Swisspower Allianz. Langzeitspeicherung: Heilsbringer oder Luftschloss? Thomas Peyer Leiter Energiedienstleistungen 8. November 2018, Brugg 29.3.

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1 Langzeitspeicherung: Heilsbringer oder Luftschloss? Thomas Peyer Leiter Energiedienstleistungen 8. November 2018, Brugg T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Swisspower Allianz T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 2

2 Agenda. Energiestrategie und deren Szenarien Energiesystem der Zukunft Speichertechnologien Energiespeicherung vs. Stromimport Energiespeicheroptionen für die Schweiz Saisonale Speicherung mit Power-to-Gas Fazit T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 3 Paradigma Solarenergie. in 7 Stunden Jahresenergiebedarf gedeckt 225 Mio. TWh/a Mio. TWh/a Erde 510 Mio. km2 Land 150 Mio. km kwh/m2/a T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 4

3 Energiestrategie Elektrizität 24.5% 50% (2050) 95 gr CO 2 /km Treibstoffe 34.2% 17% (2050) 240 TWh 125 TWh MuKEn CO 2 Ziele Quelle: BFE Brennstoffe 29.8% 15% (2050) Rest 11.5% T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 5 Szenarien der Energiestrategie. Elektrifizierung Sektorkopplung Mobilität Mobilität Wärme Strom Wärme Strom Herausforderungen Stromimport CO 2 -Allokation Ausland Massiver Ausbau Stromnetze Zeitweise Verdrängung Wasserkraft durch neue Erneuerbare Residuallast / Back up Kraftwerke Herausforderungen Erdgasimport CO 2 -Allokation Inland Massiver Ausbau Solarenergie Aufbau Power-to-X Anlagen, WKK und inländische Gasspeicher Ausbau Wärmenetze T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 6

4 Energiesystem der Zukunft. Quelle: Alpiq, eigene Ergänzungen Herstellung: Auto 5 to CO 2 +Batterie 5 to CO 2 Wärmepumpe CH 4 WKK Speicher Mobilität T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 7 Bedarf Kurzzeitspeicher. Produktion CH aktuell 2020/2035 Verbrauch CH Ausbau EE 11.4 TWh/a 20 GW 10 GW 10 GW PV, Wind räumlich, zeitlich, saisonal unterschiedlich 1 El. Wärmepumpe (Wintermonate) T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 8

5 Saisonaler Speicherbedarf. Okt.-April Ersatz KKW 12 TWh Quelle: BFE T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 9 Winterdefizit Strom. GW Produktion TWh Ersatz Kern + 5 TWh E-Mobilität!? + 10 TWh Wärme!? + 10 TWh Verträge FRA Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Solar Speicherkraftwerk Verbrauch Laufwasser WKK GW Verbrauch Im Winter fallen ca. 12 TWh Produktionsleistung aus Kernkraftwerken weg. Die Überlagerung von E-Mobilität und E-Wärme generiert zusätzlich Defizite. Der Zubau von PV generiert Sommerüberschüsse. Defizite im Winter werden bis auf weiteres mit Importstrom (CO 2!) abgedeckt. Saisonale Energiespeicherung wird eine zentrale Anforderung werden. T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 10

6 2035 ca TWh/a Sommerüberschuss. GW Produktion Jan Feb Mär Apr Mai Jun aktuell ES 2050 Zubau EE (peak) ohne Kernkraft Jul Aug Sep Okt Nov Dez GW Produktion GW Verbrauch 5 0 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez GW Produktion Solar Laufwasser Solar Speicherkraftwerk Kernkraft Speicherkraftwerk WKK Verbrauch WKK Annahme: keine Abregulierung der dezentralen Einspeisungen Laufwasser Kernkraft Verbrauch T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 11 «Überschüsse sind gering» - NEIN?! T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 12

7 Systemumbau Stromnetz. alte Welt Leibstadt MW neue Welt TWh MW T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 13 CO 2 -Intensität von Strom ! 180 gco 2 -äq/kwh In Zukunft werden die europäischen Länder Sommerüberschüsse und Winterdefizite ausweisen Merit-Order wird sich verschieben GuD vor Kohlekraftwerk Gasimport+WKK effizienter Winter: günstige Stromproduktion nur solange CO 2 Ziele im eigenen Land erreicht (Verpflichtung Paris COP21) Stromimport wird zunehmend eine Frage des CO 2 -Preises! Schweiz: Import von Strom oder Gas (inkl. erneuerbare Gase) EPFL: «So zeige die Studie auf, dass der CO 2 -Verbrauch von Strom zu bestimmten Tageszeiten bis zu fünf Mal höher sei als geschätzt.» (energate, ) T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 14

8 Paradigmenwechsel! Energiemangel Quelle: GDI-Studie, Die neue Energiewelt, 2018 Energieüberfluss Energie ist knapp. Ihre Produktion und Distribution ist aufwendig. Energie ist Raubbau. Ihre Produktion aus fossilen Brennstoffen ist nicht nachhaltig und ökologisch destruktiv. Energie steht immer und überall in der benötigten Menge am richtigen Ort zur richtigen Zeit zur Verfügung. 100 Prozent der benötigten Energie wird aus nicht fossilen Quellen gewonnen. T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 15 Arten der Energiespeicherung. Quelle: Sterner, 2016 T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 16

9 Energiespeicheroptionen. Langzeitspeicher Quelle: HSR, PSI, Swissgrid T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 17 Batterie ist eine Teillösung. (CO 2!) ins Netz 5 kwp 5 kwh/zyklus Quelle: HTW Berlin T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 18

10 Überdimensionale Batteriekapazität!? 1 Eigenverbrauchsanteil max % überdimensioniert ohne Batterie Quelle: HTW Berlin T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 19 Wasserkraft zu wenig Speichervolumen! Ladezustand der Speicherbecken bei Ersatz der Kernkraft durch Sonne Jan Dez Jan Jan Jan Jan Quelle: Volatilitätsanalyse Schweiz, Dr.-Ing. Matthias Popp T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 20

11 Saisonale Energiespeicher. Zur Speicherung von 1 GWh (entspricht ca. 250 Haushalte/a) Stausee Grand Dixcence (400 Mio. m 3 ) m 3 Methan 60 bar, m 3 entspricht 1 GWh entspricht 1 GWh T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 21 Korrespondieres Gasnetz. Biogas Tankstelle 240 bar [bar] Power-to-Gas Power-to-Gas bar H 2 H 2 T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 22

12 Zwischenfazit. Ohne massiven Zubau erneuerbaren Strom ist eine CO 2 -freie Wirtschaft nicht möglich. Energiespeicherbedarf wird mit Zubau erneuerbaren Energiequellen massiv zunehmen Technologieoptionen müssen alle, insbesondere Wasserstoff und synthetische Gase, genutzt werden Langzeitspeicherung mit PtX ist raumsparend (Energiedichte), dezentral, sehr flexibel Power-to-Gas basiert auf einer bestehenden Infrastruktur und Technologie ermöglich Transfer in Mobilität und Wärme Investitionen in die Sektorkopplung (PtX, WKK und Wärmenetze) vs. Stromimport. Neue Rahmenbedingungen müssen jetzt geschaffen werden! T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 23 Hybridkraftwerk Limeco 2 MWel Elektrolyse 20 GWh erneuerbares Gas T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Page:24

13 Biologische Methanisierung. Grundlagen Konzept Projekt 300kW (seit 2015) Limeco 2 MW 20 ml 70 l 5 m³ > 20 m³ Grundlagenforschung Verfahrensentwicklung Individuelles Geschäftsmodell Anlagenoptimierung Zertifizierung Industrielle Nutzung T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 25 Wirtschaftlichkeit Power-to-Gas. 15 GWh/a Anlage 2 MWel (CHF 10 Mio.) CH 4 : 12 GWh/a CO 2 : 8 GWh/a Grünstrom 6 Rp/kWhel CH 4, CO 2 0 Rp/kWh Klärschlamm Grüngas 8-10 Rp/kWh Wasser mit BHKW (2022) -2 Rp/kWh T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 26

14 Luftschloss oder Heilsbringer. vor 175 Jahren floss in Bern das erste Stadtgas T. Peyer, 2018/Hightech Zentrum Seite 27