Plan B oder Faktor 10

Transkript

1 Plan B oder Faktor 1 Prof. Dr. Anton Gunzinger Supercomputing Systems AG Technoparkstrasse 1 CH-85 Zürich Tel Fax info@scs.ch Vision trifft Realität. Supercomputing Systems AG Phone Technopark 1 Fax Zürich

2 Ziele Reduktion der nicht erneuerbaren Energieträger um Faktor 1 Reduktion des CO 2 Ausstosses um Faktor 1 Keine Subvention der Mobilität Keine Subvention der Energie Keine AKW s Keine Kostenabwälzung auf nächste Generationen Höhere Energieautonomie der Schweiz Gleichbleibender Lebensstandard Ökologisch sinnvoll, ökonomisch profitabel Nur «ready to use» Technologien Energiepolitische Vorreiterrolle der Schweiz In 2 Jahren umsetzbar Macht Spass 2 Zürich by Supercomputing Systems AG

3 Design Prinzipien 1. Die sauberste, umweltfreundlichste, günstigste Energie ist die Energie, die nicht verbraucht bzw. umgewandelt wird. 2. Nicht erneuerbare Energien sollen möglichst zu 1 % genutzt werden können. 3. Von der Finanzeffizienz (Grundprinzip der Moderne) zur Ressourceneffizienz (Grundprinzip einer nachhaltigen Gesellschaft). 3 Zürich by Supercomputing Systems AG

4 Herausforderungen Wir verbrauchen heute 8% nichterneuerbare Energie (26 TWh/a). Wärme (59 TWh/a Öl und 35 TWh/a Gas) Wir sind auf dem guten Weg (Isolation Faktor 4-5, Wärmepumpe Faktor 4-5, Erneuerungsrate 1%/a) Kernenergie (77 TWh/a Primärenergie 24 TWh/a Strom) wir werden aus ökonomischen Gründen aussteigen Individuelle Mobilität (71 TWh/a) da passiert genau nichts Flugverkehr (18 TWh/a) Wir hier nicht betrachtet 4 Zürich by Supercomputing Systems AG

5 Vergleich: Stromauto - Auto mit Verbrennungsmotor Tesla Porsche Typ Roadster Sport 911 Carrera S Leistung [PS] [kw] auf 1 km/h [s] Gewicht [t] Verbrauch Jahreskosten Energie für 16 km [kwh/1 km] [l/1km] [CHF] Reichweite Ladung/ Tank [km] Ladezeit 5 Zürich by Supercomputing Systems AG 24h (2kW) 3h (16kW) 5 Min

6 Energieeffizienz in der e-mobilität 133 m 2, 21 kwp 11h Sonne/ Jahr 23 1 kwh/ a Wie viele Elektromobile können damit versorgt werden? 6 Zürich by Supercomputing Systems AG

7 Verbrauch von elektrischer Energie in der Schweiz 235 Annahme: Wir wollen wirklich Verbrauch [TWh/a] Verbrauch heute 6 Einsparpotential (25%) -15 Wärme Mehrverbrauch Verbrauch heute: 94 TWh/a (Gas und Öl) Einsparpotential: Isolation Faktor 4, Wärmepumpen Faktor 4 Zusätzlicher Stromverbrauch: 6 TWh/a +6 Mobilität Mehrverbrauch Verbrauch heute: 7 TWh/a Einsparpotential: Verhalten Faktor 2, serieller Hybrid Faktor 4 Rein Elektrizität: 2/3 (Öl 3 TWh), weiterer Faktor 2 gegenüber seriellem Hybrid Zusätzlicher Stromverbrauch: 3 TWh/a TOTAL Bevölkerungswachstum Heute: 7.6 Mio Einwohner; Morgen: 8.5 Mio Einwohner 6 7 Zürich by Supercomputing Systems AG

8 1. Die Speicherfrage Kernkraftwerke liefern Bandstrom. Kann dieser durch hochvolatile Stromerzeuger wie PV und Wind ersetzt werden? Wie viel zusätzlicher Speicher ist in diesem Fall für die Schweiz notwendig? Was kostet der Speicherausbau? Können wir dann noch Stromhandel mit Europa betreiben? Wie kann das Netz mit hochvolatilen Stromerzeugern (PV und Wind) umgehen? 8 Zürich by Supercomputing Systems AG

9 1.1 Vorgehensweise Vorgehensweise aus Sicht eines einfachen Ingenieurs 1. Basis ist Physik (Leistungsbilanz & Energiebilanz) 2. Ziel einer Energiepolitik: sichere und kostengünstige Versorgung mit (erneuerbarer) Energie. Kostengünstig minimale volkswirtschaftliche Kosten (davon profitieren alle) 3. Welche Rahmenbedingungen muss die Politik schaffen, um das System in Richtung minimaler volkswirtschaftlicher Kosten zu bewegen? 9 Zürich by Supercomputing Systems AG

10 1.2 Simulationssystem Wetter (t) Produktion Thermische Kraftwerke E Thermisch P Thermisch Gaskraftwerke (GuD) E GuD P GuD (t) Biomasse E Biomasse P Biomasse Laufwasser- Kraftwerke E Laufwasser P Laufwasser Kernkraft E Kern P Kern Geothermie E Geothermie P Geothermie Photovoltaik E Photo (t) P Photo (t) Wind E Wind (t) P Wind (t) Import Verlustbehaftetes Netz (Transport & Transformation) Export Kurzzeit- Speicher E Kurzzeit (t) P Kurzzeit (t) Speicher- Kraftwerk E Speicher (t) P Speicher (t) Verbraucher E Verbrauch P Verbrauch (t) Regelbare Last E Regelbar (t) P Regelbar (t) Speicher Konsum 1 Zürich by Supercomputing Systems AG

11 1.3 Soll die Schweiz Strom-Selbstversorger sein? + Mehr Entscheidungsspielraum Nicht erpressbar Höhere Handelserträge (Stärkere Position beim Handeln) Vorbildfunktion - Abhängig vom good will der Nachbarländer Erpressbar Kaufdruck bei ungünstigen Bedingungen Tiefere Handelserträge Alles hat einen Preis Das Volk wird entscheiden. 11 Zürich by Supercomputing Systems AG

12 1.4 Simulation: Spielregeln für die Kraftwerke Deckung des Bedarfs nach Prioritäten 1. Thermische Kraftwerke, Laufwasserkraft, Kernkraftwerke (optional) 2. PV (optional) und Wind (optional) 3. Lokale Batterien 4. Pumpspeicherwerke 5. Gaskraftwerke (optional), Biomasse (optional) 6. Stauseen Verwendung bei Überproduktion nach Prioritäten 1. Überschuss in dezentralen Batterien speichern 2. Weiteren Überschuss in Pumpspeicherseen pumpen (Stauseen werden primär für den Jahresausgleich verwendet) 3. Restlicher Überschuss ins Ausland verkaufen 4. «wegwerfen» Lastverschiebung Falls am aktuellen Tag ein Überschuss absehbar ist, soll er zunächst möglichst durch verschobene Last abgefangen werden. 12 Zürich by Supercomputing Systems AG

13 Leistung (GW) Verlauf einer Sommerwoche (nur Solarausbau) Szenario: Solarausbau-B - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Verbrauch (Pumpspeicher) Überschuss ("Waste") Endverbrauch + Verluste Montag (14. Juni) Dienstag (15. Juni) Mittwoch (16. Juni) Donnerstag (17. Juni) Freitag (18. Juni) Samstag (19. Juni) Sonntag (2. Juni) Wochentag git: heads/master--gc8e6897 date :35 13 Zürich by Supercomputing Systems AG

14 Leistung (GW) Verlauf einer Winterwoche (nur Solarausbau) Szenario: Solarausbau-B - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) Defizit Endverbrauch + Verluste Montag (13. Dez) Dienstag (14. Dez) Mittwoch (15. Dez) Donnerstag (16. Dez) Freitag (17. Dez) Samstag (18. Dez) Sonntag (19. Dez) Wochentag git: heads/master--gc8e6897 date :35 14 Zürich by Supercomputing Systems AG

15 Energie (GWh) Energieprodukton im Jahresverlauf (nur Solarausbau) 3 25 Szenario: Solarausbau-B - Energieproduktion im Jahresverlauf (in Tagesauflösung) Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) Defizit Kalenderwoche git: heads/master--gc8e6897 date :35 15 Zürich by Supercomputing Systems AG

16 Füllstand (GWh) Füllstand (GWh) Füllstand der Speicherseen (nur Solarausbau) 1 Szenario: Solarausbau-B Füllstand der Saisonalspeicherseen 2 Szenario: Solarausbau-B Füllstand der Pumpspeicherseen Leistung Kernenergie: 14 Leistung PV: 12 Leistung Wind: 1 Leistung Biomasse: 8 GW 18 GW GW GW 3 6 Überschuss: - 6 TWh Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf 21 Verlauf Morgen Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf Morgen git: heads/master--gc8e6897 date :35 16 Zürich by Supercomputing Systems AG

17 Leistung (GW) Verlauf einer Sommerwoche (Solar und Wind) Szenario: SolarWindAusbau - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Verbrauch (Pumpspeicher) Überschuss ("Waste") Endverbrauch + Verluste Montag (14. Juni) Dienstag (15. Juni) Mittwoch (16. Juni) Donnerstag (17. Juni) Freitag (18. Juni) Samstag (19. Juni) Sonntag (2. Juni) Wochentag git: heads/master--gc8e6897 date :35 17 Zürich by Supercomputing Systems AG

18 Leistung (GW) Verlauf einer Winterwoche (Solar und Wind) Szenario: SolarWindAusbau - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) Verbrauch (Pumpspeicher) Endverbrauch + Verluste Montag (13. Dez) Dienstag (14. Dez) Mittwoch (15. Dez) Donnerstag (16. Dez) Freitag (17. Dez) Samstag (18. Dez) Sonntag (19. Dez) Wochentag git: heads/master--gc8e6897 date :35 18 Zürich by Supercomputing Systems AG

19 Energie (GWh) Energieprodukton im Jahresverlauf (Solar und Wind) 3 25 Szenario: SolarWindAusbau - Energieproduktion im Jahresverlauf (in Tagesauflösung) Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) Kalenderwoche git: heads/master--gc8e6897 date :35 19 Zürich by Supercomputing Systems AG

20 Füllstand (GWh) Füllstand (GWh) Füllstand der Speicherseen (Solar und Wind) 1 Szenario: SolarWindAusbau Füllstand der Saisonalspeicherseen 2 Szenario: SolarWindAusbau Füllstand der Pumpspeicherseen Leistung Kernenergie: GW 14 Leistung PV: 18 GW 12 Leistung Wind: 4.5 GW 1 Leistung Biomasse: GW Überschuss: -.8 TWh Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf 21 Verlauf Morgen Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf Morgen git: heads/master--gc8e6897 date :35 2 Zürich by Supercomputing Systems AG

21 Leistung (GW) Verlauf einer Sommerwoche (Solar, Wind und Biomasse) Szenario: Erneuerbar-A - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Verbrauch (Pumpspeicher) Überschuss ("Waste") Endverbrauch + Verluste Montag (14. Juni) Dienstag (15. Juni) Mittwoch (16. Juni) Donnerstag (17. Juni) Freitag (18. Juni) Samstag (19. Juni) Sonntag (2. Juni) Wochentag git: heads/master--gc8e6897 date :35 21 Zürich by Supercomputing Systems AG

22 Leistung (GW) Verlauf einer Winterwoche (Solar, Wind und Biomasse) Szenario: Erneuerbar-A - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Biomasse) Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) Verbrauch (Pumpspeicher) Endverbrauch + Verluste Montag (13. Dez) Dienstag (14. Dez) Mittwoch (15. Dez) Donnerstag (16. Dez) Freitag (17. Dez) Samstag (18. Dez) Sonntag (19. Dez) Wochentag git: heads/master--gc8e6897 date :35 22 Zürich by Supercomputing Systems AG

23 Energie (GWh) Energieprodukton im Jahresverlauf (Solar, Wind und Biomasse) 3 25 Szenario: Erneuerbar-A - Energieproduktion im Jahresverlauf (in Tagesauflösung) Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Biomasse) Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) Kalenderwoche git: heads/master--gc8e6897 date :35 23 Zürich by Supercomputing Systems AG

24 Füllstand (GWh) Füllstand (GWh) Füllstand der Speicherseen (Solar, Wind und Biomasse) 1 Szenario: Erneuerbar-A Füllstand der Saisonalspeicherseen 2 Szenario: Erneuerbar-A Füllstand der Pumpspeicherseen Leistung Kernenergie: GW 14 Leistung PV: 13.5 GW 3.6 GW 1. GW 12 Leistung Wind: 1 Leistung Biomasse: 8 Überschuss: 6.3 TWh Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf 21 Verlauf Morgen Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf Morgen git: heads/master--gc8e6897 date :35 24 Zürich by Supercomputing Systems AG

25 2.4 CH Energie-Autonomie Wasserjahre CH Energieautark CH Energie- Import 25 Zürich by Supercomputing Systems AG

26 TWh Elektrischer Energieverbrauch Elektrischr Energieverbrauch Auto el [TWh] Wärme Gas el [TWh] Wärme Öl el [TWh] Strom allg. [TWh] Zürich by Supercomputing Systems AG

27 TWh Import nichterneuerbarer Energie Import nicht erneuerbarer Energie Auto [TWh] Wärme Gas [TWh] Wärme Öl [TWh] Kern [TWh] Flug [TWh] Zürich by Supercomputing Systems AG

28 Elektrizitätsproduktion Biomasse [TWh] Wind [TWh] PV [TWh] Kern [TWh] KVA [TWh] Speicherseen [TWh] Laufwasser [TWh] Stromverbrauch 28 Zürich by Supercomputing Systems AG

29 CO2 Mt CO2 Ausstoss CO2 Ausstoss Auto [Mt] Wärme Gas [Mt] Wärme Öl [Mt] Flug [Mt] Zürich by Supercomputing Systems AG

30 Importkosten Flug [MCHF] Auto [MCHF] Wärme Gas [MCHF] Wärme Öl [MCHF] Kostenentwicklung Zürich by Supercomputing Systems AG

31 Zusammenfassung Kernthesen 1. Es macht ökonomisch und ökologisch Sinn, unser Energiesystem auf erneuerbare Energie umzubauen (das Geld im eigenen Land investieren). 2. Der Verbrauch nichterneuerbarer Energie kann in der Schweiz um den Faktor 9 reduziert werden (bei 12% Bevölkerungswachstum) 3. Der CO 2 -Ausstoss kann um den Faktor 6.5 auf 1t/Einw.& Jahr reduziert werden (ohne Flugverkehr) 4. In den Schweizer Alpen kann mit Photovoltaik ebenso viel Energie gewonnen werden wie in der Sahara. 5. Die Schweiz kann sich zu 1% mit erneuerbarem Strom versorgen (Wasser, Sonne, Wind, Biomasse). 6. Die volkswirtschaftlichen Kosten der Elektrizität der verschiedenen Energieszenarien liegen in vergleichbarem Rahmen. 7. «Packen wir s an» 31 Zürich by Supercomputing Systems AG

32 Was können wir tun? 1. Häuser isolieren (Faktor 5) (machen wir schon) 2. Wärmepumpe (Faktor 4) (machen wir schon) 3. Renovationsrate 2%/a (wir machen 1%/a) 4. Mobilitätsverhalten (Faktor 2) (machen wir noch nicht) 5. Leichtere Fahrzeuge (Faktor 1.5) (machen wir noch nicht) 6. Elektrofahrzeuge (Faktor 8) (machen wir noch nicht) 7. Abschaltung Atomkraftwerke (machen wir langsam) 8. Ausbau erneuerbarer Energie (machen wir langsam) 9. Abschaffung von Steuerprivilegien (Mobilität) (machen wir noch nicht) 1. Kostenwahrheit Mobilität (machen wir noch nicht) 11. Ökologische Steuerreform? 32 Zürich by Supercomputing Systems AG

33 Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 33 Zürich by Supercomputing Systems AG