heute 8% auf 27% bis 2050 (22 TWh/a)
• Potenzial (biv.): Angebot genutzt nutzbar
Abwasserwärme 7.5 0.1 6.9 TWh/a
KVA-Abwärme 6.8 2.0 6.3 TWh/a
• Potenzial entspricht Deckungsanteil CH:
Total Wärme 16% (1/6) Quelle: Wärmeinitiative Schweiz, 2020
Raumwärme 22% (1/5)
Wärmenetze 61% (2/3)
Folie 13 | |Elektrifizierung der Schweiz
Wärme
Wärmedämmung - 32 TWhth (Sanierung aller Gebäude ergibt - 50% Bedarf)
Gas- und Öl-Brenner durch Wärmepumpen ersetzen, ca. + 9 TWhe (COP=3.5)
Elektroheizungen abstellen, ca. - 3 TWhe
Mobilität
Elektromobile 20 TWh (6.3 Mio. Autos, 16’000 km/Jahr, 20 kWh/100 km)
Total zusätzlich 26 TWh
| | 14Stromversorgung Schweiz – Jahresbetrachtung Prognosen
16 TWh/Jahr
8 TWh/Jahr
34TWh/Jahr
| 15 |
Quelle: Szenarienrechnungen Ecoplan, TEP, Infras und Prognos, 2021Produktion und Leistung Wasserkraft
Total Produktion 36.7 TWh
36.7 TWh/Jahr
15.5 GWp Installierte Leistung 15.5 GWp
Davon 3.5 GWp PSP-KW
Davon 3 GWp in LW-KW
Rest SSP-KW und Kleinanlagen
Lastfaktor 36.7 TWh/135.7 TWh = 0.27
1910 2020
Quelle: https://www.bfe.admin.ch/bfe/de/home/versorgung/statistik-und-geodaten/energiestatistiken/elektrizitaetsstatistik.html/ | 16 |Saisonale Speicherung Wasserkraft
100% = 9 TWh
10% = 0.9 TWh
Quelle: https://www.bfe.admin.ch/bfe/de/home/versorgung/statistik-und-geodaten/energiestatistiken/elektrizitaetsstatistik.html/ | 17 |Potenzial Ausbau bestehende Wasserkraftwerke Total ca. 2.3 TWh/Jahr Quelle: Robert Boes, ETH Zürich, 2019 | | 18
Photovoltaik Schweiz – Monatsbetrachtung
Quelle: Eigenmessungen, Standort St Gallen
| 19 |Stromversorgung Schweiz – Energie und Leistung von PV
34TWh/Jahr PV-Anlagen CH, Jahr 2020:
Installierte Leistung 2.9 GWp
Generierte Elektrische Energie 2.75 TWh/Jahr
Lastfaktor 2’750 GWh/(2.9 GW x 365 x 24 h) = 0.11
Quelle: Swissolar, Faktenblatt, 2021
PV-Anlagen CH, Prognosejahr 2050:
Zu generierende Elektrische Energie 34 TWh/Jahr
Dafür benötigte installierte Leistung 36 GWp
Quelle: Szenarienrechnungen Ecoplan, TEP, Infras und Prognos, 2021
| 20 |Saisonale Unterschiede
• Im Sommer 2050 PV-Leistung zu Spitzenzeiten 36 GW
• Im Sommer 2050 mittlerer Bedarf (heute 6.5 GW):
8.0 GW Strom + 0.5 GW Wärme + 1.5 GW E-Mobilität = 10 GW
• Reduktion Wasserkraft auf 0 GW (Laufwasserkraftwerke?)
• Tagesspeicherung (Batterien, Pumpspeicherkraftwerke), Annahme 10 GW (120 GWh/Tag)
• Was passiert mit den restlichen 16 GW?
• Export? Ausland hat die gleiche Situation …
• Abregeln durch Leistungselektronik? Das reduziert Jahresertrag …
• Saisonale Speicherung?
| 21 |Grosse Batteriespeicher
Quelle: Axpo, 2010
Quelle: https://www.ekz.ch/de/ueber-ekz/newsroom/medienmitteilungen-2018 | 22 |Abschätzung Kosten Batteriespeicher
▪ Kosten 6 Mio. CHF
▪ Leistung 18 MWp
▪ Gespeicherte Energie 7.5 MWh
▪ Masse 150 t
▪ Fläche 450 m2
-» Annahme saisonaler Speicherbedarf von 4 TWh (Sommer Winter)
-» Ergibt 530’000 Anlagen
-» Kosten 3’200 Mia. CHF
-» Flächenbedarf 240 km2 (30’000 Stade de Suisse)
Alle Angaben mit aus: https://www.ekz.ch/de/ueber-ekz/newsroom/medienmitteilungen-2018
| 23 |Pumpspeicher-Kraftwerke
| 24 |
Quelle: https://www.axpo.com/psw-limmern.htmlAbschätzung Kosten Pumpspeicher-Kraftwerke (PS-KW)
▪ Kosten Linth-Limmern (LL) PS-KW: 2.1 Mia. CHF1)
▪ Pumpen und Turbinen Leistung 1 GWp
▪ Energie LL = m . g . Dh = 39 GWh
-» Kapazität = 4 TWh sind ca. 100 LL (alle Stauseen in der CH ca. 9 TWh2))
-» Pumpleistung = 8 GW, 8 Pumpen LL (vor Speicher)
-» Turbinenleistung = 1.8 GW, 2 Turbinen LL
-» Kosten im Bereich von einigen 100 Mia. CHF
-» Eingriffe in eine sensible Natur und Landschaft
Quellen: 1) Alle Angaben mit aus: https://www.axpo.com/psw-limmern.html
2) https://www.axpo.com/ch/de/ueber-uns/magazin.detail.html/magazin/erneuerbare-energien
| 25 |Lokale Speicherung mit H2
H2
F
H2: Wasserstofftank C
≈
FC: Brennstoffzelle W
EL: Elektrolyseur =
E W
W: Wärmespeicher
L P
WP: Wärmepumpe
Quelle: T. Auckenthaler, IDSC-ETH und aimotronix, 2021 | 26 |Fallstudie EFH-Siedlung
▪ 23 Einfamilienhäuser in St. Gallen
▪ Baujahr 2007
▪ Durchschnitt Stromverbrauch: ca. 80% mehr als CH-Durchschnitt
▪ Durchschnitt Heizenergiebedarf: ca. doppelt so hoch wie Minergie-P Standard
▪ Mehrheit der Häuser mit Gasheizung
▪ Fahrleistung Autos: ca. 20’000 km/Jahr (pro Haushalt)
| 27 |Fallstudie EFH-Siedlung – Energiezentrale
Photovoltaik-Anlage Wasserstoffspeicher
Benötigte Dachfläche ohne Fahrzeuge 2070 m2 Benötigter Speicher: rund 20% des gesamten
Verbrauchs
Benötigte Dachfläche mit Fahrzeugen 2870 m2
→ 3070 kg Wasserstoff ohne E-Mobile
Nutzbare Dachfläche 1500 m2
→ 3700 kg Wasserstoff mit E-Mobile
Für eine Realisierung müssten auch Fassaden-
flächen genutzt werden! → 4-5 Tanks: 50m Länge, 2.7m Durchmesser, 30 bar
Benötigte Fläche (ohne Auto)
Zusätzliche
Fläche
Verfügbare Fläche
für Auto
2.70 m
50 m | 28 |Fallstudie EFH-Siedlung – Investitionskosten ohne Fahrzeuge
PV-Anlage, Batterie, Wasserstoff-Elektrolyse, -Brennstoffzelle, -Tanks):
Strombedarf
3.1 Mio. CHF, entspricht ca. 0.5 CHF/kWh auf 25 Jahre
→Kosten für die Wärmeerzeugung und Verteilung in der Überbauung
(ca. 0.8 Mio Fr.) und den Aushub und Installation Wasserstofftanks
(ca. 0.5 Mio.), Wartung, Zinsen nicht inbegriffen. Netzanschluss?
→In den nächsten 5 Jahren ist mit einem Preisreduktion
der Investitionskosten von ca. 30% zu rechnen
Kosten 2021 Kosten 2025
Haushalt
Wärmepumpe
Photovoltaik Fahrzeug
Batterie
Elektrolyseur und Brennstoffzelle
Wasserstofftank
| 29 |Bio-Masse Schweiz
Kann Bandenergie oder Spitzenenergie liefern
Bedarf thermische Kraftwerke (WKK, ARA, …)
Heute genutzt 14 TWh, weiter 12 TWh nutzbar.1)
Umwandlung von 12 TWh zu Elektrizität mit 30% Wirkungsgrad, zusätzliche 4 TWhe
1) Oliver Thees, et al., Biomassenpotenziale der Schweiz für die energetische Nutzung, WSL Report
| | 30"Persönlichkeiten werden nicht durch schöne Reden geformt, sondern durch Arbeit und eigene Leistung”
Albert Einstein
Merci für Ihre Aufmerksamkeit!
Folien guzzella@mac.com
| 31 |Sie können auch lesen
