Die Energiewende findet Stadt. Sektorkopplung aus technologischer Perspektive Thomas Peyer Leiter Energiedienstleistungen 23. Januar 2019, Viessmann
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1 Sektorkopplung aus technologischer Perspektive Thomas Peyer Leiter Energiedienstleistungen 23. Januar 2019, Viessmann Viessmann / T. Peyer, 2019 Page:1
2 Swisspower Allianz Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 2
3 Agenda. Energiestrategie und deren Szenarien Energiesystem der Zukunft Speichertechnologien Energiespeicherung vs. Stromimport Energiespeicheroptionen für die Schweiz PtG warum!? Leuchtturmprojekt der Sektorkopplung (KVA) Fazit Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 3
4 «smart city needs smart backyards!» Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 4
5 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% Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 5
6 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 Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 6
7 Begrifflichkeiten. Technik ICT Sektorkopplung Netzkonvergenz Digitalisierung Internet of X Dezentrale Elektrizität, Wärme und Mobilität Smart Services Digital-Hub d-hub Geschäftsmodell Wirtschaftlichkeit Quelle: EMPA Integration Infrastruktur Energy-Hub e-hub Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 7
8 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/Umweltwärme Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 8
9 Energiesystem der Zukunft. Quelle: Alpiq, eigene Ergänzungen Herstellung: Auto 5 to CO 2 +Batterie 5 to CO 2 Wärmepumpe CH 4 WKK Speicher Mobilität Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 9
10 Bedarf Kurzzeitspeicher. aktuell 2020/2035 Produktion CH Verbrauch CH Ausbau EE 11.4 TWh/a 20 GW 10 GW 10 GW PV, Wind räumlich, zeitlich, saisonal unterschiedlich El. Wärmepumpe (Wintermonate) Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 10
11 Saisonaler Speicherbedarf. Okt.-April Ersatz KKW 12 TWh Quelle: BFE Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 11
12 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. Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 12
13 «Überschüsse sind gering» - NEIN?! Import +Wärme+e-Mobilität PV Zubau 50% heute 1 Jahr Export Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 13
14 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 Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 14
15 Systemumbau Stromnetz. alte Welt Leibstadt MW neue Welt TWh MW Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 15
16 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, ) Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 16
17 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. Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 17
18 Arten der Energiespeicherung. Quelle: Sterner, 2016 Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 18
19 Energiespeicheroptionen. Langzeitspeicher Quelle: HSR, PSI, Swissgrid Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 19
20 Batterie ist eine Teillösung. (CO 2!) ins Netz 5 kwp 5 kwh/zyklus Quelle: HTW Berlin Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 20
21 Batterie vs. Grösse PV-Anlage!? Eigenverbrauchsanteil max % überdimensioniert ohne Batterie Quelle: HTW Berlin Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 21
22 Autarkie ist unerreichbar. Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 22
23 Wasserkraft zu wenig Speichervolumen! Ist-Füllstand Speicherseen Ladezustand der Speicherbecken bei Ersatz der Kernkraft durch Sonne Jan Dez Jan Jan Jan Jan Quelle: Volatilitätsanalyse Schweiz, Dr.-Ing. Matthias Popp Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 23
24 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 Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 24
25 Gas hat das grösste Potenzial Quelle: FHB Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 25
26 Korrespondieres Gasnetz. Biogas Tankstelle 240 bar [bar] Power-to-Gas Power-to-Gas bar H 2 H 2 Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 26
27 Zwischenfazit. Ohne massiven Zubau erneuerbaren Strom ist eine CO 2 -freie Wirtschaft nicht möglich. Energiespeicherbedarf wird mit Zubau erneuerbaren Energiequellen massiv zunehmen müssen 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 ermöglicht Transfer in Mobilität und Wärme Investitionen in die Sektorkopplung (PtX, WKK, WP und Wärmenetze) vs. Stromimport. Neue Rahmenbedingungen müssen jetzt geschaffen werden! Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 27
28 Hybridkraftwerk Limeco 2 MWel Elektrolyse 20 GWh erneuerbares Gas Viessmann / T. Peyer, 2019 Page:28
29 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 Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 29
30 Wirtschaftlichkeit Power-to-Gas. 15 GWh/a Grünstrom 6 Rp/kWhel CH 4, CO 2 0 Rp/kWh Anlage 2 MWel (CHF 10 Mio.) CH 4 : 12 GWh/a CO 2 : 8 GWh/a Grüngas 8-10 Rp/kWh Klärschlamm Wasser Wärme 45 C->65 C mit BHKW (2022) -2 Rp/kWh Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 30
31 Sektorkopplung das Rückgrat? Im Sommer müssen mit dem geplanten Zubau der PV die Laufwasserkraftwerke den physischen Ausgleich übernehmen! Reine Elektrifizierung löst das Problem der Energiespeicherung bzw. der autarken dezentralen Versorgung nicht Erneuerbarer Importstrom wird im Winter knapp und knapper (CHF!), Alternative ist Kohle- oder Kernenergieimport Dezentralisierung der Stromproduktion wird dezentrale Energiesysteme erfordern Netzkonvergenz, Sektorkopplung (Strom, Gas, Mobilität), Digitalisierung sind Chancen! Stromimport ist ein Risiko! Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 31
32 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Sektorkopplung Viessmann / T. Peyer, 2019 Seite 32
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