Intelligente Netze und Speicher - Energienetze wachsen zusammen - aee Suisse
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Dachorganisation der Wirtschaft für erneuerbare Energien und Energieeffizienz Intelligente Netze und Speicher Energienetze wachsen zusammen Die Energiewende geschieht nicht nur in den Kraftwerken, mit denen wir Strom und Wärme erzeugen, sondern auch auf dem Weg von den Kraftwerken zur heimischen Steckdose. Energienetze mit intelligenter Steuerungstechnik und leistungsfähigen Speichern verhelfen den erneuerbaren Energien zum Durchbruch. Die Konvergenz der Energienetze ist die Leitidee auf dem Weg in eine nachhaltige Energieversorgung. In Zusammenarbeit mit
Dachorganisation der Wirtschaft für erneuerbare Energien und Energieeffizienz 2 | 3
• Energienetze Unsere Welt wird nicht nur immer komplexer, sie das Wissen, um von der Produktion bis zum Ver-
wachsen zu einem neuen Energiesystem zusammen. 4 wird auch immer vernetzter: im Verkehr, in der brauch den Umgang mit Energie intelligenter zu
• Dezentrale Produktion Kommunikation und eben in der Energieversor- machen und den Anteil fossil-nuklearer Energie-
schafft eine sichere, zuverlässige und breit abgestützte Energieversorgung. 6
gung. Wie vernetzt sie schon heute ist und wie ab- träger massiv zu reduzieren. Und laufend kom-
• Netzkonvergenz
verknüpft die Energienetze von Städten und Gemeinden zu einem integrierten Ganzen. 8
hängig wir von diesen Netzen sind, wird uns meist men neue Verfahren dazu. Dafür werden wir eine
erst dann bewusst, wenn eines – wenn auch nur Energieversorgung erhalten, die die Bezeichnung
• Lokale Smart Grids
sind die ideale Ergänzung zur dezentralen Energieproduktion. 10 für kurze Zeit – seinen Dienst verweigert. «System» verdient. Noch halten wir viele lose
• Intelligente Netzsteuerung Enden in der Hand. Doch der Umbau zu einem
macht aus einem Kühlhaus auch eine Batterie. 12 Mit dem beschlossenen Umbau unseres Energie- durchgängigen, intelligenten Energiesystem hat
• Intelligente Stromzähler systems geraten nun auch Energienetze und -spei- bereits begonnen. Das beweisen zahlreiche rich-
helfen, Energie zu sparen und erneuerbaren Strom bewusst zu nutzen. 14 cher verstärkt in den Fokus. Sie müssen mit neuer tungsweisende Vorhaben zum Zusammenwach-
• Power-to-Gas Technologie und viel Geld leistungsfähiger und sen von Elektrizitäts-, Gas-, Wärme- und auch
macht Wind- und Solarstrom jederzeit verfügbar. 16
flexibler gemacht werden, um mit den künftigen Telekommunikationsnetzen und zur Speicherung
• Fernwärmenetze
sichern die Versorgung mit erneuerbarer Wärme. 18
Anforderungen Schritt zu halten. von Energie.
• Moderne Stromnetze
sind eine Voraussetzung für den Umbau des Energiesystems. 20 Eine, jedoch keineswegs die einzige, Anforderung Um diesen Schritt zu machen, braucht es ausser
• Acht Modernisierungs- und Ausbauprojekte ist der wachsende Anteil erneuerbarer, dezent- viel Geld und Know-how vor allem eines: Verständ-
leisten einen Beitrag zur Sicherung der schweizweiten Stromversorgung. 22 ral erzeugter und zunehmend auch vor Ort ver- nis und Akzeptanz für die Notwendigkeit und den
• Pumpspeicherkraftwerke brauchter Energie. Wie viel Geld für die Moderni- besten Weg, um dieses neue Energiesystem zügig
können ein neues Geschäftsmodell als grüne Batterie Europas sein. 24 sierung der Netze erforderlich ist, dafür werden und mit grösstmöglicher Rücksicht auf die Inte-
• Batteriespeicher unterschiedliche Zahlen umhergereicht. Es ist ressen der Menschen und der Umwelt verwirk-
entlasten die Stromnetze. 26
eine Herausforderung nicht nur für die Schweiz, lichen zu können. Entsprechend muss nicht nur
• Neue Speichertechnologien
speichern erneuerbare Energien über kurz oder lang. 28
sondern für ganz Europa und die restliche indu- unser Energiesystem intelligent werden, sondern
strialisierte Welt, das Energiesystem für die Zu- auch unser Umgang mit Energie. Die AEE SUISSE
• Transnationale Netze
sind die Basis für eine nachhaltige Energieversorgung in Europa. 30 kunft fit und für Mensch und Umwelt verträglich wird diesen Umbau konstruktiv begleiten.
• Ausbaukosten zu machen.
für leistungsfähige Netze sinken dank innovativer Technologien. 32
• Genehmigungs- und Bewilligungsverfahren Doch zunehmend setzt sich die Einsicht durch,
werden für den Umbau des Energiesystems beschleunigt. 34 dass wir auch beim notwendigen Netzumbau
nicht in den alten Mustern denken dürfen. Schon Christoph Rutschmann
Herausgeber:
AEE SUISSE Dachorganisation der Wirtschaft für erneuerbare Energien und Energieeffizienz
heute verfügen wir über die Technologien und Präsident AEE SUISSE
Falkenplatz 11, Postfach, 3001 Bern, www.aeesuisse.ch
Text und Gestaltung: cR Kommunikation AG unter Mitarbeit von Dr. Vogel Kommunikation
Stand: November 2013
Titelbild: Die Transportkapazität von Hochspannungsleitungen kann optimiert werden, wenn ihr Betrieb auf das aktuelle Wetter
(Temperatur, Wind, Sonneneinstrahlung usw.) abgestimmt wird. Im Rahmen des Forschungsprojekts «Optimierung des Betriebs
von Freileitungen aus meteorologischer Sicht» installieren Monteure am Messstandort Mittelplatten der Lukmanier-Leitung den
Ausleger mit meteorologischen Messgeräten. Foto: U. Steinegger, Meteodat GmbH
Sämtliche Angaben wurden mit grösstmöglicher Sorgfalt erarbeitet und überprüft. Dennoch lassen sich in einer derart
komplexen und sich rasch entwickelnden Materie Fehler nicht gänzlich vermeiden. In einem solchen Fall bitten wir um Verständnis
und um einen Hinweis.
Diese Broschüre wurde möglich dank der Unterstützung von EnergieSchweiz, Industrielle Werke Basel IWB, Regio Energie
Solothurn, Schweizerischer Städteverband, Swisspower AG und Verband der Schweizerischen Gasindustrie (VSG).
Dachorganisation der Wirtschaft für erneuerbare Energien und Energieeffizienz 4 | 5
Energienetze
wachsen zu einem neuen Energiesystem zusammen.
Eine zukunftsgerichtete Energieversorgung hier Querverbundunternehmen das Strom-, Gas-
braucht intelligente Netze und neue Energie- und Wärmenetz, einige auch die Wasserversor-
speicher. Zu diesem Zweck wachsen Strom-, gung und die Entsorgung. In vielen Schweizer
Wärme- und Gasnetze in Städten und Gemeinden Städten entstehen zurzeit zudem leistungs-
mehr und mehr zusammen. Das Zauberwort fähige Glasfasernetze, die den Stadt- und Ge-
lautet: Konvergenz. meindewerken ein Mittel zur Steuerung der
Energienetze in die Hand geben. Die einzelnen
Wer ein Elektrovelo hat, kennt die Situation: Die Energie- und Kommunikationsnetze sind in al-
Strasse steigt an, die Muskeln stossen an ihre ler Regel unabhängig voneinander gewachsen.
Grenzen, der Elektromotor wird hochgeregelt und Heute zeigt sich: In der Konvergenz lokaler
hilft einem über die nächste Anhöhe. Der Akku Energienetze steckt ein grosses Potenzial zur
stellt die nötige Hilfsenergie bereit. Der Energie- Umsetzung einer nachhaltigen Energiepolitik.
Bild: Biketec
speicher liefert genau so viel Energie wie erforder-
lich – das ist die Erfahrung des Velofahrers, und Konvergenz bedeutet Zusammenwachsen. Das
das ist ein Grundprinzip der künftigen Energiever- umfasst aktuell drei Entwicklungen:
sorgung. Zwar sind keineswegs die erneuerbaren Elektrovelofahrer kennen den Nutzen von Stromspeichern aus eigener Erfahrung: Je nach Bedarf stellt der Akku unterhalb des Sattels die nötige Zusatzenergie bereit.
Energien der alleinige Grund für die notwendige • Konvergenz dank Energiezentralen: Früher
Modernisierung der Netz- und Speicherinfra- sprach man von Kraftwerken, heute von Ener- Energie von einem Netz in ein anderes trans- (Smart Meter) können, in Kombination mit mo-
struktur. Wir stellen jedoch heute die Weichen für giezentralen. Energiezentralen verbinden meh- formiert werden kann. Dass also beispielsweise derner Kommunikationstechnik, Netze hervor-
unser künftiges Energiesystem. Dies erfordert in- rere Energiearten. Bereits heute speisen die elektrische Energie über die sogenannte Po- gehen, die Energieproduzenten und -konsumen-
novative Technologien bei vertretbaren Kosten. meisten Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA) wer-to-Gas-Technologie in Gas umgewandelt ten neuartig verknüpfen (Smart Grids). Solche
Warmwasser in ein Fern- oder Nahwärmenetz und in das Gasnetz geleitet wird. Für eine sol- Smart Grids können ihrerseits eine Grundlage
Der Ausbau der Netzinfrastruktur – sei es bei ein und produzieren gleichzeitig auch Strom. Sie che Energieumformung zwischen den lokalen bieten für den Aufbau neuer Geschäftsmodelle
Strom, Wärme oder Gas – wirft gerade in Städten sind das Vorbild für Wärme-Kraft-Kopplungs- Strom-, Gas- und Wärmenetzen weisen heute im Energiebereich (Smart Markets).
und Gemeinden brisante politische und raumpla- anlagen unterschiedlicher Grösse und Bauart, viele Technologien grosses Potenzial auf. Ihr
nerische Fragen auf. Die betroffenen Bürgerinnen die in der Energieproduktion mehr und mehr konsequenter Einsatz macht die Energienetze Gerade die Schweizer Städte bzw. ihre Energiever-
und Bürger fordern Mitsprache, gefragt ist ein Fuss fassen. Oder für Abwasserreinigungsanla- flexibler und schafft Speicherpotenzial zur In- sorger stehen vor der Herausforderung, ihre Ener-
Ausgleich zwischen lokalen Interessen und Nut- gen, die aus Klärgas Strom und Wärme produ- tegration der erneuerbaren Energien. gienetze als Gesamtsystem zu konzipieren. Die Stadt
zen für die gesamte Gesellschaft. Ein tragfähiger zieren. Für diesen Trend steht beispielhaft die St. Gallen setzt hier mit dem «Energiekonzept EnK3
rechtlicher Rahmen ist dafür die Voraussetzung, Energiezentrale Bern-Forsthaus, die zugleich • Konvergenz dank Steuerungstechnik: Über 2050», das neben Wärme und Elektrizität auch die
aber erst eine breite politische Debatte wird auch KVA, Holzheizkraftwerk und Gaskraftwerk ist. Kommunikationsnetze – Kabel-TV, Strom, Tele- Mobilität mit einbezieht, Massstäbe. Netzkonvergenz
die Akzeptanz für die nötigen Ausbauprojekte im Die Energiezentrale erzeugt aus Abfall, Holz fon, Glasfaser – lassen sich die Energienetze ist ein Grundpfeiler der künftigen Energieversorgung.
Zuge der Energiewende schaffen. und Erdgas Strom, Dampf und Wärme. bzw. die daran angeschlossenen Konsumenten
und dezentralen Produktionsanlagen steuern.
• Konvergenz dank Netzschnittstellen: Netzkon- Auf der Grundlage von intelligenten Stromzählern
Eine zentrale Rolle beim Netzumbau spielen vergenz im engeren Sinn bedeutet, dass Ener-
Städte und Gemeinden. Üblicherweise betreiben gienetze so miteinander verknüpft werden, dass
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Dezentrale Produktion
schafft eine sichere, zuverlässige und breit abgestützte
Energieversorgung.
Dezentralisierung ist Charakteristikum und sammen erklärt die hohe Sympathie für die Erneu-
Stärke der Energiewende zugleich: Statt Gross- erbaren.
anlagen werden viele mittelgrosse und kleine
Anlagen unser künftiges Energiesystem prägen. Dezentralisierung schafft bessere Strukturen
Am offensichtlichsten vollzieht sich der Umbau des
Noch vor wenigen Jahren wurde fast 100 Prozent des Energiesystems beim Strom. So stellen dezentrale
Schweizer Stroms in Grossanlagen wie Atom- und Anlagen neue Anforderungen an das Stromnetz, den
Wasserkraftwerken erzeugt, und ausländische Pro- Kraftwerkspark und die Speicherinfrastruktur. Auch
duzenten lieferten Öl und Gas. Dank erneuerbarer der Energiemarkt ist im Umbruch und wird von mehr
Bild: Solvatec AG
Energien sinkt diese Abhängigkeit. Ob mit Sonne, Wettbewerb geprägt sein. Die Dezentralisierung ist
Wind oder Biomasse, zum Heizen oder für den Be- somit auch eine Chance, veraltete Strukturen aufzu-
trieb elektrischer Geräte, zur Einspeisung ins öffent- brechen. Die Kosten für diesen Umbau gehen nicht
liche Netz oder zum Eigenverbrauch – immer mehr allein auf das Konto der Energiewende, das betont
Private, Unternehmen, Genossenschaften, Stadt- und auch der Bundesrat. Die Ertüchtigung der Stromnet- Energie von oben – in der ganzen Schweiz. 2012 erzeugten Sonne, Wind und Biomasse in dezentralen Erneuerbare-Energie-Anlagen rund 2000 GWh
Strom, das sind 3 Prozent der Netto-Elektrizitätsproduktion (ohne Wasserkraft). Gemäss Energiestrategie des Bundesrats sollen es 2020 mindestens
Gemeindewerke erzeugen ihre Energie selbst. ze wurde viele Jahre vernachlässigt und muss nun 4400 GWh, 2035 mindestens 14500 GWh und im Jahr 2050 mindestens 24200 GWh sein.
nachgeholt werden, um die Funktionsfähigkeit des
Ein neues, dezentrales Energiesystem heutigen Systems im internationalen Kontext und Erdgas wäre viel mehr möglich, auch in industriellen gen, muss die Politik gezielt Anreize setzen und
Ein dezentrales Energiesystem hat viele Vorteile: den Übergang in ein dezentrales Energiesystem zu Prozessen. Dabei werden auch Wärmenetze bedeut- für stabile und verlässliche Rahmenbedingungen
Das Klumpenrisiko für Fehlinvestitionen, Unfälle garantieren. Dabei führt die Dezentralisierung nicht samer. Zusätzliches Potenzial liegt in kombinierten sorgen. Für die Errichtung und den Betrieb von
und Versorgungsengpässe sinkt. Der landeswei- zwingend zu mehr Stromleitungen. Wird mehr Ener- Verfahren. Zwar will der Bundesrat auf eine generel- Erneuerbare-Energie-Anlagen ist das wirksamste
te Kraftwerkspark wird stetig und nicht durch den gie dort verbraucht, wo sie produziert wird, werden le Förderung für Wärme-Kraft-Kopplungsanlagen, und effizienteste Instrument heute die kostende-
langwierigen und teuren Ersatz einer Grossanlage die Netze entlastet. Neue Laststeuerungs- und Spei- die Wärme und Strom produzieren, verzichten. Auf- ckende Einspeisevergütung. Sie garantiert die nötige
optimiert. Dabei eröffnen kleine und mittelgrosse cherverfahren verstärken diesen Effekt. Mit exak- grund ihrer Eignung zur lokalen Netzstabilisierung Investitionssicherheit und stimuliert so nicht nur
Anlagen vielen die Möglichkeit, selbst in die Mo- teren Prognoseverfahren lässt sich zudem genauer sollen für kleine WKK-Anlagen jedoch unter be- den Zubau, sondern fördert die Marktreife neuer
dernisierung des Energiesystems zu investieren. In vorhersagen, wo Wind und Sonne wie viel Strom lie- stimmten Voraussetzungen eine Teilbefreiung von Technologien und passt sich dabei dem technologi-
Deutschland sind nur fünf Prozent der installierten fern und wie hoch die Nachfrage sein wird. der CO2-Abgabe, eine Eigenverbrauchsregelung und schen Fortschritt an. Neue Instrumente wie Eigen-
Leistung zur Stromerzeugung aus Erneuerbare- eine Stromabnahmepflicht für Netzbetreiber gelten. verbrauchsregelung und Direktvermarktung können
Energie-Anlagen im Besitz der vier grossen Strom- Wärme oder Strom? Beides! die KEV ergänzen, müssen sich jedoch noch einspie-
konzerne; der Hauptanteil entfällt auf Private, Ge- Strom selbst zu produzieren und zu verbrauchen, ist Die beste Lösung überzeugt len und erfordern neue Technologien und Geschäfts-
werbe, Landwirte, Projektierer, Fonds und Banken eine relativ junge Entwicklung. Wärme dort zu er- Die Umstellung auf ein dezentrales Energiesystem modelle. Der Investitionsrahmen muss einfach,
sowie andere Energieversorger. Auch in der Schweiz zeugen, wo sie gebraucht wird, ist hingegen so alt ist mehr als eine technische Revolution. Stadt- und verständlich und kalkulierbar bleiben und so für ein
vollzieht sich mit der Energiewende der Trend zur wie die Menschheit selbst. Neu sind jedoch innova- Gemeindewerke stellen sich schon heute auf den Signal für verlässliche Preise sorgen.
Dezentralisierung der Energieversorgung. Und weil tive Verfahren, um den Energieverbrauch zu senken kommenden Markt ein, indem sie selbst Strom i
nicht jeder eine eigene Anlage errichten kann, werden und fossile Energieträger durch erneuerbare Energi- und Wärme aus erneuerbaren Quellen erzeugen, Erneuerbare Energie-Anlagen
Energiegenossenschaften immer populärer. Alle en ablösen. Allein die Sonne könnte 30 bis 60 % des um Kunden, die ihren Anbieter künftig frei wäh- Die Vielfalt und Verbreitung dezentraler Erneuerbare-
len dürfen, an sich zu binden. Doch bei allen guten Energie-Anlagen zeigt auch die Website
zusammen schaffen zukunftssichere Arbeitsplätze Wärmebedarfs in Wohngebäuden decken. Gemein- www.hier-ist-energie.ch.
und Einkommen in den Regionen. Und alles zu- sam mit Holz, Umweltwärme und synthetischem Argumenten: Um viele zum Mitmachen zu bewe-
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Netzkonvergenz
verknüpft die Energienetze von Städten und Gemeinden
zu einem integrierten Ganzen.
Die Konvergenz der Energienetze ist in aller Munde. me und Strom erzeugt. Regio Energie Solothurn Stromnetz Regio Energie Solothurn
Jetzt baut der Energieversorger der Stadt Solothurn hat sich zum Bau dieses Kraftwerks entschlossen,
Fernwärmenetz Regio Energie Solothurn
eine Pilot- und Demonstrationsanlage, mit der um eine Ausfallreserve zu schaffen, falls in der
Batteriespeicher Elektrolyseur sofort Wärme-Kraft- Druckluftspeicher
Strom-, Gas- und Wärmenetz zusammenwachsen. KVA, die das städtische Fernwärmenetz speist, eine Koppelung
Zentraler Nutzen des integrierten Energienetzes: Störung auftreten sollte. Das Kraftwerk hat über- H2 1. Gaskessel
2. BHKW
Grüner Strom zum Beispiel aus Photovoltaik dies den Vorteil, dass Regio Energie Solothurn mit H2 Speicher H2 sofort
Wärmespeicher
lässt sich bedarfsgerecht zwischenspeichern. ihm eigene Wärme und Strom produzieren kann.
3. 1–2 BHKW
H2
Damit muss der Energieversorger weniger Wärme und/oder
Holzvergasungs-
anlage und/oder
Regio Energie Solothurn ist – wie die Energiever- von der in Fremdbesitz befindlichen KVA beziehen H2
Methanisierung Geothermie
sorger vieler anderer Schweizer Städte – ein Quer- bzw. weniger Strom von extern zukaufen.
CH4 WKK
verbundunternehmen. Als solches betreibt Regio
Energie Solothurn verschiedene Netze: ein Strom- Einzigartige Verknüpfung
Gasnetz Regio Energie Solothurn / grösster Energiespeicher
netz, das die Stadt Solothurn erschliesst. Ein Gas- Die eigentliche Solothurner Innovation ist aller-
netz für 22 Gemeinden in der Region. Und seit eini- dings nicht dieses Kraftwerk, sondern der zu-
gen Jahren neu auch ein Fernwärmenetz, gespeist gehörige Wärmespeicher und ein Wasserstoff-
Grafik: Regio Energie Solothurn
von einer Kehrichtverbrennungsanlage (KVA). Das speicher mit vorgeschaltetem Elektrolyseur. Die
Die Grafik zeigt schematisch das Strom- (orange), Fernwärme- (braun) und Gasnetz (grün) von Regio Energie Solothurn. Die drei Netze werden durch
Solothurner Stadtwerk hat das Wärmenetz im Jahr Anlagen entstehen in unmittelbarer Nachbar- verschiedene Produktionsanlagen und Speicher verbunden, die bis Ende 2014 in der Gemeinde Zuchwil bei Solothurn gebaut werden (dunkelblau).
2007 neu konzipiert. Seither wird die Erschliessung schaft des Kraftwerks. Sie führen zu einer für die Weitere Anlagen zur Ergänzung der Pilotanlage sind projektiert (gestrichelt).
der Stadt intensiv vorangetrieben. Eine zweite Ver- Schweiz bisher einmaligen Verknüpfung der drei
sorgungsleitung von der KVA ist im Bau. Energienetze: schlechtem Wetter – genutzt werden: Entweder • Ein stationärer Batteriespeicher erlaubt, «über-
• Der Wärmespeicher – bestehend aus drei Was- indem der Wasserstoff ins Gasnetz eingespeist schüssigen» Strom z.B. in sonnenreichen, aber
Energienetze wachsen zusammen sertanks – speichert die im Kraftwerk produ- wird oder indem er im Kraftwerk durch Ver- verbrauchsarmen Stunden für spätere Zeiten mit
Strom-, Gas- und Wärmeleitungen durchziehen die zierte Wärme, bevor sie in das Fernwärmenetz brennung Wärme und Strom erzeugt. Nachfrageüberschuss zwischenzuspeichern.
Stadt. Ein Kreuzungspunkt der drei Netze liegt auf strömt. So kann beispielsweise im Winter die in • Eine Methanisierungsanlage macht aus Was-
der Aarmatt in der Solothurner Nachbargemeinde den späten Abendstunden produzierte Wärme Wärme- und Wasserstoffspeicher werden voraus- serstoff Methan, das – anders als Wasserstoff
Zuchwil. Hier will Regio Energie Solothurn mit ei- über die Nacht aufbewahrt und am Morgen in sichtlich Ende 2014 in Betrieb gehen. Später soll – ohne mengenmässige Beschränkung ins be-
ner Pilot- und Demonstrationsanlage aus mehreren das Netz eingespeist werden. das Solothurner Vorzeigeprojekt um zusätzliche stehende Gasnetz eingespeist werden kann.
Kraftwerken und Speichern im Alltag testen, wie • Die zweite Speicherkomponente besteht aus ei- Module erweitert werden: • Ein Druckluftspeicher dient in erster Linie zur
sich Strom-, Gas- und Wärmenetz zu einer urba- nem Elektrolyseur und einem Wasserstoffspei- • Die Leistung des Kraftwerks kann erhöht wer- Speicherung von Strom: Fällt «überschüssiger»
nen Energieinfrastruktur verknüpfen lassen, welche cher. Der vorgeschaltete Elektrolyseur spaltet den, beispielsweise durch Zubau weiterer gas- Strom an, wird mit ihm ein Kompressor betrie-
Vorteile daraus erwachsen und wie ein integrier- Wasser unter Einsatz von Strom in Wasserstoff befeuerter Blockheizkraftwerke (BHKW), die ben, der Luft in einem Druckgefäss verdichtet.
tes Energienetz der Zukunft beispielhaft aussehen (H2) und Sauerstoff. Auf diesem Weg wird Strom Wärme und Strom produzieren. Alternativ bie- Die Druckluft kann bedarfsgerecht abgelassen
könnte. in das speicherfähige Medium Wasserstoff ten sich zur Energieproduktion erneuerbare und über einen Generator in Strom rückverwan-
überführt. So kann der Solarstrom aus den pro- Energien wie Biogas, Holz und Erdwärme an. delt werden. Ferner könnte die bei der Kompres-
Im Zentrum dieses Projektes steht eine mit Erdgas duktionsstarken Mittagsstunden zwischengela- Eine Holzvergasungsanlage kann die in Holz sion von Luft entstehende Wärme dem Fernwär-
betriebene Anlage, bestehend aus einem Gaskessel gert und dann zu einem geeigneten Zeitpunkt gespeicherte Energie in Gas umwandeln, die menetz zugeführt werden.
und einem Blockheizkraftwerk (BHKW), das Wär- – etwa am Abend oder an einem Folgetag mit dann dem Gasnetz zugeführt wird.
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Lokale Smart Grids
sind die ideale Ergänzung zur dezentralen
Energieproduktion.
% Trafoauslastung pro Trafostation und Szenario
180
160
Erreicht der Autoverkehr zu Stosszeiten Spitzen- Solarkraftwerken zu kappen, Solarstrom also quasi
140
werte, baut man nicht gleich neue Strassen. Statt- wegzuwerfen. Doch Studien belegen: Dieses Vorge-
dessen hilft eine kluge Verkehrssteuerung, den hen ist zumindest prüfenswert. Solarkraftwerke er- 120
Auslastung 100%
Verkehrsfluss zu lenken. Dasselbe im Stromnetz: reichen ihre Spitzenleistung nämlich vorwiegend bei 100
Produziert ein Quartier viel Solarstrom, braucht es schönem Wetter über Mittag. Die Zeitspanne, in der 80
nicht zwingend neue Leitungen. Oft kann intelligen- der PV-Strom die Kapazität lokaler Netze übersteigt,
60
te Regeltechnik das Netz vor Überlastung schützen. ist also vergleichsweise kurz. Modellrechnungen des
Stadtzürcher Energieversorgers ewz auf Basis rea- 40
Leimbach ist ein Aussenquartier der Stadt Zürich. Die ler Produktionsdaten bestehender Anlagen belegen: 20
Dächer der Ein- und Mehrfamilienhäuser am linken Über das Jahr gesehen gehen nur 0,6 % des Solar- 0
Ufer des Zürichsees bieten viel Platz für Photovoltaik stroms verloren, wenn Solarkraftwerke auf 80 % ih- Grossackerstrasse 35 Sihlweid Hüslibachstrasse Bruderwies 55 Frohalp Ortsstation
PV 0 % / L 100% PV 100% / L 30 % PV 70% / L 30 % PV 60 % / L 30 %
(PV). Doch würde das Potenzial zur Solarstrompro- rer Leistung abgeregelt werden, wenn sie also nicht
Wenn Photovoltaikanlagen mit voller Leistung produzieren, der Verbrauch vor Ort aber gering ist, muss der «überschüs-
duktion hier konsequent genutzt, wäre das heu- mehr als 80 % ihrer Maximalleistung ins Netz ein- sige» Strom durch das Netz abtransportiert werden. In solchen Momenten kann das Netz zeitweilig überlastet werden.
Die Grafik zeigt die Auslastung der fünf Trafostationen im Zürcher Leimbach-Quartier. Die orange eingefärbten Säulen
tige lokale Stromnetz zu Spitzenzeiten überfordert. speisen dürfen. Werden die PV-Anlagen nur zu Zeiten
Bild: ewz
zeigen den kritischen Fall, bei dem die Solaranlagen (Vollausbau gemäss Solarkataster der Stadt Zürich) maximale Leis-
tung in das Netz einspeisen (PV 100 %), der lokale Stromverbrauch im Quartier aber lediglich 30 % des Maximalwerts
Kritisch sind jene Stunden, in denen die Solaranlagen abgeregelt, wenn eine Überlastung des Netzes droht, beträgt (L 30 %). In diesem Fall wären drei der fünf Trafostationen überlastet. Grafik: ewz
gleichzeitig mit maximaler Leistung produzieren, die fallen die Verluste sogar noch deutlich geringer aus.
Smart Grids schaffen zwischen Produktionsanlagen und Stromkonsumenten eine intelligente Verknüpfung.
Haushalte aber nur wenig Strom verbrauchen, weil die
Bewohner bei der Arbeit oder unterwegs sind. Dann Optimal ausgelastet in Niederspannungsnetze (VEiN). Es untersucht, wie die Anlagen so, dass die Haushalte trotzdem genug
muss der Solarstrom von vergleichsweise schwachen Mit Smart Grids lassen sich Produktionsanlagen, aber sich ein lokales Netz verhält, wenn es nicht nur von Heizwärme und Warmwasser erhalten. Das Beispiel
Leitungen und Transformatoren abtransportiert wer- auch Verbraucher nach vorgängig definierten Zielen einer Trafostation versorgt wird, sondern zusätzlich zeigt, wie sich Smart Grids für neue Geschäftsmo-
den. An kritischen Stellen im Netz droht Überlastung. wie Netzstabilisierung, maximale Nutzung grünen von dezentralen Stromerzeugungsanlagen (im Test- delle (Smart-Market-Lösungen) nutzen lassen.
Stroms oder Kostenminimierung intelligent steuern. gebiet sind das vier Photovoltaikanlagen und zwei
Blockheizkraftwerke). Ein Leitsystem kontrolliert und
!
Köpfchen statt Kabel Die erforderliche Technik ist heute im Prinzip verfüg-
steuert die sechs Produktionsanlagen, Messgeräte Smart Grid Road Map
Eine naheliegende Lösung: Das städtische Elektri- bar. Nötig ist dafür eine Anzahl von Mess- und Steu-
zitätswerk könnte stärkere Kabel verlegen und die erungsgeräten, die bei den Produktionsanlagen und (Smart Meter) im lokalen Netz überwachen die Netz- Rund 700 städtisch oder ländlich geprägte Verteilnetze ver-
sorgen Schweizer Haushalte und Firmen mit Strom. In all
Trafostationen ausbauen, das Netz also für Spitzen- Konsumenten sowie an kritischen Punkten im lokalen qualität. Die Swisscom-Tochter Swisscom Energy diesen Netzen sind Smart-Grid-Lösungen unterschiedli-
Solutions AG (SES AG) baut seit 2012 unter der cher Ausprägung denkbar.
belastungen hochrüsten. Anstelle solcher Grossin- Verteilnetz installiert sind. Dank der Messdaten kön-
Sie eröffnen neue Wege wie Speicher, Einspeisemanagement
vestitionen zeichnen sich heute andere Lösungen ab. nen Engpässe im Netz eruiert bzw. noch frei verfügba- Marke BeSmart einen schweizweiten Verbund, ein erneuerbarer Energien sowie spannungsregelnde Elemente
Der schweizerische Fachverband für Sonnenenergie, re Kapazitäten berechnet werden. Auf der Grundlage «virtuelles Kraftwerk», aus Boilern, Wärmepumpen in Netzen, um die Netze flexibel zu bewirtschaften und die
Konsumenten intelligent zu verknüpfen. Welche Entwick-
Swissolar, verweist auf die Möglichkeit, Netzüber- der Daten werden die Solar- und andere Produktions- und Elektroheizungen von Privathaushalten auf. Die lungsmöglichkeiten sich daraus für das Schweizer Strom-
lastungen durch Förderung des Eigenverbrauchs zu anlagen so gesteuert, dass das Netz zu jedem Zeit- SES AG kann die Geräte über das Mobilnetz ein- und netz ergeben, will die Smart Grid Road Map aufzeigen, die
2013/2014 eine Arbeitsgruppe unter der Federführung des
umgehen oder Solarpanels so auszurichten, dass die punkt sicher betrieben und optimal ausgelastet wird. ausschalten. Sie tut das so, dass sie der nationalen Bundesamts für Energie BFE erarbeitet.
Einspeisespitzen zu anderen Zeiten anfallen. Infrage Netzgesellschaft Swissgrid bei Bedarf Regelener- Die Experten haben in einem ersten Schritt 24 bestehende
gie verkaufen kann. Sie schaltet etwa die ange- und künftige Schlüsseltechnologien für Smart Grids iden-
kommen aber auch intelligente Netzlösungen, die ab- Vom Smart Grid zum Smart Market tifiziert. Eine wichtige Fragestellung der Road Map ist der
hängig von der aktuellen Nachfrage (und Netzsituati- Smart-Grid-Lösungen werden weltweit erprobt. Ein schlossenen Anlagen für eine Viertelstunde ab – Datenschutz. Denn in Smart Grids werden Kunden- und
Netzdaten ausgetauscht. Nur durch Schutz dieser Daten ist
on) Solaranlagen zu Spitzenzeiten abregeln. Auf den grosses Schweizer Projekt läuft seit 2010 in Rhein- und kann damit Swissgrid in dem Zeitraum Strom die Persönlichkeitssphäre der Strombezüger gewährleistet.
ersten Blick wirkt es unvernünftig, die Produktion von felden (AG) unter dem Namen Verteilte Einspeisung zur Verfügung stellen. Die Swisscom-Tochter regelt
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Intelligente Netzsteuerung
macht aus einem Kühlhaus auch eine Batterie.
Beschaffungskosten Vorhaltung
von Regelleistung
Mio. CHF
Nicht nur Haushalte, auch Industriebetriebe und Swissgrid getragene Pilotversuch mit dem 600 Swissgrid konnte die Beschaffungskosten für
lassen sich durch Smart Grids intelligent steu- Namen FlexLast in Neuendorf hat nun ausgelo- die Vorhaltung von Regelleistung durch ver-
schiedene Massnahmen über die letzten Jahre
konstant senken. Neue Produkte und andere
ern. Dank kluger Steuerungstechnik wird ein tet, ob auch Industriebetriebe Regelenergie zur 540 Beschaffungsvarianten haben den Markt ver-
500 ändert. Dies hat positive Auswirkungen auf
Migros-Tiefkühlhaus in Neuendorf (SO) gezielt Verfügung stellen können. die Kosten für die Endverbraucher.
dann gekühlt, wenn dies hilft, Schwankungen im
400
Schweizer Stromnetz auszugleichen. Das Migros-Tiefkühllager wird normalerweise
bei -26,5 °C betrieben. Soll es «überschüssigen»
300
Fischstäbchen, Spinat, Glacé – praktisch alle Strom aufnehmen, wird es auf bis zu -28,5 °C
272
Tiefkühlprodukte in Schweizer Migros-Filialen abgekühlt. Eine Temperaturdifferenz von zwei
200
kommen aus Neuendorf. In der Solothurner Ge- Grad mag gering erscheinen, doch die in dieser
187
meinde betreibt die Migros-Tochter MVN ein Tief- Differenz gespeicherte Energie ist respektabel. 164
100
kühllager. Seit Frühjahr 2013 ist das Lager auch Um diese Abkühlung zu erzielen, muss das Tief-
ein grosser Stromspeicher. Es speichert elektri- kühllager während sechs Stunden ein Megawatt
© Swissgrid
0
sche Energie nicht chemisch wie eine herkömm- Strom aufnehmen, das ist so viel, wie ein mittel- 2009 2010 2011 2012
liche Batterie, sondern als Kälte. Praktisch geht grosses Windkraftwerk liefert. Kraftwerksbetreiber werden dafür bezahlt, dass sie einen Teil ihrer
Bild: B. Vogel
Leistung für Swissgrid reservieren. Sie bieten dazu ihre Kapazitäten in
das so: Produzieren Kraftwerke – zum Beispiel einem Auktionsverfahren an, sodass Swissgrid das günstigste Ange-
bot auswählen kann. Die Abbildung zeigt, wie sich die Beschaffungs-
Solar- und Windanlagen – mehr Strom, als aktu- Grosses Potenzial für Regelenergie kosten für die Leistungsvorhaltung seit 2009 positiv entwickelt haben.
ell von den Stromkonsumenten nachgefragt wird, Der vom Bundesamt für Energie BFE unter-
Blick in das Migros-Tiefkühllager in Neuendorf (SO). Hier herrscht normalerweise eine Temperatur von -26,5 °C. Das Kühlhaus kann Netzschwankun-
wird diese überschüssige Energie verwendet, um stützte Pilotversuch hat bestätigt, dass sich gen auffangen, indem es abgekühlt wird, wenn «überschüssiger» Strom in das Netz eingespeist wird.
das Kühlhaus weiter abzukühlen. Dank dieser industrielle Lasten zur Erzeugung von Regel-
Kältereserve kann das Tiefkühllager später auf energie nutzen lassen. Hier entsteht ein neues
Strombezug verzichten, wenn keine Sonne mehr Geschäftsfeld für alle Unternehmen, die in ih- !
scheint oder kein Wind mehr weht – und so auch ren industriellen Prozessen temporäre Energie Regelenergie
wetterbedingte Schwankungen im Stromnetz speichern können. Gemäss der FlexLast-Be- Die Strommenge, die produziert und von allen Unternehmen, Pri- • Rühren Ungleichgewichte hingegen daher, dass Produktion und
ausgleichen. gleitstudie könnten die Schweizer Industriebe- vathaushalten und anderen Verbrauchern landesweit nachgefragt Verbrauch in der Schweiz nicht übereinstimmen, wird die natio-
wird, ändert sich unablässig und lässt sich nicht zu 100 % genau nale Netzgesellschaft Swissgrid aktiv. Sie weist Kraftwerke an,
triebe gemeinsam signifikante Mengen an Re- prognostizieren. Daher kann es im Stromnetz zu einem Ungleich- ihre Leistung im Sekundentakt so zu erhöhen oder zu senken,
gewicht von Produktion und Nachfrage kommen. Die Energie, die dass die Ungleichgewichte im Schweizer Netz ausgeglichen
Zwei Grad machen den Unterschied gelleistung bereitstellen. Um länger dauernde zum Ausgleich von Ungleichgewichten und somit zur Stabilisie- werden. Man spricht von sekundärer Regelenergie.
Das Kühlhaus richtet seinen Energieverbrauch Netzschwankungen auszugleichen, müssen in rung des Stromnetzes eingesetzt wird, heisst Regelenergie. Es
• Halten diese Abweichungen über einen längeren Zeitraum an,
wird zwischen primärer, sekundärer und tertiärer Regelenergie
also danach aus, ob im Stromnetz gerade zu viel der Schweiz 400 MW, die zurückgefahren wer- unterschieden:
werden zusätzliche Reserven abgerufen, die weniger schnell
(innert 15 Minuten) bereitgestellt werden können; dabei han-
oder zu wenig Strom vorhanden ist. Diese Energie den können, und 395 MW, die zugeschaltet wer- • Primäre Regelenergie ist die Energie, mit der Kraftwerke delt es sich um tertiäre Regelenergie. Sekundäre und tertiäre
dient der Regulierung der Netzstabilität. Bisher den können vorgehalten werden. Wird dieses durch Erhöhung oder Absenkung ihrer Produktion die Fre- Regelenergie werden bis anhin hauptsächlich durch Pump-
quenz im Gesamtnetz stabilisieren. Primäre Regelenergie speicherwerke bereitgehalten. In Zukunft könnten mehr und
stellen Kraftwerke die für das Schweizer Strom- Potenzial ausgeschöpft, könnte es dabei helfen, stellen Kraftwerke nach genauen Regeln innert 30 Sekunden mehr auch andere Anbieter wie Industriebetriebe in dieses
netz nötige Regelenergie (siehe Textbox) zur Ver- Solar- und Windstrom die Minuten oder Stun- autonom zur Verfügung, sobald sie eine Frequenzabweichung Geschäft einsteigen. Bereithaltung und Abfrage werden von
feststellen. Ungleichgewichte, die mit primärer Regelener- Swissgrid nämlich finanziell entschädigt.
fügung, indem sie ihre Leistung zeitweise erhö- den zwischenzuspeichern, bis er von den Kon- gie ausgeglichen werden, haben ihre Ursache irgendwo im
gesamteuropäischen Stromnetz.
hen oder drosseln. Der von BKW, IBM, Migros sumenten nachgefragt wird.
Dachorganisation der Wirtschaft für erneuerbare Energien und Energieeffizienz 14 | 15
Intelligente Stromzähler
helfen, Energie zu sparen und erneuerbaren Strom
bewusst zu nutzen.
http://www…
Intelligente Stromzähler (Smart Meter) machen einer effizienteren Nutzung der Energie. In einem
den Stromkonsum transparent und helfen so, Smart-Meter-Pilotprojekt in Ittigen (BE) sank der
Energie zu sparen. Smart Meter ermöglichen Verbrauch um 2 bis 8 %, in einer im Juli 2013 vor-
eine ganz bewusste Verbrauchssteuerung: gestellten Untersuchung aus der Stadt Zürich um
EVU (Energie-
Konsumenten nutzen Geräte immer dann, wenn 3 bis 5 %. Die Werte schwanken unter anderem ab- versorgungs-
unternehmen)
günstiger Strom zur Verfügung steht. hängig von Haushalt und Tageszeit. Eine Studie im
Auftrag des Bundesamts für Energie BFE bezifferte Infrastruktur- Zähler
Applikations-Mgmt.
Mgmt.
Smart Meter erlauben die automatische Fern- 2012 die langfristige Reduktion der Nachfrage über
Daten- und
Energie- Elektrizität
ablesung des Stromverbrauchs und die Zweiweg- die Sektoren hinweg auf immerhin 1,8 %. bedarfs-Mgmt. Gas
kommunikation zwischen Haushalt und Energie- Wasser Persönliches Verbrauchs-
Kunden- Wärme management
versorger. In Schweden, Finnland und Italien sind Moderne Stromzähler erlauben den Konsumenten, Mgmt.
Privathaushalte heute in der Regel mit den schlau- ihren Stromverbrauch bewusst zu steuern, etwa
Verbraucher-
en Geräten ausgerüstet. Anders in der Schweiz. Strom dann zu brauchen, wenn er günstig zu ha- Smart Grid Smart Home steuerung
Hier werden die meisten Stromzähler noch im- ben ist. Doch das ist nur eine von vielen Optionen.
© Landis+Gyr
mer vor Ort abgelesen. Dabei sind zahlreiche Smart Meter dürften in Zukunft beispielsweise
technische Lösungen auf dem Markt, die die Ver- auch die Voraussetzung für eine gezielte Nutzung Das Energiesystem von morgen ist «smart». Der intelligente Stromzähler steht im Zentrum künftiger Energienetze: Der Zähler verbindet die Konsumen-
ten mit den Energieversorgern und schafft die Grundlage für die Steuerung des Energieverbrauchs.
brauchsdaten über das Stromnetz automatisch an grünen Stroms schaffen. Konsumenten können
das lokale Elektrizitätswerk übermitteln. Moderne dabei Haushaltsgeräte wie die Waschmaschine zu
Stromzähler übertragen Daten aber nicht nur vom jenen Zeiten einschalten, wenn Strom aus erneu-
Verbraucher zum Anbieter. Sie können auch Infor- erbaren Energien reichlich zur Verfügung steht. Welchen Nutzen die Geräte tatsächlich entfalten, die Verbrauchsdaten ihrer Kunden automatisch
mationen vom Energieversorger empfangen, zum Smart Meter werden in diesen Fällen von Anzeige- hängt massgeblich von den Rahmenbedingungen ablesen, im Abrechnungssystem verarbeiten und
Beispiel den aktuellen Strompreis oder Auskünfte zu Steuergeräten. Onlineportale sorgen für die Be- ab. Hersteller wie Landis+Gyr fordern in diesem für den Kundendienst nutzen. Für Energieversor-
zur Verfügbarkeit von erneuerbarem Strom. Die reitstellung der Daten. Die Bedienung erfolgt über Zusammenhang die Einführung von flexiblen Ta- ger haben Smart Meter einen weiteren Nutzen: Sie
Datenübertragung findet in der Regel alle 15 Mi- In-Home-Displays, Handy-Apps oder den PC. rifen (Time-of-use-Tarife), die das heutige, relativ können die Auslastung ihrer Netze besser steuern,
nuten statt. starre Modell mit Hoch- und Nieder- sowie Som- indem sie z.B. den Betrieb von Wärmepumpen
Bereits heute steuern Stromversorger die Boi- mer- und Wintertarifen ablösen. oder den Ladevorgang bei Elektroautos der aktu-
Verbrauch bewusst machen ler ihrer Kunden über Rundsteueranlagen, dies ellen Belastungssituation in den jeweiligen lokalen
Die Zweiwegkommunikation verwandelt den vorwiegend zu fixen Zeiten. Dank Smart Metern Energieversorger steuern Netzauslastung Netzen anpassen. Überdies ermöglichen Smart
Stromzähler in ein neuartiges Haushaltsgerät kann diese Praxis auf weitere Geräte ausgedehnt, Die Einführung von Smart Metern verursacht er- Meter den Energieversorgern neue Dienstleistun-
mit einer Palette von Anwendungsmöglichkeiten. zeitlich flexibler gestaltet und vor allem auf die hebliche Kosten, die Datenkommunikation er- gen wie flexible Tarifgestaltung, Vernetzung von
Er überträgt Informationen zu einem In-Home- individuellen Wünsche der Konsumenten zuge- fordert einheitliche Standards und Sicherheits- Haushaltsgeräten (Smart-Home-Angebote) oder
Display, das in der Wohnung gut zugänglich ist schnitten werden. Je mehr Smart Meter schweiz- vorkehrungen. Bereits setzen etliche Schweizer automatisierte Energieberatung. Die Energiestra-
und dort jederzeit abgelesen oder bedient werden weit in Haushalten und Unternehmen installiert Stadt- und Gemeindewerke wie etwa die Stadt tegie 2050 sieht vor, dass der Bundesrat Vorgaben
kann. Die Basisfunktion besteht in der Visualisie- sind, desto mehr elektrisch betriebene Geräte Frauenfeld auf Smart Meter. Auch die Elektrizi- zur Einführung von intelligenten Messsystemen,
rung des Stromverbrauchs und dem Aufspüren lassen sich mit diesen intelligenten Steuerungs- tätswerke des Kantons Zürich (EKZ) haben Mitte technische Mindestanforderungen und Regeln zur
der grossen Stromfresser im Haushalt. Die ein- systemen zum gewünschten Zeitpunkt ein- und 2013 die flächendeckende Einführung intelligenter Kostentragung festlegen kann.
fache Verfügbarkeit dieser Informationen führt zu ausschalten. Stromzähler beschlossen. Die EKZ können künftig
Dachorganisation der Wirtschaft für erneuerbare Energien und Energieeffizienz 16 | 17
Power-to-Gas
macht Wind- und Solarstrom jederzeit verfügbar.
Power-to-Gas
Power-to-Gas – dieser Begriff war vor wenigen mit Verlusten verbunden und nur dann sinnvoll,
Stromnetz
Jahren nur Fachleuten bekannt. Heute gilt das wenn Produktion und Verbrauch nicht unmittelbar Fernwärme
Verfahren zur Umwandlung von Strom aus erneu- im Gleichgewicht sind. Das gilt für Pumpspeicher- Wasser H2O
Strom
erbaren Quellen in synthetisches, flexibel einsetz- kraftwerke, Batterien und alle anderen Verfahren. Elektrolyse H2
BHKW
CO2 Nahwärme SeH
bares Gas als vielversprechender Baustein des Zwar ist das Abregeln von Windkraft- und PV-An- Methanisierung CH4 WKK
künftigen Energiesystems. lagen heute kein Tabu. Die Nutzung überschüssi- Erdgasspeicher
Wasserstoff
gen Stroms als flexibel einsetzbares Gas ist aber H2
Immer mehr Städte und Gemeinden gehen dazu wohl die bessere Lösung.
über, ihre Energieinfrastrukturen als Gesamt- Erdgasnetz (pufferungsfähig)
system zu behandeln. Das war in der Vergan- Aufgrund des tiefen Strom-zu-Strom-Wirkungs- BHKW: Blockheizkraftwerk | WKK: Wärme-Kraft-Kopplung | SeH: Stromerz eugende Heizung
genheit nicht der Fall: Strom-, Gas- und Wär- grades, der nur etwa den halben Wirkungsgrad
menetze wurden meist unabhängig voneinander von Pumpspeicherkraftwerken und Batterien er-
Quelle: VSG
betrieben. Die Abkehr von einer zentralen Strom- reicht, ist eine reine Rückverstromung nur unter
versorgung mit Netzen, die auf Höchstbelastung bestimmten Bedingungen wirtschaftlich – etwa So wandelbar der Energieträger Gas ist, so vielseitig sind auch die Gasinfrastruktur und die möglichen Anwendungen mit dem Power-to-Gas-Verfahren.
und eine einseitige Energieflussrichtung ausge- zum kurzfristigen Lastausgleich oder zur Kom-
legt sind, erfordert neue intelligentere Strukturen. pensation lokaler Unterdeckungen. Sinnvoller ist
Netzkonvergenz ist ein Schlüssel dafür. Als Quer- die Verwertung von SNG als Brenn- und Treibstoff.
verbundunternehmen, die Elektrizität, Gas und Moderne WKK-Anlagen, die auch die Abwärme führen entgegengesetzte Eigentümerinteressen keitsbetrachtung unerlässlich. Aber auch poli-
Wärme bis an die Türschwelle bringen, nehmen nutzen, erzielen Wirkungsgrade von über 90 %. Auf und Förderpraktiken eher zu Konkurrenz statt tische und gesellschaftliche Präferenzen sowie
einzelne Stadt- und Gemeindewerke schon heute klimaneutrale Treibstoffe setzt die Firma Audi, die Kooperation. Voraussetzung, dass SNG Ener- mögliche Alternativen, etwa das Abregeln von
die Konvergenz der lokalen Netze in die Hand. mit dem Strom aus einer eigenen Windkraftanlage gie speichern und fossile Energieträger ablösen Energieanlagen oder Investitionen für den Netz-
genug «e-gas» für 1500 Erdgasfahrzeuge mit ei- kann, ist jedoch eine Erdgasinfrastruktur, die ausbau, müssen berücksichtigt werden.
Gas ist ein Verwandlungskünstler ner Jahresfahrleistung von je 15 000 km herstellt. im Zusammenspiel mit anderen Netzen gros-
Gas ist ein vielseitiger Energieträger – in seiner se Teile der Schweiz erschliesst. Wer eine leis- Auch wenn der derzeit geringe Anteil erneuer-
chemischen Gestalt und in seinen Einsatzmög- Ohne die Politik geht es nicht tungsfähige Erdgasinfrastruktur fordert, redet baren Stroms noch keine neuen Speicherverfah-
lichkeiten. Das macht sich das Power-to-Gas- Energetisch und wirtschaftlich sinnvolle Anwen- damit längst nicht einem «goldenen Zeitalter für ren erfordert, sind bereits heute geeignete Tech-
Verfahren (P2G) zunutze: In einem zweistufigen dungen für SNG gäbe es zuhauf ... doch noch Erdgas» (Internationale Energieagentur IEA) das nologien zu entwickeln und zu erproben. Bereits
Prozess entsteht synthetisches Methan (SNG), hinken die gesetzlichen Rahmenbedingungen Wort: Weder müssen durch diese Leitungen auf ab einem Anteil von 10 bis 15 % volatiler Einspei-
das dem Hauptbestandteil von Erd- und Biogas hinterher. Zwar nennt der Bundesrat P2G aus- Jahrzehnte Erdgas aus der Nordsee oder Aser- sung sind alle Netzebenen betroffen. Entspre-
entspricht. Es kann direkt in das Erdgasnetz ein- drücklich ein Speicherverfahren mit hohem Po- baidschan strömen, noch werden damit Gas- chend schreibt der Bundesrat die Energiespei-
gespeist und nahezu verlustfrei auch über grosse tenzial. Doch so wie importiertes Biogas noch kraftwerke, Schiefergas oder Fracking begrüsst. cherung an zentraler Stelle in das Pflichtenheft
Distanzen transportiert werden. Anders als das immer mit einer CO2-Abgabe belastet wird und der Schweizer Energieforschung und setzt auf
Stromnetz kann das Erdgasnetz Energie über län- in den kantonalen Gebäudevorschriften nicht Das Ziel ist ein optimal austariertes Gesamtsys- einen Technologietransfer mittels Pilot- und
gere Zeiträume speichern. Bei der Verbrennung anrechenbar ist, erginge es im heutigen Rechts- tem von der Energieerzeugung über die Spei- Demonstrationsprojekten. Auch dabei überneh-
von SNG wird nur das zuvor gebundene CO2 freige- rahmen dem aus erneuerbarem Strom erzeug- cherung bis zur Bereitstellung für die jeweils men Städte wie Basel, Sankt Gallen, Solothurn
setzt, es ist somit klimaneutral. Grundsätzlich gilt: ten SNG. Auch wird keineswegs überall ein Zu- geeignetste bzw. benötigte Energieanwendung oder Zürich eine Vorreiterrolle.
Die Umwandlung und Speicherung von Energie ist sammenspiel der Netze gefördert, mancherorts beim Verbraucher. Dabei ist eine Wirtschaftlich-
Dachorganisation der Wirtschaft für erneuerbare Energien und Energieeffizienz 18 | 19
Fernwärmenetze
sichern die Versorgung mit erneuerbarer Wärme.
In den 1960er- und 1970er-Jahren machten gros- sen. Dadurch konnte die Fernwärmeversorgung
se Fernwärmeprojekte etwa in Verbindung mit ausgebaut werden und der Strombedarf der Wär-
Kehrichtverbrennungsanlagen von sich reden. mepumpen, welche die Temperatur des Wassers
Heute erleben Wärmenetze im Zeichen der Ener- aus der Tiefe erhöhen, kann gleich selber erzeugt
giewende dank erneuerbarer Wärme eine Re- werden. Auf Erdwärme setzt – in grösserem Mass-
naissance. stab und bei höheren Temperaturen – auch das
Bild: Integrierte Wärme und Kraft AG
Geothermieprojekt St. Gallen. In Emmenbrücke
Fernwärme, Nahwärme, Wärmeverbund – Wär- (LU) wiederum soll ein Kombikraftwerk gebaut
menetze gibt es in grossen und kleinen Di- werden, das die Abwärme des Swiss-Steel-Stahl-
mensionen. Das Basler Fernwärmenetz – das werks nutzt. Zugleich Abwärme aus einem Swiss-
grösste landesweit – ist 200 Kilometer lang und com-Rechenzentrum und Umgebungswärme aus
erschliesst neben Industrie- und Gewerbebetrie- dem Boden verwertet ein neuer Wärmeverbund in
ben zahlreiche öffentliche Gebäude und rund Zürich-Altstetten. Neue Wege geht der Wärmever-
40 000 Wohnungen. Dagegen kontrastiert ein bund Morgental am Bodensee. Dort entsteht bis
Blick in die Energiezentrale des Wärmeverbundes Riehen mit zwei Wärme-Kraft-Kopplungsanlagen, die Strom für die Wärmepumpen der Geothermieanlage und
kleiner Energieverbund wie jener der Bündner 2014 in den Gemeinden Steinach (SG), Arbon (TG) Wärme in das Fernwärmenetz liefern.
Gemeinde Fläsch, der mit einer neuen Holz- und Roggwil (TG) ein zehn Kilometer langes Wär-
schnitzelanlage eine Handvoll Kunden versorgt. menetz, das umgerechnet 1000 Einfamilienhäuser
Zwischen diesen Extremen herrscht in der mit Wärme versorgen kann. Die Wärme für den anfallenden Klärgases, durch Nutzung der Abwas- Auf dem Weg hin zu einer erneuerbaren Energie-
Schweiz eine bunte Vielfalt aus mehreren Hun- Wärmeverbund kommt von der neuen Energiezen- serwärme per Wärmepumpe, durch Verbrennung versorgung können Wärmenetze eine Brücken-
dert Wärmenetzen, denen eines gemeinsam ist: trale der ARA Morgental. Diese wird im Endausbau von Bau- und Abbruchholz in einem Holzkraftwerk funktion übernehmen, beispielsweise indem die
Sie nutzen Energie durch den Zusammenschluss Wärme (und daneben auch Strom) aus vier Quel- und schliesslich durch Verbrennung von Biogas, Wärme in WKK-Anlagen zunächst mit Erdgas,
der Wärmeverbraucher besonders effizient. len gewinnen: durch Verbrennung des in der ARA das durch Vergärung von Grünabfällen in einer später mit Biogas, synthetischem Methan oder ei-
Biogasanlage gewonnen wurde. ner anderen CO2-neutralen Primärenergie wie z.B.
Erneuerbare Wärme liegt im Trend ! Kehricht oder Holz erzeugt wird.
Erneuerbare Energieträger sorgen auch für Hochtemperatur versus Niedrigtemperatur Erhebliches Potenzial !
Wärme. Holzschnitzelheizungen und Holz- Wärmenetze decken heute 3 % des schweizeri- Aarau baut ein Kältenetz
Hochtemperaturnetze sind Wärmenetze mit einer Betriebs-
heizzentralen schiessen wie Pilze aus dem temperatur von 90 bis 160 °C. Bevor das Wasser in den Heiz- schen Wärmebedarfs. Fachleute bescheinigen
Ein noch junger Trend sind Kältenetze: Über ein Leitungs-
kreislauf eines Einfamilienhauses oder einer Überbauung
Boden. Andere Wärmeverbunde setzen auf gelangt, wird die Temperatur in einer Übergangsstation auf
diesen Verbünden ein erhebliches Ausbaupotenzi- netz gelangt kaltes Wasser zu Verbrauchern wie Hotels,
Bürogebäuden oder Industriebetrieben, wo die im Wasser
Umgebungswärme, indem sie Wärme aus die gewünschte Einspeisetemperatur gesenkt. Die grossen al. Gerade in energiedichten städtischen Gebieten gespeicherte Kälte mittels Lüftungssystem zur Kühlung der
Fernwärmenetze und auch viele mittlere und kleinere Wär-
dem Boden oder aus Gewässern ziehen. Der menetze arbeiten im Hochtemperaturbereich.
oder im Industriebereich können mit Wärmenet- Räume benutzt wird. Ein Kältenetz entsteht zurzeit im Zent-
rum von Aarau gleichzeitig mit einem neuen Nahwärmenetz.
Wärmeverbund Riehen (BS) nutzt seit 1994 Niedrigtemperaturnetze (auch: Anergienetze) werden zen unter Einbezug von Wärme-Kraft-Kopplungs- Das Kältenetz besteht aus einem eigenen, vom Wärmenetz
65 °C warmes Wasser aus 1500 Metern Tiefe und bei Temperaturen von 20 bis 60 °C betrieben. Diese Netze anlagen Brennstoffwirkungsgrade bis 90 % er- unabhängigen Leitungssystem. Die Vorlauftemperatur be-
kommen bei gut isolierten Bauten z.B. in einem Neubau- trägt 10 °C, die Rücklauftemperatur 16 °C. Versorgt werden
bestreitet damit die Hälfte seines gesamten Wär- quartier zum Einsatz. Niedrigtemperaturnetze können auch reicht werden. Im Rahmen der Energiewende sind das Kälte- und das Wärmenetz von einer Energiezentrale.
Wärmequellen mit niedrigerer Temperatur – etwa Abwärme die Leitungsnetze geeignet, um volatil anfallende Dort wird dem Grundwasser mit einer Wärmepumpe ent-
mebedarfs. 2011 wurde die Energiezentrale mit von Rechenzentren – nutzen. Niedrigtemperaturnetze ha- weder Wärme oder Kälte entzogen. Bei günstigen Bedin-
zwei neuen Gasmotoren erweitert, die insgesamt ben aus physikalischen Gründen einen grösseren Leitungs- Energie aus Solar- und Windkraftwerken zu spei- gungen kann die Kälte aus dem Grundwasser auch direkt in
querschnitt, für Niedrig- und Hochtemperatur sind daher das Kältenetz übernommen werden (Freecooling über einen
3100 kW (Strom) und 3400 kW (Wärme) leisten und getrennte Netze nötig.
chern. Wärmenetze sind langfristige Investitionen,
Wärmetauscher).
in das lokale Strom- bzw. Fernwärmenetz einspei- sie haben eine Lebensdauer von 60 bis 80 Jahren.Dachorganisation der Wirtschaft für erneuerbare Energien und Energieeffizienz 20 | 21
Moderne Stromnetze
sind eine Voraussetzung für den Umbau des
Energiesystems.
Das Schweizer Stromnetz muss um- und ausge- Im Bereich der Verteilnetze sieht der Bund folgende Erzeuger Transformator Transformator Transformator Endverbraucher
baut werden – nicht primär wegen der Energie- Aufgaben:
wende, sondern weil es teilweise überaltert ist. • Integration von dezentralen Kraftwerken und fluk-
2 4 6
Nötig sind nicht nur neue Leitungen, sondern auch tuierenden Einspeisern aufgrund der verstärkten
intelligente Netzsteuerungen, mit denen sich die Nutzung erneuerbarer Energien
vorhandenen Kapazitäten besser nutzen lassen. • Entwicklung der Verteilnetze in Richtung intelli-
gente Netze (Smart Grid), um damit eine effizien-
Im September 2003 führte ein Überschlag an der tere Nutzung der vorhandenen Leitungskapazitä-
Lukmanier-Leitung zu einem gravierenden Strom- ten zu ermöglichen
ausfall in Italien. Im Juni 2005 legte die Überlastung • konventioneller Ausbau der Verteilnetze
einer Stromleitung für drei Stunden das SBB-Netz
lahm. Beide Ereignisse liegen Jahre zurück, ha- Neue Speicher ins Netz einbinden
ben aber die Bedeutung eines gut ausgebauten, Wichtige Fragen zum Um- und Ausbau des Schwei-
zuverlässigen Stromnetzes bewusst gemacht. Auf zer Stromnetzes betreffen Landschaftsschutz, Be-
willigungsverfahren, Belastung durch elektromag- 1 3 5 7
der Grundlage von Expertenvorschlägen definierte
der Bundesrat 2009 ein Zielnetz 2015, später wei- netische Felder oder Finanzierung. Nochmals ganz Um auf dem Weg vom Kraftwerk zum Verbraucher (Haushalt, Fabrik) Verluste zu verringern, erfolgt der Stromtransport über längere Strecken bei Höchstspannung (380 Kilovolt[kV],
terentwickelt zum Zielnetz 2020. Letzteres umfasst eigene Herausforderungen an die Weiterentwicklung 220 kV). Dazu dient das Übertragungsnetz (Netzebene 1) mit einer Gesamtlänge von 6700 Kilometern. Betreiberin ist die nationale Netzgesellschaft Swissgrid.
Aus dem Übertragungsnetz gelangt der Strom über die Verteilnetze zu den Kunden: Die überregionalen Verteilnetze (Netzebene 3) werden mit Hochspannung (50 bis 150 kV) be-
52 Um- und Neubauvorhaben (die acht wichtigsten der Netzinfrastruktur stellt die zunehmend dezen- trieben; sie verteilen den Strom an kantonale, regionale und städtische Verteilnetzbetreiber und an grosse Industrieanlagen. Die regionalen Verteilnetze (Netzebene 5) haben Mittel-
spannung (10 bis 35 kV); sie versorgen einzelne Stadtteile oder Dörfer, ebenfalls kleine und mittlere Industriebetriebe. Die lokalen Verteilnetze (Netzebene 7) nutzen Niederspannung
sind auf der folgenden Doppelseite dargestellt). trale Stromeinspeisung durch Solar- und Biogas- (400 oder 230 Volt); sie bringen den Strom in die Haushalte und zu Gewerbebetrieben. Die Verteilnetze erstrecken sich über 250 000 Kilometer. Betreiber sind rund 700 grössere und
kleinere Verteilnetzbetreiber.
anlagen, Holz- und Windkraftwerke. Die stärkere In Unterwerken und Trafostationen formen Transformatoren den Strom von einer Spannung auf eine andere um (Netzebenen 2, 4 und 6). Die SBB arbeiten mit einem eigenen, 2265
Kilometer langen Stromnetz. Seine Spannung beträgt 132 kV, die Frequenz 16,7 Hertz. Das allgemeine Stromnetz wird dagegen mit 50 Hertz betrieben.
Das Energiesystem braucht leistungsfähige Netze Belastung insbesondere der Nieder- und Mittelspan-
Das Zielnetz 2020 berücksichtigt die neuen Anfor- nungsnetze erfordert von den Verteilnetzbetreibern
derungen der Energiewende noch nicht. Dies wird innovative Lösungen, aber auch von Swissgrid, die die Die sieben Ebenen des Elektrizitätsnetzes vom Erzeuger bis zu den Verbrauchern.
erst das Zielnetz 2035 leisten, das Swissgrid zurzeit Stabilität des Gesamtsystems gewährleisten muss.
erarbeitet. Die Stossrichtung ist allerdings schon Ein bedeutender Lösungsansatz sind bestehende und
heute bekannt. Der Bund hat im Rahmen der Ener- neue Zwischenspeicher für Solar- und Windstrom.
giestrategie 2050 die wichtigsten Herausforderun-
gen benannt. Für das Übertragungsnetz sind dies: !
• erheblicher Erneuerungsbedarf (Substanzerhal- ! Erdkabel statt Freileitung
tung), da der Grossteil der schweizerischen Strategie Stromnetze
Der Bau von Freileitungen ist ein starker Eingriff ins Landschafts- Die Verteilnetze sind deutlich länger als das Übertragungsnetz,
Übertragungsleitungen vor mehr als 40 Jahren Im September 2013 hat der Bundesrat die Botschaft zum bild. Entsprechend verbreitet ist der Wunsch nach Erdverlegung allerdings weniger sichtbar, weil 80 % der Leitungen im Boden
erstellt wurde ersten Massnahmenpaket der Energiestrategie 2050 ver- der Stromleitungen. Erdverlegte Höchstspannungsleitungen verlegt sind. Künftig sollen alle Stromleitungen, die weniger als
abschiedet. Als Bestandteil der Energiestrategie lässt der (220 kV/380 kV) gibt es in der Schweiz bisher erst auf drei kurzen 220 kV aufweisen, grundsätzlich unterirdisch gebaut werden.
• punktueller Ausbaubedarf aufgrund von Engpass- Bundesrat eine eigenständige Strategie Stromnetze aus- Abschnitten in Spreitenbach (AG), Mendrisio (TI) und Genf. Zudem Das hat der Bundesrat in der Strategie Stromnetze vorgeschla-
situationen im heutigen Netz arbeiten. Diese enthält Leitlinien für den bedarfsgerechten wird innerhalb des Leitungsbau-Projekts Beznau-Birr im Gebiet gen. Demnach sind neue Stromleitungen der Netzebenen 3, 5
Aus- und Umbau der Netze und die Zuständigkeiten der Be- Riniken (AG) eine Teilverkabelung ausgearbeitet und wissen- und 7 als Erdkabel auszuführen, sofern dies technisch möglich
• Beschleunigung der Genehmigungsverfahren teiligten im Netzplanungsprozess. Bis im Herbst 2014 soll schaftlich begleitet. Die Erdverlegung von Höchstspannungslei- ist und die Gesamtkosten gegenüber den Kosten einer Freilei-
• Sicherstellung der engen Anbindung an Europa eine Gesetzesvorlage zur Umsetzung der Strategie Strom- tungen ist möglich, allerdings technisch anspruchsvoll und teurer tung einen bestimmten Faktor nicht überschreiten.
netze vorliegen. als der Bau von Freileitungen.Sie können auch lesen
