Aus- und Umbau der Wasserkraft: Potential und Grenzen

Transkript

1 Aus- und Umbau der Wasserkraft: Potential und Grenzen Alfred Wüest Eawag: Das Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereichs

2 Künftiger Strombedarf Schweiz Energy Science Center ETHZ 2011

3 Inhalt 1. Was leistet die Wasserkraft heute? 2. Künftige Stromproduktion 3. Auswirkungen auf die alpinen Flüsse 4. Künftige Rolle der Wasserkraft 5. Ökologie UND Ökonomie? 6. Ausblick

4 Hydroelektrische Nutzung Schweiz BFE 2011

5 Energieverbrauch Schweiz (TJ) Elektrizität Treibstoffe Erdölbrennstoffe

6 Tagesverlauf Stromproduktion / Konsum GW 14 Produktion Verbrauch, Austausch 12 Speicherkraft Ausfuhrüberschuss Verbrauch Speicherpumpen Einfuhrüberschuss Laufkraft 4 Kernkraft 2 Landesverbrauch andere Quelle: BFE 2010

7 Was leistet die Wasserkraft heute? Zusammenfassung o 55 % der gesamten Stromproduktion (40% Kernkraft) o installierte Leistung 13.4 GW (Jahresproduktion 36 TWh/a) o Laufkraftwerke: o Speicherkraftwerke: o Pumpspeicherkraftwerke: 47 % der Produktion 49 % der Produktion 4% der Produktion

8 Was leistet die Wasserkraft heute? Schlussfolgerungen Laufkraftwerke erbringen ~½ der Stromproduktion-WK Regelung/Ausgleich durch Speicherkraftwerke hat Grenzen Notwendigkeit der Pumpspeicherkraftwerke Faktum: Schwall-Sunk

9 Inhalt 1. Was leistet die Wasserkraft heute? 2. Entwicklung künftige Stromproduktion 3. Auswirkungen auf die alpinen Flüsse 4. Künftige Rolle der Wasserkraft 5. Ökologie UND Ökonomie? 6. Ausblick

10 Künftiger Strombedarf Schweiz Energy Science Center ETHZ 2011

11 Stromproduktion Deutschland März 2012 EEX 2012

12 Die solare Zukunft? Solare Zukunft Utopie oder Wirklichkeit? o Verzicht Kernkraft: -24 TWh/a (von total 60 TWh/a) o steigender Stromverbrauch o Strom Neue Erneuerbare Energien (NEE): ~40 TWh/a o Zusätzliche NEE: Wind, WK, Geothermie nur einige TWh/a Schlussfolgerungen o PV installierte Leistung von ~40 GWSpitze nötig (für~30 TWh/a) o kurzfristig zu erwartende Schwankungen ~20 GW o könnte von Wasserkraft heute NICHT ausgeglichen werden

13 Stromproduktion Deutschland März 2012 EEX 2012

14 Solarstrom Schweiz Zubau Leistung pro Jahr (MW) Aktuelle Kapazität: 100 MW Spitze (30%/a Wachstum) BFE 2011

15 Inhalt 1. Was leistet die Wasserkraft heute? 2. Entwicklung künftige Stromproduktion 3. Auswirkungen auf die alpinen Flüsse 4. Künftige Rolle der Wasserkraft 5. Ökologie UND Ökonomie? 6. Ausblick

16 Schwall-Sunk unterhalb Restwasserstrecke Bild: A. Peter 2011

17 Bild: A. Peter 2011

18 Schwall-Sunk: Beispiele Vorderrhein - Ilanz

19 Schwall-Sunk in natürlicher Morphologie Bilder: A. Peter 2012

20 G. Unfer, BoKu Wien 2011

21 Zweites Beispiel zu den Auswirkungen von Schwall Sunk

22 Bedeutende Schwall-Sunk Strecken Quelle: SWV

23 Inhalt 1. Was leistet die Wasserkraft heute? 2. Entwicklung künftige Stromproduktion 3. Auswirkungen auf die alpinen Flüsse 4. Künftige Rolle der Wasserkraft 5. Ökologie UND Ökonomie? 6. Ausblick

24 Künftige Rolle Wasserkraft solare Zukunft? Zur Erinnerung PV installierte Leistung von ~40 GW Spitze nötig (~30 TWh/a) Kurzfristig zu erwartende Schwankungen ~20 GW Könnte von WK heute nicht ausgeglichen werden

25 Künftige Rolle Wasserkraft zusätzliches Potential BFE 2012 und NGO s

26 Künftige Rolle Wasserkraft Pumpspeicherkraftwerke

27 Lago Poschiavo H = 962 V = 110 Verbleib = 40 bis 90 Tage (natürlich: ½ Jahr) Lago Bianco 2234 m üm 22 Mio m3 10 bis 30 Tage (natürlich: 1 Jahr)

28 Kritische Faktoren bei PSKW Beide Becken = künstliche Stauseen Beispiele: Emosson - Vieux Emosson Räbo - Oberaarsee unkritisch kaum Effekte auf unterliegende Gewässer Oberes Becken = natürlicher See Beispiel: Limmern - Muttsee gewaltige Seespiegelschwankungen kaum Effekte auf unterliegende Gewässer

29 Kritische Faktoren bei PSKW U-Becken = natürlicher kleiner See Beispiel: Lagi Poschiavo - Bianco Seespiegelschwankungen Zusätzliche Erwärmung, Trübung U-Becken = natürlicher grosser See Beispiel: Brienzersee - Räbo Geringe Effekte auf See Effekte auf unterliegenden Fluss

30 Inhalt 1. Was leistet die Wasserkraft heute? 2. Entwicklung künftige Stromproduktion 3. Auswirkungen auf die alpinen Flüsse 4. Künftige Rolle der Wasserkraft 5. Ökologie UND Ökonomie? 6. Ausblick

31 Zusammenhang Schwall-Sunk Markt Diss: M Bieri 2012 A. Schleisss EPFL

32 Natürliche Morphologie Schwall-Sunk

33 Fischrefugien in Böschungen bei Schwall-Sunk Diss: JM Ribi, 2011 A. Schleiss EPFL

34 Beruhigungsbecken

35 Ausgleichsbecken Dimensionen Fläche 1 km 2 Volumen 8 Mio m 3 KTI-Forschungsprojekt «Synergie» Schleiss EPFL Kosten: 200 Mio Chf. Zus. Energie 0.04 TWh/a

36 Ausgleichsbecken Ausgleichs- Becken Landbedarf (grosse alp Flüsse) für Q max / Q min = 5:1 Volumen 4 Mio m 3 / 32 Mio m 3 Fläche ~ 1 km 2 / viele km 2 Quelle: VAW-EPFL 2006

37 Praktische Forschungsfragen Schwall-Sunk Alpine Flüsse Welche zeitliche Dynamik ist akzeptabel? Maximale Sohl-Schubspannung? Welche Verhältnisse Q max / Q min? Randbedingungen bei Revitalisierung? Beruhigungs- / Ausgleichsbecken Minimalanforderungen (Grösse, Wirtschaftlichkeit, etc)? Pumpspeicherkraftwerke Minimalanforderungen (Seespiegel, Temperatur, Partikel) Verbesserungen für parallele Flüsse?

38 Inhalt 1. Was leistet die Wasserkraft heute? 2. Entwicklung künftige Stromproduktion 3. Auswirkungen auf die alpinen Flüsse 4. Künftige Rolle der Wasserkraft 5. Ökologie UND Ökonomie? 6. Ausblick und Herausforderungen

39 Ausblick Prioritätenliste 1. Ausbau des Leitungsnetzes 2. Aufbau PV 3. PSKW 4. Massnahmen Schwall-Sunk 5. Ausbau WK Spitzenproduktion 6. Elimination der «Winterlücke»

40 Kosten des Umbaus Leitungsnetz FV Kap-Ausbau PSKW Schwall-Sunk 18 Mia 60 Mia 40 Mia 10 Mia 1 Mia Investitionen Stromsektor 3 bis 4 Mia / a

41 Schlussfolgerung Win-Win Situation ist möglich 1. Künftige Kombination WK-Solar möglich 2. In nächsten 30 a gewaltige Investitionen 3. Massnahmen gegen Schwall-Sunk im Vergleich günstig 4. Ausbau Spitzenproduktion und PSKW nötig 5. Ausgleich Sommer/Winter ruft nach Vision

42 Ein Dankeschön! Armin Peter Stefan Vollenweider, WA21 Steffen Schweizer, KWO Tony Schleiss, EPFL Bernhard Wehrli Martin Schmid Matteo Bonalumi Ralf Kägi Flavio Anselmetti, UniBe