Energie im Strom ohne Wärme geht es nicht

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1 Willkommen Welcome Bienvenue Empa System Energie im Strom ohne Wärme geht es nicht Urs Elber Geschäftsführer Forschungsschwerpunkt «Energie», Empa Forschungs-Schwerpunkte der Empa Gesundheit & Leistungsfähigkeit Nanostrukturierte Materialien Nanotechnologie / Instrumente & Werkzeuge Analytische & messtechnische Methoden Nachhaltigkeit, Zuverlässigkeit & Sicherheit Adaptive Systeme Computermodellierung Natürliche Ressourcen & Schadstoffe Energie Sustainable Built Environment 1

2 Forschungs-Schwerpunkt «Energie» Energieeffizienz: Effiziente Gebäude & Nachhaltige Mobiltät Gebäude Technologien Retrofit Technologies Mobility & Fuels Technologies Energieproduktion: PV, Umwandeln & Speichern Photovoltaics (CIGS) WärmespeicherTechnologien Wasserstoff Speicher Technologien Integrierte Multi- Energie Systeme Multi Energie Modellierung Energie Management Integration Campus - Infrastruktur Nachhaltigkeits- Assessments Energieverbrauch im Vergleich zum Entwicklungsstand Energieverbrauch vs. HDI Bereich der nachhaltigen Entwicklung Human Devekopment Index HDI 1.00 Andorra Cuba ,5 Erden 5 Erden Switzerland South Africa Liberia USA Bahrain Human Development Index HDI: - Lebenserwartungs-Index - Schulbesuchsdauer-Index - Bildungs-Index - Einkommens-Index Trinidad and Tobago Iceland Qatar Energy [kwh/pers*year] 2

3 Situation Schweiz Fernwärme, KVA, Holz, ee Industrie, Landwirtschaft Mobilität und Gebäude sind die «Driver» Quelle: BfE, Analyse des schweizerischen Energieverbrauchs nach Verwendungszwecken Energiesystem Schweiz - Elektrizität - Exporte im Sommer - Importe im Winter Produktion SO/AG Residuallast (+/-) Quelle: Dr. Sinan Teske, Empa (Daten Swissgrid) 3

4 30. Juni :00 Uhr CH-Produktion: 28.1 g CO2-eq/kWh Strommenge in MWh - Export - Import nicht Endkunden - Import Endkunden - CH Produktion nicht Endkunden - CH Produktion Endkunden Tageszeit in Stunden 2. Februar :00 Uhr Importstrom aus D: g CO2/kWh Mit diesem Strom : WP mit COP 3 =~ 70 g CO 2 / kwh th Strommenge in MWh - Export - Import CO 2 Gehalt nicht Strom: Endkunden Kernkraft - Import Wasserkraft Endkunden Wind - CH Produktion Solar nicht Endkunden - CH Produktion Endkunden g CO 2 /kwh g CO 2 /kwh ~ g CO 2 /kwh ~ g CO 2 /kwh CO 2 Gehalt Brennstoffe: Steinkohle: 334 g CO 2 /kwh Heizöl: 265 g CO 2 /kwh Erdgas: 202 g CO 2 /kwh Tageszeit in Stunden 4

5 Marktanteile Heizungssysteme Mehrfamilienhäuser 88.1% 11.9% Quelle: Wüest&Partner, BfE, 2016 Marktanteile Heizungssysteme Mehrfamilienhäuser Ersatz: 61.3% 22.8% Quelle: Wüest&Partner, BfE,

6 Marktanteile Heizungssysteme Mehrfamilienhäuser 120 Heizölpreis Ersatz: 61.3% % Quelle: Wüest&Partner, BfE, 2016, Heizölvereinigung, 2016 Handlungsoptionen mit stochastischer Erzeugung 4. Energie in andere Formen umwandeln - dezentral auf Quartierebene für unmittelbaren Verbrauch - zentral: für (saisonale) Speicherung - thermische Speicherung Andere Energieträger, andere Märkte 2. Energie speichern und später verwenden - dezentral auf Haus/- Quartier ebene: Stunden - zentral: Tage, saisonal (PtG, thermisch) Saisonaler Speicherbedarf Strom 4,5 9 TWh 3. Verbrauchs - Verlagerung/ - Steuerung - Effizienz - limitierte Möglichkeiten, vor allem bei saisonaler Verlagerung 1. Energie kappen - Kosten ohne Ertrag - keine zus. Netzbelastung Verwendung der «Peak Energie» ist ein Schlüssel zur erneuerbaren Energieversorgung Marktsimulation Szenario «Sun 2035», Swissgrid 6

7 Ehub_DE_Beamer1_converted.mp4 (Befehlszeile) Modulares Gebäude NEST Praxislabor und Demonstrator Nächste Evolution in nachhaltigen Gebäude Technologien Umwelt Neue Materialien und Systeme Smart Building Technologies GebäudeHülle Energie Raumklima Wasserverbrauch 7

8 Aktuelle «move»-projekte Future Mobility Demonstrator & Forschungsplattform PtX-Studie Schweiz 3D-Visualisierung: AtlasCopco Schweiz AG/Empa Realverbrauch / Carsharing 350 bar HCNG- Praxiserprobung 350 Bar H 2 - Kehrfahrzeug Batteriespeicher für EVs 700 Bar H 2 - Personenwagen Deckung Heizenergiebedarf Campus Empa Erdgas / Biogas Direkte Nutzung Abwärme EWS BHKW Heizenergiebedarf Abwärme (Überschuss in EWS) Nutzung Abwärme über WP 8

9 (Systemische) Energieforschung Empa Forschung an Einzeltechnologien (Batterien/Materialien, PV, Solid Oxyd Fuel Cells (als BHKW), hochkonzentrierte Wärmespeicher, etc. Mobilität: Optimierung bestehende und neue Antriebssysteme, Kombinationen aus erneuerbaren und fossilen Treibstoffen, Wasserstoff Mobilität, neue Sharing Modelle, Verbrauchsmodellierung für zuküntige Technologien, etc. Energiesysteme auf Gebäude bis Quartierlevel: Dynamisches Zusammenspiel bestehender und zukünftiger Technologien (diverse Erdwärmespeicher, Microgrids, Batterien, PV, diverse BHKW, neue Arten von Wärmenetzten und Wärmepumpen, etc.), Kombination mit urbanem Mikroklima, Modellierung, Validierung in den Demonstratoren, entwickeln von Regelregimes und Algortihmen. Demand-Modellierung für zukünftige Quartiere. «Bottum-Up» Analyse des Impacts lokaler Entwicklungen auf übergeordnete Energiesysteme (lokale, validierte Modelle in bestehende Netzdaten einsetzen und Auswirkungen erforschen) Demand driven Analyse und Modellierung von neuen Energie- Netzstrukturen auf Basis Green Field Approach. Praxislabore, Forschungsplattformen und Demonstratoren auf dem Empa- Campus (in Planung) ESI Areal Energy System 9

10 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Empa Swiss Federal Laboratories for Materials Science and 10