Kann und soll sich die Schweiz mit erneuerbarer Energie selber versorgen?

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1 Kann und soll sich die Schweiz mit erneuerbarer Energie selber versorgen? 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 Herausforderungen Wir SchweizerInnen 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 2 Zürich by Supercomputing Systems AG 1

2 Berechnung der Kosten für Solarenergie Kostenentwicklung laut IEA (eher zu hoch) Weitere Kostenreduktion mit 1%/a Minimale Kosten CHF 1/ kwp Verzinsung: 3% Amortisation: 25 Jahre Unterhalt: 1% Variante 2: Investitionsreduktion durch Steuerermässigung 2% Variante 3: Investitionsreduktion durch Steuerermässigung 2% & Anschubfinanzierung 3% Vergleich mit Haushalttarif (Zürich, 214): 16 Rp/kWh Vergleich mit Industrietarif (Zürich, 214): 11.5 Rp/kWh 3 Zürich by Supercomputing Systems AG Kostenentwicklung PV 4 Zürich by Supercomputing Systems AG 2

3 Kostenvergleich Öl, Gas und Wärmepumpe Wie viel kostet (Vollkosten) eine neue Heizung? Ölheizung, Gasheizung, Wärmepumpe (mit Strom aus PV) EFH: 16 m 2 Heizlaststunden: 25 h Szenario: Durchschnittshaus CH, renoviert, Verbrauch Öl 1 l/m 2 und Jahr, Heizungstemperatur 5ºC Öl Preis: Kurve HEV Schweiz Gas Preis: Kurve HEV Schweiz Solarpreis: IEA (eher zu hoch) Gesamt-Kosten für Heizung (inkl. Amortisation & Unterhalt) Steuerersparnis auf Investitionen: 2% 5 Zürich by Supercomputing Systems AG Kostenvergleich Rennovation mit 1 l/m 2 und Jahr (mit Steuerabzug 2%) 6 Zürich by Supercomputing Systems AG 3

4 Kostenvergleich Rennovation mit 1 l/m 2 und Jahr (mit Steuerabzug 2%) 7 Zürich by Supercomputing Systems AG Kostenvergleich Öl, Gas und Wärmepumpe Wie viel kostet (Vollkosten) eine neue Heizung? Bei Vollkostenrechnung ist heizen mit Öl heute immer am teuersten Ökologisch heizen lohnt sich heute für die Hauseigentümerin in jedem Fall Für den Vermieter ist Gas am billigsten, gefolgt von Öl 8 Zürich by Supercomputing Systems AG 4

5 Kostenvergleich Mobilität Wie viel kostet (Vollkosten) Energie für die Mobilität? Personenwagen, 14 kg Jahresfahrdistanz: 16 km Fahrzeuge: Benzinfahrzeug laut Prospekt Benzinfahrzeug real Benzinfahrzeug, «Off Roader» Benzinfahrzeug mit Öl aus Fracking Serieller Hybrid Elektrofahrzeug, Strom aus Kohle (33% Wirkungsgrad) Elektrofahrzeug, Strom aus Kohle (48% Wirkungsgrad) Elektrofahrzeug, Strom aus Gas Elektrofahrzeug, Strom aus PV Wie viel CO 2 wird dabei produziert? 9 Zürich by Supercomputing Systems AG Energiekosten Mobilität 1 Zürich by Supercomputing Systems AG 5

6 CO 2 Mobilität 11 Zürich by Supercomputing Systems AG Energiekosten für Mobilität 12 Zürich by Supercomputing Systems AG 6

7 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 13 Zürich by Supercomputing Systems AG 24h (2kW) 3h (16kW) 5 Min Energieeffizienz in der e-mobilität 133 m 2, 21 kwp 11h Sonne/ Jahr 23 1 kwh/ a Wie viele Elektromobile können damit versorgt werden? 14 Zürich by Supercomputing Systems AG 7

8 Öl Mobilität versus Elektro Mobilität Heute (seit 21) sind die Energiekosten für Mobilität bei Elektro (PV) geringer als bei Öl Der CO 2 -Ausstoss von Elektrofahrzeugen ist viel geringer Die Elektrofahrzeuge müssen eigentlich billiger sein (stimmt heute bei den Luxusfahrzeugen) Der Lärm von Elektrofahrzeugen ist viel geringer Der Unterhalt von Elektrofahrzeugen kostet weniger Das Fahrverhalten von Elektrofahrzeugen ist viel besser Tanken (hier ist das Ölfahrzeug heute im Vorteil) Alltagsgebrauch: Stehzeug (nicht Fahrzeug), d.h. kontinuierlich laden Feriengebrauch: Schnelladestationen (65 km/h) Es ist Zeit für einen Wechsel!!! 15 Zürich by Supercomputing Systems AG Voraussage Verbrauch von elektrischer Energie in der Schweiz 235 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 16 Zürich by Supercomputing Systems AG 8

9 1. Elektrizität Ausgangslage Der Ausbau der Stromproduktion in Deutschland hat zu einem massiven Preiszerfall im Strommarkt geführt Die Förderung erneuerbarer Energien in Deutschland hat zu einem Preiszerfall bei erneuerbarer Stromproduktion geführt (z.b. bei Photovoltaik um den Faktor 5) Der Super-GAU in Fukushima hat die Versicherungskosten von Atomkraft massiv erhöht (Faktor 1) 17 Zürich by Supercomputing Systems AG 1.1 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? 18 Zürich by Supercomputing Systems AG 9

10 1.2 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? 19 Zürich by Supercomputing Systems AG 1.3 Zielsetzung der Simulationsumgebung Untersuchung von: Simulation möglicher Szenarien: 1. Energiebilanz 2. Leistungsbilanz 3. Volkswirtschaftliche Kosten 4. Stromhandel 5. Netzbelastung 1. «Weiter wie bisher» (WWB) 2. Erneuerung der Kernenergie 3. Energieszenarien des Bundes 4. Primär Photovoltaik 5. 1% erneuerbare Energie 6. Dezentrale Speicherung 7. Lastverschiebung 2 Zürich by Supercomputing Systems AG 1

11 1.4 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 21 Zürich by Supercomputing Systems AG 1.5 Soll die Schweiz Strom-Selbstversorger sein? + Wir sind bezüglich Strom Selbstversorger Mehr Entscheidungsspielraum Nicht erpressbar Höhere Handelserträge (Stärkere Position beim Handeln, wir bestimmen) Vorbildfunktion - Wir haben nicht genügend eigenen Strom Abhängig vom good will der Nachbarländer Erpressbar Kaufdruck bei ungünstigen Bedingungen (die anderen bestimmen) Tiefere Handelserträge Alles hat einen Preis Das Volk wird entscheiden. 22 Zürich by Supercomputing Systems AG 11

12 1.7 Grundlagen aller Simulationen Verbrauchsstatistik 21 (Zeitauflösung 15 ): swissgrid (6 TWh/a) Produktionsstatistik 21 (Zeitauflösung 1 Tag 1 Woche): Bundesamt für Energie und swissnuclear Speicherseen Füllgrad-Statistik 21 (Zeitauflösung 1 Woche): Bundesamt für Energie Solar/Wind-Statistik CH (Jahresverlauf mit Zeitauflösung 1 ): meteonorm (4 Standorte für PV: 2 in Städten, 2 auf Bergen; 2 Standorte für Wind) Ausbau Speicherseen auf 1 TWh wie geplant Ausbau Pumpspeicherwerke auf 5GW/ 2 GWh wie geplant Netzbelastung: gemäss EWZ, hochgerechnet auf die Schweiz Berücksichtigt: Netzbelastung, Netzverluste, Speicherverluste Pumpspeicherwerke, Speicherverluste lokale Speicherung Inselbetrachtung (wird erweitert um Stromhandel) 23 Zürich by Supercomputing Systems AG 1.8 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. 24 Zürich by Supercomputing Systems AG 12

13 1.9 Jährliche Globalstrahlung 25 Zürich by Supercomputing Systems AG 1.1 Monatliche Globalstrahlung Monatliche Sonneneinstrahlung (Städte) 22 Monatliche Sonneneinstrahlung (Berge) ) 16 2 ) 16 Globalstrahlung (kwh/m Zürich Bern Basel Chur Lugano Zermatt Poschiavo Lausanne Andermatt Samedan El Oued (Sahara) Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat Globalstrahlung (kwh/m Dufourspitze Finsteraarhorn Combin de Valsorey Titlis Piz Palü Adula (Rheinwaldhorn) Piz Buin Nesthorn Cardada Tödi El Oued (Sahara) Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat 26 Zürich by Supercomputing Systems AG 13

14 2. Simulierte Szenarien 1. Weiter wie bisher (WWB) 2. Weiter wie bisher mit neuer Kernenergie 3. Bund NEP-E 4. Nur Solar 5. Solar und Wind 6. Solar, Wind und Biomasse 7. Solar, Wind, Biomasse und Batterie 8. Solar, Wind, Biomasse und Lastverschiebung 27 Zürich by Supercomputing Systems AG 2.1 Simulierte Szenarien 1. Weiter wie bisher (WWB) 2. Weiter wie bisher mit neuer Kernenergie 3. Bund NEP-E 4. Nur Solar 5. Solar und Wind 6. Solar, Wind und Biomasse 7. Solar, Wind, Biomasse und Batterie 8. Solar, Wind, Biomasse und Lastverschiebung 28 Zürich by Supercomputing Systems AG 14

15 Simulations Parameter (WeiterWieBisher) 29 Zürich by Supercomputing Systems AG Verlauf einer Sommerwoche (WeiterWieBisher) Szenario: WeiterWieBisher - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 2 Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Kernkraftwerke) 18 Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) 16 Verbrauch (Pumpspeicher) Endverbrauch + Verluste 14 Leistung (GW) 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 3 Zürich by Supercomputing Systems AG 15

16 Verlauf einer Winterwoche (WeiterWieBisher) Szenario: WeiterWieBisher - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) 2 Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Kernkraftwerke) 18 Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) 16 Endverbrauch + Verluste 14 Leistung (GW) 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 31 Zürich by Supercomputing Systems AG Energieprodukton im Jahresverlauf (WeiterWieBisher) 3 25 Szenario: WeiterWieBisher - Energieproduktion im Jahresverlauf (in Tagesauflösung) Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Kernkraftwerke) Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) 2 Energie (GWh) Kalenderwoche git: heads/master--gc8e6897 date :35 32 Zürich by Supercomputing Systems AG 16

17 Füllstand der Speicherseen (WeiterWieBisher) 1 Szenario: WeiterWieBisher Füllstand der Saisonalspeicherseen 2 Szenario: WeiterWieBisher Füllstand der Pumpspeicherseen Füllstand (GWh) Füllstand (GWh) Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf 21 Verlauf Morgen Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf Morgen git: heads/master--gc8e6897 date :35 33 Zürich by Supercomputing Systems AG Jahresbilanz (WeiterWieBisher) 34 Zürich by Supercomputing Systems AG 17

18 2.2 Simulierte Szenarien 1. Weiter wie bisher (WWB) 2. Weiter wie bisher mit neuer Kernenergie 3. Bund NEP-E 4. Nur Solar 5. Solar und Wind 6. Solar, Wind und Biomasse 7. Solar, Wind, Biomasse und Batterie 8. Solar, Wind, Biomasse und Lastverschiebung 35 Zürich by Supercomputing Systems AG Parameter (nur Solarausbau) 36 Zürich by Supercomputing Systems AG 18

19 Verlauf einer Sommerwoche (nur Solarausbau) Szenario: Solarausbau-B - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 2 Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) 18 Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Verbrauch (Pumpspeicher) 16 Überschuss ("Waste") Endverbrauch + Verluste 14 Leistung (GW) 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 37 Zürich by Supercomputing Systems AG Verlauf einer Winterwoche (nur Solarausbau) Szenario: Solarausbau-B - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) 2 Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) 18 Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) 16 Defizit Endverbrauch + Verluste 14 Leistung (GW) 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 38 Zürich by Supercomputing Systems AG 19

20 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 2 Energie (GWh) Kalenderwoche git: heads/master--gc8e6897 date :35 39 Zürich by Supercomputing Systems AG Füllstand der Speicherseen (nur Solarausbau) 1 Szenario: Solarausbau-B Füllstand der Saisonalspeicherseen 2 Szenario: Solarausbau-B Füllstand der Pumpspeicherseen Füllstand (GWh) Füllstand (GWh) Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf 21 Verlauf Morgen Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf Morgen git: heads/master--gc8e6897 date :35 4 Zürich by Supercomputing Systems AG 2

21 Jahresbilanz (nur Solarausbau) 41 Zürich by Supercomputing Systems AG 2.3 Simulierte Szenarien 1. Weiter wie bisher (WWB) 2. Weiter wie bisher mit neuer Kernenergie 3. Bund NEP-E 4. Nur Solar 5. Solar und Wind 6. Solar, Wind und Biomasse 7. Solar, Wind, Biomasse und Batterie 8. Solar, Wind, Biomasse und Lastverschiebung 42 Zürich by Supercomputing Systems AG 21

22 Parameter (Solar und Wind) 43 Zürich by Supercomputing Systems AG Verlauf einer Sommerwoche (Solar und Wind) Szenario: SolarWindAusbau - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 2 Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) 18 Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) 16 Verbrauch (Pumpspeicher) Überschuss ("Waste") Endverbrauch + Verluste 14 Leistung (GW) 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 44 Zürich by Supercomputing Systems AG 22

23 Verlauf einer Winterwoche (Solar und Wind) Szenario: SolarWindAusbau - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) 2 Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) 18 Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) 16 Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) Verbrauch (Pumpspeicher) Endverbrauch + Verluste 14 Leistung (GW) 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 45 Zürich by Supercomputing Systems AG 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) 2 Energie (GWh) Kalenderwoche git: heads/master--gc8e6897 date :35 46 Zürich by Supercomputing Systems AG 23

24 Füllstand der Speicherseen (Solar und Wind) 1 Szenario: SolarWindAusbau Füllstand der Saisonalspeicherseen 2 Szenario: SolarWindAusbau Füllstand der Pumpspeicherseen Füllstand (GWh) Füllstand (GWh) Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf 21 Verlauf Morgen Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf Morgen git: heads/master--gc8e6897 date :35 47 Zürich by Supercomputing Systems AG Jahresbilanz (Solar und Wind) 48 Zürich by Supercomputing Systems AG 24

25 2.4 Simulierte Szenarien 1. Weiter wie bisher (WWB) 2. Weiter wie bisher mit neuer Kernenergie 3. Bund NEP-E 4. Nur Solar 5. Solar und Wind 6. Solar, Wind und Biomasse 7. Solar, Wind, Biomasse und Batterie 8. Solar, Wind, Biomasse und Lastverschiebung 49 Zürich by Supercomputing Systems AG Parameter (Solar, Wind und Biomasse) 5 Zürich by Supercomputing Systems AG 25

26 Verlauf einer Sommerwoche (Solar, Wind und Biomasse) Szenario: Erneuerbar-A - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 2 Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) 18 Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) 16 Verbrauch (Pumpspeicher) Überschuss ("Waste") Endverbrauch + Verluste 14 Leistung (GW) 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 51 Zürich by Supercomputing Systems AG Verlauf einer Winterwoche (Solar, Wind und Biomasse) Szenario: Erneuerbar-A - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) 2 Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Biomasse) 18 Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) 16 Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) Verbrauch (Pumpspeicher) 14 Endverbrauch + Verluste Leistung (GW) 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 52 Zürich by Supercomputing Systems AG 26

27 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) 2 Energie (GWh) Kalenderwoche git: heads/master--gc8e6897 date :35 53 Zürich by Supercomputing Systems AG Füllstand der Speicherseen (Solar, Wind und Biomasse) 1 Szenario: Erneuerbar-A Füllstand der Saisonalspeicherseen 2 Szenario: Erneuerbar-A Füllstand der Pumpspeicherseen Füllstand (GWh) Füllstand (GWh) Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf 21 Verlauf Morgen Kalenderwoche Speicherkapazität Heute Speicherkapazität Morgen Verlauf Morgen git: heads/master--gc8e6897 date :35 54 Zürich by Supercomputing Systems AG 27

28 Jahresbilanz (Solar, Wind und Biomasse) 55 Zürich by Supercomputing Systems AG 2.5 Simulierte Szenarien 1. Weiter wie bisher (WWB) 2. Weiter wie bisher mit neuer Kernenergie 3. Bund NEP-E 4. Nur Solar 5. Solar und Wind 6. Solar, Wind und Biomasse 7. Solar, Wind, Biomasse und Batterie 8. Solar, Wind, Biomasse und Lastverschiebung 56 Zürich by Supercomputing Systems AG 28

29 Verlauf einer Sommerwoche (Solar, Wind, Biomasse, mit Batterie) Szenario: Erneuerbar-B - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 2 Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Laufwasserkraftwerke) 18 Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) 16 Produktion (Kurzzeitspeicher) Verbrauch (Kurzzeitspeicher) Verbrauch (Pumpspeicher) 14 Überschuss ("Waste") Endverbrauch + Verluste Leistung (GW) 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 57 Zürich by Supercomputing Systems AG 2.6 Simulierte Szenarien 1. Weiter wie bisher (WWB) 2. Weiter wie bisher mit neuer Kernenergie 3. Bund NEP-E 4. Nur Solar 5. Solar und Wind 6. Solar, Wind und Biomasse 7. Solar, Wind, Biomasse und Batterie 8. Solar, Wind, Biomasse und Lastverschiebung 58 Zürich by Supercomputing Systems AG 29

30 Verlauf einer Sommerwoche (Solar, Wind, Biomasse, Lastverschiebung) Szenario: Lastverschiebung - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 2 Produktion (Konventionell-Thermisch) Produktion (Geoelektrisch) 18 Produktion (Laufwasserkraftwerke) Produktion (Windanlagen) Produktion (Photovoltaik) 16 Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) Verbrauch (Pumpspeicher) Überschuss ("Waste") 14 Endverbrauch + Verluste (verschoben) Endverbrauch + Verluste (unverschoben) Leistung (GW) 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 59 Zürich by Supercomputing Systems AG 2.7 Die veränderte Einsatzstrategie der Speicherseen: Hochdynamische Nutzung Leistungskurve Speicherseen WWB Leistungskurve Speicherseen Erneuerbar 6 Zürich by Supercomputing Systems AG 3

31 Die veränderte Einsatzstrategie der Speicherseen: Jahresvergleich Leistungskurve Speicherseen WWB Leistungskurve Speicherseen Erneuerbar 61 Zürich by Supercomputing Systems AG 2.8 CH Energie-Autonomie Wasserjahre CH Energieautark CH Energie- Import 62 Zürich by Supercomputing Systems AG 31

32 3.1 Volkswirtschaftliche Kosten der Energieträger 63 Zürich by Supercomputing Systems AG Kosten [Rp/ kwh] Flusskraftwerke (heute 2..6 Rp/kWh) 4. Speicherkraftwerke (heute 4.5 Rp/kWh) 5.5 Kernkraftwerke (heute, ohne Risikoabgeltung) 5.6 Kernkraftwerke (heute, inkl Risiko) Kosten Supergau: CHF 5 Mia,.2 / KKW & a, 5 KKW s Produktion: ca. 28 TWh/Jahr Kernkraftwerke (neu, ohne Risikoabgeltung) 1.5 GW à 1 Mia CHF, Zins: 6%, Lebensdauer: 5 a, Unterhalt: 3%, 12 TWh/a Solar Mittelland 1.2 kchf / kwp, Zins 3%, Lebensdauer: 25 a, Unterhalt: 1%, 1 kwh/a pro kwp Solar Berge 2.4 kchf / kwp, Zins 3%, Lebensdauer: 25 a, Unterhalt: 1%, 15 kwh/a pro kwp Wind 1 MWp à 2 MCH, Zins: 4.5%, Lebensdauer: 4 Jahre, Unterhalt: 4%, Produktion: ca. 2 MWh / Jahr pro MWp KVA 6. GuD 1 MWp à 1 MCH, Zins: 4.5%, Lebensdauer: 3 Jahre, Unterhalt: 1%, Brennstoff: 5 Rp/ kwh, Betrieb: ca. 4 Volllaststunden/Jahr Volkswirtschaftliche Kosten der Szenarien Kosten [Mia CHF/a] Kosten [Rp/ kwh] WWB (ohne Risiko) WWB (mit Risiko.2 ) *) WWB mit neuen KKW (ohne Risiko) Bund NEP-E Solarausbau-B (4 Standorte) (keine Autarkie!) 9.66 (keine Autarkie!) 16.1 Solar & Wind Solar & Wind & Biomasse Solar & Wind & Biomasse & Batterie Solar & Wind & Biomasse & Lastverschiebung *) Kosten Supergau: CHF 5 Mia,.2 / KKW & a, 5 KKW s WICHTIG: Die Umwandlung der volkswirtschaftlichen Kosten in die Strompreise erfolgt durch die Politik. 64 Zürich by Supercomputing Systems AG 32

33 Zusammenfassung Kernthesen 1. In den Schweizer Alpen kann mit Photovoltaik ebenso viel Energie gewonnen werden wie in der Sahara. 2. Die Schweiz kann sich zu 1% mit erneuerbarer Energie versorgen (Wasser, Sonne, Wind, Biomasse). Konsequenz: rund 4 km 2 PV in den Bergen und bis zu 2 Wind-Anlagen. 3. Die Schweiz ist aufgrund der vorhandenen Speicherseen optimal auf die Energiewende vorbereite. 4. Der stufenweise Ausstieg aus der Kernenergie (hier nicht simuliert) ist auch ohne Gaskraftwerke (GuD) möglich. 5. Die volkswirtschaftlichen Kosten der verschiedenen Energieszenarien liegen in vergleichbarem Rahmen. 6. Durch dezentrale Stromversorgung mit dezentralen Batterien und Smart Grid kann auf den Ausbau des heutigen Netzes weitgehend verzichtet werden. 65 Zürich by Supercomputing Systems AG Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 66 Zürich by Supercomputing Systems AG 33