Leitung: Betreuung: Sven Erik. Zürich, 1. Juli

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Kirsten Schäfer
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1 Standortpotentiale der Schweiz für erneuerbare Energie in Masterarbeit in Raumentwicklung und Infrastruktursysteme von Philipp Renggli Leitung: Betreuung: Prof. Dr. Adrienne Grêt Regamey Bettina Weibel, Sven Erik Rabe Zürich, 1. Juli 2013

von Philipp Renggli Leitung: Betreuung: Prof. Dr.

2 Vorwort In meinem Studium in Raumentwicklung und Infrastruktur bin ich immer wieder auf äusserst interessante und komplexe Problemlösungen gestossen, in welchen verschiedenste Aspekte und Akteure eine Rolle spielten. Eine möglichst umfassende und objektive Betrachtungsweise einer Problemsituation ist äusserst wichtig, um eine nachhaltige Lösung zu finden. Gerade in der Energieproduktion mittels erneuerbaren Energien gibt es jedoch oft Fehleinschätzungen bezüglich der Umweltverträglichkeit oder den Auswirkungen auf die Gesellschaft, da oftmals zu wenige Gesichtspunkte berücksichtigt werden. Deshalb bin ich Prof. Dr. Adrienne Grêt Regamey sehr dankbar, dass ich die Chance bekommen habe, meine Masterarbeit in einem solch spannenden Themabereich zu absolvieren, welcher auch einen engen Bezug zu meinem Bachelorstudium in Umweltingenieurswissenschaften herstellt. Weiterhin möchte ich mich herzlich bei Bettina Weibel und Sven Erik Raabe für ihre ausserordentlich gute Betreuung während der Arbeit danken. I

Gerade in der Energieproduktion mittels erneuerbaren Energien gibt es jedoch oft Fehleinschätzungen bezüglich der Umweltverträglichkeit oder den Auswirkungen auf die Gesellschaft, da oftmals zu

3 Zusammenfassung Am 25. Mai 2011 beschloss der Bundesrat den schrittweisen Atomausstieg. Um dies zu erreichen, werden in der Energiestrategie 2050 Stromsparziele definiert (UVEK, 2011). Sparen alleine reicht jedoch nicht aus. Es müssen Ersatzmöglichkeiten zum Atomstrom gefunden werden. Dabei sollen gleichzeitig auch Klimaziele erreicht werden. So soll der Ausstoss von Klimagasen um mindestens 20 % bis zum Jahre 2020 gegenüber 1990 reduziert werden (BAFU, 2013). Deshalb können fossile Brennstoffe nicht die alleinige Alternative sein. Ein wesentlicher Teil der Energieproduktion soll gemäss der Energiestrategie 2050 über zusätzliche, erneuerbare Energien bereitgestellt werden. Konkrete Ausbauvorhaben bezüglich der Produktion von erneuerbaren Energien sind jedoch oft politisch umstritten. Gerade seitens der Umweltschutzorganisationen gibt es immer wieder Einwendungen, denn auch die grünen Energien bewirken Veränderungen in der Landschaft und haben teilweise unerwünschte Emissionen, wie beispielsweise Lärm von Windkraftanlagen. Die Standortfindung beinhaltet somit ein grosses Konfliktpotential. Möglichst alle Interessen der verschiedenen Akteure während der Problemlösung zu berücksichtigen, ist eine grosse Herausforderung. Die vorliegende Arbeit soll einerseits die Potentiale der erneuerbaren Energien aufzeigen und anderseits eine Standortfindung unterstützen. Dazu wird das energetische Potential von Windkraft, Kleinwasserkraftwerken, Photovoltaikanlagen und Biomasse aus der Forstwirtschaft sowie von Energiepflanzen ermittelt. Dieses Potential wird anderen, konkurrierenden Landnutzungen gegenübergestellt. Explizit werden die Naherholung, die Ästhetik, die Landwirtschaft sowie verschiedene Schutzgebiete berücksichtigt. Mit verschiedenen Gewichtungen der betrachteten Landnutzungsformen wird versucht, die unterschiedlichen Ansichten der landschaftlichen Nutzung zu simulieren. So können Standorte eruiert werden, an welchen eine besonders hohe Energieerzeugungsrate zu erwarten ist, die jedoch gleichzeitig die anderen Interessen an der Landschaft möglichst wenig stören. Die Resultate zeigen, dass die Windkraft mit einer sehr hohen Ertragsrate pro Flächeneinheit überzeugen kann. Speziell im Bereich des Juragebirges sind beträchtliche Potentiale vorhanden, welche auch grosse Windparks ermöglichen würden. Jedoch sind in diesem Gebiet zahlreiche Schutzgebiete zu finden und die hohen Windkraftanlagen sind weithin zu sehen. Die Studie zeigt, dass auch ohne eine grossflächige, energetische Windkraftnutzung im Jura genügend Potential von der Windenergie ausgeht. II

So soll der Ausstoss von Klimagasen um mindestens 20 % bis zum Jahre 2020 gegenüber 1990 reduziert werden (BAFU, 2013). Deshalb können fossile Brennstoffe nicht die alleinige Alternative sein.

4 Solaranlagen auf freiem Felde werden wegen des Verlustes von wertvollem Kulturland kontrovers diskutiert. Doch selbst Dächer und Fassaden des bestehenden Gebäudeparks bieten ein immenses Potential für Photovoltaikanlagen, so dass kein Landwirtschaftsland tangiert wird. Die Stromgewinnung aus Energiepflanzen erscheint infolge des zu geringen Ertrages weniger sinnvoll. Auch die Forstwirtschaft liefert im Vergleich zu anderen Energieformen keine guten Ertragsraten. Jedoch können die bestehenden, durch das Waldgesetz geschützten Waldflächen durchaus auch zur Energiegewinnung genutzt werden. Die Wasserkraft ist mit einem Strommixanteil von 54 % bereits heute der wichtigste Energieträger (BFE, 2012). Ein weiterer Ausbau ist möglich und erstrebenswert. Denn sowohl die Photovoltaik, wie auch insbesondere die Windkraft haben eine stochastische Produktionsrate im Tagesverlauf. Die daraus resultierenden Defizite zwischen Angebot und Nachfrage können durch Speicher, und Pumpspeicherkraftwerke abgedeckt werden. Würden alle unerschlossenen Potentiale der verschiedenen erneuerbaren Energieformen genutzt, könnte der zukünftige, schweizerische Energieverbrauch gleich mehrfach abdeckt werden. Speziell die Windkraft kann durch ihre hohen Erträge pro Flächeneinheit überzeugen und sollte in den energiepolitischen Überlegungen eine wichtige Rolle spielen. Die gebäudegebundene Photovoltaik sowie die Wasserkraft stellen als gute Ergänzung ein weiteres potentielles Standbein dar, in das investiert werden könnte. III

Die Stromgewinnung aus Energiepflanzen erscheint infolge des zu geringen Ertrages weniger sinnvoll. Auch die Forstwirtschaft liefert im Vergleich zu anderen Energieformen keine guten Ertragsraten.

5 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Die Energiestrategie 2050 als Ausgangslage zur Zielsetzung der Arbeit Windkraft Wasserkraft Solarenergie Biomasse Geothermie Methodik Generelles Vorgehen Windkraft Wasserkraft Solarenergie Globalstrahlung Gebäudegebundene Anlagen Freistehende Anlagen Energie aus der Forstwirtschaft Energiepflanzen Naherholung Ästhetik Landwirtschaft Schutzgebiete Verknüpfung der Teilmodelle Ergebnisse Windkraft Wasserkraft Solarenergie Gebäudegebundene Anlagen IV

.. 16 2.4.3 Freistehende Anlagen... 18 2.5 Energie aus der Forstwirtschaft... 19 2.6 Energiepflanzen... 22 2.7 Naherholung... 26 2.8 Ästhetik... 26 2.9 Landwirtschaft... 29 2.

6 3.3.2 Freistehende Anlagen Energie aus der Forstwirtschaft Biomasse Ästhetik Landwirtschaft Schutzgebiete Verknüpfung der Teilmodelle Erläuterung zur Verknüpfung der Teilmodelle Windkraft Wasserkraft Freistehende Photovoltaik Bioenergie aus der Forstwirtschaft Bioenergie aus Miscanthus Pflanzen Diskussion und Schlussfolgerung Ausblick Glossar Quellenangaben Literaturverzeichnis GIS Daten Anhang V

.. 46 3.9.4 Freistehende Photovoltaik... 47 3.9.5 Bioenergie aus der Forstwirtschaft... 48 3.9.6 Bioenergie aus Miscanthus Pflanzen.

7 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Ertrag verschiedener Windkraftanlagen in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit... 7 Abbildung 2: Ertrag verschiedener Windkraftanlagen im Verhältnis zum Flächenbedarf... 9 Abbildung 3: Modell Windenergie Abbildung 4: Modell Wasserkraft Abbildung 5: Eignungsmodell für die Wasserkraftnutzung Abbildung 6: Modell gebäudegebundene Solaranlagen Abbildung 7: Modell freistehende Solarkraftanlagen Abbildung 8: Modell Forstwirtschaft Abbildung 9: Modell Biomasse Abbildung 11: Standorte "B" Abbildung 10: Modell Ästhetik Abbildung 12: Modell Landwirtschaft Abbildung 13: Potential Windkraft Abbildung 14: Potential Kleinwasserkraftwerke Abbildung 15: Potential gebäudegebundener Photovoltaikanlagen Abbildung 16: Potential freistehender Photovoltaikanlagen Abbildung 17: Potential der Stromerzeugung aus der Forstwirtschaft Abbildung 18: Wärmeerzeugungspotential der Miscanthus Pflanze Abbildung 19: Totales energetisches Potential von Zuckerrüben Abbildung 20: Sensibilität der Ästhetik Abbildung 21: Sensibilität der Ästhetik bezüglich Windkraftanlagen Abbildung 22: Landwirtschaftliches Einkommen Abbildung 23: Schutzwürdigkeit Abbildung 24: Kombinierte Betrachtung, Windkraft Gewicht Abbildung 25: Kombinierte Betrachtung, Kleinwasserkraftwerke Abbildung 26: Kombinierte Betrachtung, freistehende Photovoltaik, Gewicht Abbildung 27: Kombinierte Betrachtung, Forstwirtschaft Gewicht Abbildung 28: Kombinierte Betrachtung, Miscanthus Gewicht Abbildung 29: Übersicht zur Standorteignung der verschiedenen Energieformen VI

.. 12 Abbildung 5: Eignungsmodell für die Wasserkraftnutzung... 14 Abbildung 6: Modell gebäudegebundene Solaranlagen... 17 Abbildung 7: Modell freistehende Solarkraftanlagen.

8 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Geothermietechnologien... 5 Tabelle 2: Kriterienwahl für die Modellierung der landschaftlichen Auswirkung... 6 Tabelle 3: Berechnung Flächenbedarf Windkraftanlagen... 8 Tabelle 4: Jährlicher Produktionsverlust durch Vereisung... 9 Tabelle 5: Schutzgebiete für Modell Wasserkraft Tabelle 6: Klassifizierung der Schutzwürdigkeit und der Energiemenge für die Wasserkraft Tabelle 7: Klassifizierung Globalstrahlung Tabelle 8: Solararchitektonische Abschätzung für die Potentialberechnung von gebäudegebundenen Photovoltaikanlagen Tabelle 9: Einteilung der Waldmischgradklassen Tabelle 10: Prozentualer Anteil der Baumteile Tabelle 11: Energieholznutzung nach Region für Nadelholz Tabelle 12: Energieholznutzung nach Region für Laubholz Tabelle 13: Flächenbezogene Energieerträge der Energiepflanzen Tabelle 14: Standortfaktoren Energiepflanzen Tabelle 15: Landwirtschaftlicher Ertrag in Abhängigkeit der Regionen Tabelle 16: Gewichte der Schutzwürdigkeiten Tabelle 17: Schutzgebiete Tabelle 18: Umrechnung der Eingabedatenwerte der Modelle in eine einheitliche Skala Tabelle 19: Energiezielwerte für die Windkraft, Forstwirtschaft und gebäudegebundene Photovoltaik VII

.. 13 Tabelle 6: Klassifizierung der Schutzwürdigkeit und der Energiemenge für die Wasserkraft... 15 Tabelle 7: Klassifizierung Globalstrahlung.

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