Mitgliedertreffen Gebüdehülle Schweiz Verbund Ost, 16. Januar 2013 Restaurant Rheinspitz, 9428 Altenrhein 20% Solarstrom in der Schweiz, die energietechnische Herausforderung Thomas Nordmann TNC Consulting AG General Wille-Strasse 59 CH-8706 Feldmeilen/Schweiz www.tnc.ch nordmann@tnc.ch Agenda Warum darf der Umstieg viel Geld kosten? Warum sind 20 % Solarstrom in der Schweiz unbestritten? Wie hoch ist der Landverbrauch von PV? Wie sind die ersten 10% PV möglich? (2011-2018) Was sind die technischen und ökonomischen Herausforderungen bis 20% Solarstrom? (2019-2025) Was leistet die Einspeisevergütung KEV? Warum hilft uns die Ressource Zeit? Sieben Thesen zum Schluss Mitgliedertreffen Gebüdehülle Schweiz Verbund Ost, 16. Januar 2013, 9428 Altenrhein 1 TNC steht für: Solarstrom und Gebäudeeffizienz Das sind seit 26 Jahren unsere Themen Entwickeln und umsetzen 1989 erste Photovoltaikanlage auf einer Autobahn-Schallschutzwand (BFE P&D) 1996 Konzeption der weltweit ersten Solarstrombörse für ewz, Elektrizitätswerk der Stadt Zürich Einsatz der Bifacial-Technologie (zweiseitige Solarzellen) als Schallschutzwand entlang Strasse & Schiene Prozessentwicklung und Umsetzung Nationales Gebäude-Sanierungsprogramm Energie Schweiz 1997/1999 Vollzug Das Gebäudeprogramm für 15 Kantone Europäischer Solarpreis 1997 Plan A 30 Mia. Gegen die Stromlücke Lösungsvorschlag der Stromverbundunternehmen Der «nicht Ausstieg» kostet uns bis 2035 also min. 30 Mia. CHF! 3
Das Dilemma: Am Anfang für 25 Jahre alles voraus bezahlen? Der Umstieg der Schweiz Bundesrat, NR und SR 2011 Bundesrat beschliesst Atomausstieg auf Raten Mittwoch, 25. Mai 2011 5 Endenergie-Verbrauch und Kosten 2008 250 TWh Strom Produktion Schweiz 2010 2005 Total 66.3 58.0 TWh 2010 2005 Benzin 55% 77TWh 63TWh 30TWh 20 TWh 57 TWh 11'870Mio 3'970Mio 2'460Mio 490Mio 8'870Mio Erdöltreibstoffe 27% Dieselöl 18% Flugtreibstoffe Erdölbrennstoffe Heizöl EL 95% CO2 Problem 5% Heizöl S&andere Gas CO2 Anteil Gebäude Übrige* AKW 38% AKW Problem Elektrizität Wasserkraft 57% * Holz, Kohle, Abfall, Fernwärme & erneuerbare Energien Übrige, 5% TWh Strom mit Atom 22.0 26.1 38.1% 38% 56.4% 56.6% 37.5 32.8 3.2 Atomstrom Strom aus Wasserkraft 22.0 25.2 2035 2050 Beznau 1&2 Produktion 2005 8.4 AKW, nicht erneuerbare Energien 8.7 3 9.4 5.8 7.5 8.0 Mühleberg Leibstadt Gösgen 16 Laufkraftwerke Speicherkraftwerke 19 8.8 8.0 7.5? Aktualisiert: Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2010 BFE/UVEK andere Kraftwerke* 3.6 5.4 % *davon 1.5 TWh KVA und 1.0 TWh neueerneuerbare Grafik Th. Nordmann 10.04.2007 7
ETH Studie Energiezukunft Schweiz vom 15. 11. 2011 Schneller PV-Ausbau oder neue Gaskraftwerke? 1) BR-Szenario Neue Energiepolitik 2050 Tab. Z10 Variante 2 & 3 Swissolar nach Fukushima! 20% Swissolar vor Fukushima! 10% Solarstrom vom Schweizer Strombedarf! +6 +1.6 +2.5 +5.5 +4.0 +14 BR +10.4 Gaskraftwerke 9 Nuclear phase out impact Share of PV in the electricity generation Lost production New production (RES in Green) Source: EPIA analysis Bruxelles, 21 March 2012. 7 th EPIA Market Workshop 6 Th. Nordmann TNC 2012 Bruxelles, 21 March 2012. 7 th EPIA Market Workshop 4 11
TNC PV Anlagen Lernkurve: 1989-2011 Δ 22 Jahre Module [CHF/Wp] Inverter [CHF/Wp] BoS [CHF/Wp] Price experience curve Total CHF/Wp 107kW -89% 103kW 104kW 17.2 11.9 70kW 8.0 126kW 2.7 2.3 3.3 1.3 1.3 21kW 2.2 200kW 0.9 1.4 0.9 190kW 200kW 0.8 0.5 0.4 9.7 0.4 10.3 8.4 8.1 0.4 Mark I Mark II Mark III 6.4 4.7 0.4 Freilager Sonnenhof 5.4 SwissMill III 4.0 AMAG 2.5 ZSSAG 2011 1989 1992 1995 1998 2000 2005 2007 2009 30 25 20 15 10 5 0 Nordmann TNC 2013 Bruxelles, 21 March 2012. 7 th EPIA Market Workshop 29 13 13 Verkäufe Photovoltaik-Module CH [kw/a] Total CH install. 180 MW 22.8 W/Kopf 25 MW 37.1 MW 100 MW Total D Dez 2011 install. 24 800 MW 7.500 1 800 Anlagen Ø 4-20 kw +12.8 W/Kopf +91.7 W/Kopf 2009 2010 Nordmann TNC 2010 2011 201 Quelle: Swissolar/BFE Statistik 2010/IEAPVPS Quelle: BSW/BNA Statistik 2011 15
Verfügbares Land in der Schweiz: 5 161 m 2 /Kopf Landwirtschaft Wald =1 589 m 2 Rest Seen 12 TWh Solarstrom brauchen eine Fläche von 80 km 2. Das d.h. 10 m 2 pro Einwohner ca. einem 1/5 des Flächenbedarfs für Gebäude Rest 1 138 m 2 10 m 2 Totale 349 m 2 /Kopf Zivilisations- Fläche 10 m 2 /Kopf = 20% CH Strom Daten BA Raumplanung 2000 8 Mio Thomas Nordmann TNC 2013 Neubauten für Solarstromanlagen nutzen Seit 20 Jahren wurden in der Schweiz neue Gebäude mit Grundfläche von 4.5 km 2 erstellt. Die Hälfte dieser Fläche sind Dächern und Fassaden sind sehr gut geeignete für die Solarstromnutzung. Diese 2.25 km 2 ergeben eine Nennleistung von 320 Megawatt (MW) und eine zusätzliche Solarstromproduktion von 320 Millionen kwh pro Jahr. Die Solarstromproduktion 2011 in der Schweiz 160 Mio. kwh. 17 Gebäudesanierungen und Solarstromanlagen verknüpfen Weitere Bauten mit Solarstrom ergänzen 1% des Gebäudebestandes wird Jährlich erneuert. Eine Gebäudegrundfläche 4.5 km 2, wird energetisch mit zusätzlichen Isolationen und neuen Fenstern ausgerüstet. Das Gebäudeprogramm forciert den Prozess. Es wird ein höherer thermischer Standard verlangt als gesetzlich verlangt. Die Kombination der Massnahmen bei der wärmetechnischen Verbesserung der Gebäude 20'000 Projekten (2011) mit Photovoltaik ergibt ein zusätzliches Photovoltaik-Flächenpotenzial von rund 1.5 km 2. Nennleistung von 215 Megawatt (MW) jährlich. Solarstromproduktion von 215 Millionen kwh/jahr. Industrie-, Gewerbe-, Landwirtschafts- und Dienstleistungsbaute können in vielen Fällen mit geringem Aufwand für Solaranlagen genutzt werden. Diese Massnahmen ohne wärmetechnischen Massnahme möglich und können jederzeit ausgeführt werden. Meist Aufdachanlagen, bei Flachdach-Sanierungen besonders zu empfehlen. Neue Modulflächen von 2-3 km 2 pro Jahr. Leistung von 300-400 MW d. h. jährlichen von 300-400 Millionen kwh. 19
Infrastrukturanlagen mit Solarstrom Die Gebäudeflächen würden zur Erreichung des Swissolar- Ziels eigentlich ausreichen. Um Zeitplan einzuhalten, müssen weitere PV Anlagen auf Infrastrukturanlagen erstellt werden. Lärmschutzwände, Parkplätze industrielle Brachen Lawinenverbauungen Wasserversorgungen/-kraftwerke, HydroSun Waterlily Jährlich nutzbare Flächenpotenzial 1.5 km 2, 215 MW Leistung mit Jahresproduktion von 215 Mio. kwh. Auf 7 km 2 Fläche jährlich zusätzlich 1 Milliarde kwh Solarstrom produzieren Jährlicher Zubau Photovoltaik Genutzte Flächen (km 2 ) Fläche pro Kopf (m 2 ) Nennleistung (MW) Solarstromproduktion (Mio. kwh pro Jahr) Neubauten 1.5 0.19 215 215 Gebäudesanierungen 1.5 0.19 215 215 Weitere Bauten* 2.5 0.32 360 360 Infrastrukturanlagen 1.5 0.19 215 215 Total 7 0.89 1005 1005 * Dachflächen von Industrie-, Gewerbe-, Landwirtschafts- und Dienstleistungsbauten 21 Warum sind die ersten 10% PV möglich? (2011-2018) Wir haben bereits einen Strom-Mix 60% Wasserkraft Deutschland nur ca. 3%! Die Solarstrom Produktion ist 24h im Voraus heute schon in Stundenschritten planbar (ERFA Deutschland) Warum der Himmel für Solarstrom tolerant? Südabweichung ± 30 Grad = 90% Ertrag max. um 9/15 Uhr Der Tag-Nacht-Ausgleich ist bis 10% PV dank 60% Wasserkraft machbar PV Anlagen mehr nach Südwesten ausrichten 90% 100% 90% Lastspitze im Winter abbauen Ersatz der Elektroheizungen Vollwärmeschutz und WP Ausbau der Netzebene 3-7 70% 23 Thomas Nordmann Gesch ftsführer TNC TNC Consulting AG AG
Wie funktioniert das solare Breithorn? Was sind die technischen Herausforderungen bis 20% PV? (2018-2025) Süden Mehr PV Produktion im Winterhalbjahr > 40% Ertrag im Winter mehr Anlagen im Alpenraum. PV-Spitzenproduktion mit Smart Grid abregeln (-3%) WKK El. WP Gas Spitzen Kraftwerke? max. 10:30 Uhr Ost maximum 13:30 Uhr West Vorhandene Pumpspeicherkraftwerke und Anlagen im Bau sind ausreichend! Ausbau der Netzebene 1-2 notwendig. aber auch elektrische Speicherung (Lithium Batterien?) z. B ABB/EKZ Solarpreis 2011 TNC 2013 25 Sonnen Einstrahlung in der Schweiz Sonnen Einstrahlung < 1 200 >1 200 kwh/m 2 kwh/m 2 < 36% Winter D B Quelle: TNC Projekt Studie für BFE: PV Schallschutz Anlagen im Schweizer Verkehrsnetz. Publiziert 8.9.1988! Warum Solarstrom auf Wasserkraftwerken? > 36% Winter C A C D A B C A A13 120 km 2 27
Einbindung von HydroSun PV Anlagen in`s Verbundnetz Höchstspannung (220/360 kv) Produktion Zwischen Speicher Verbraucher Grosskraftwerk Windpark Speicher Kraftwerke HydroSun Pumpspeicher -25% (Schwerindustrie) Offshore Windpark Warum hilft uns die Ressource Zeit in der Diskussion mit den Zauderern? 40 Jahre Vor und Zurück - 40 Jahre + 40 Jahre Hochspannung (110 kv) Mittelspannung (6-30 kv) Windanlage PV Anlage Park -6% Industrie/Gewerbe kleine PV Anlage Batteriespeicher Li-Ionen Wohnen/KMU Niederspannung (<1 kv) + - + - -15% 1971 2011 2050 29 Warum hilft uns die Ressource Zeit? 40 Jahre 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2030 2029 2028 2027 2026 2025 2024 2023 2022 2021 Microsoft Gründung: 4. April 1975 Redmond, USA Steve Ballmer, CEO Mitarbeiter: ca. 90.412 (2011) Umsatz: 69,94 Mrd. USD (2011) 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 2050 2049 2048 2047 2046 2045 2044 2043 2042 2041-37 Jahre 31
Bau des ersten Sonnenkollektor-Prüfstand der Schweiz am EIR (PSI) Würenlingen 1975 Informatik PDP 11 Lochstreifen Lochkarten Die Anfänge der Solar Energie Forschung in der Schweiz 1975 auf Diorit in Würenligen -37 Jahre -37 Jahre Nordmann TNC 2013 Erster Sonnenkollektor-Prüfstand der Schweiz am EIR (PSI) Würenlingen 1975 33-36 Jahre Apple Gründung 1976 Cupertino, USA Timothy D. Cook (CEO) Mitarbeiter: 60.400 (2011) Umsatz: 108,2 Mrd. USD (2011) Hardware- und Softwarehersteller http://www -23 Jahre Nordmann TNC 2013 Das Web entstand 1989 als Projekt am CERN bei Genf (Schweiz), an dem Tim Berners-Lee ein Hypertext-System aufbaute. Das ursprüngliche Ziel des Systems war es, Forschungsergebnisse auf einfache Art und Weise mit Kollegen auszutauschen. 35
A13 bei Chur Oktober 1989-23 Jahre Das Dilemma: Am Anfang für 25 Jahre alles voraus bezahlen? Nordmann TNC 2010 37 Kostendeckende Einspeisevergütung (KEV): Wirksame und kostengünstige Förderung Im CH-Schnitt bis 2017: Solarstrom unter 20 Rp. pro Kilowattstunde 20% Solarstrom: Umlage der Mehrkosten gegenüber Marktpreis von 7-8 Rp./kWh belastet die Konsumenten mit weniger als 10 Fr. pro Haushalt und Monat Nach 25 Jahren KEV-Vergütung liefern die Anlagen nochmals ca. 10 Jahre lang fast kostenlos Strom KEV Umlage in Deutschland und der Schweiz 2003-2012 [Euro /kwh] 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 Deutschland Umlage Schweiz Schweiz max. möglich CH alle KEV Anmeldungen 2011 KEV ohne Deckel als zentrale Forderung an Energiestrategie 2050 0 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 1 = 1.20 CHF 39
Ihr Strompreis in St. Gallen (2013) Quelle: Eidgenössische Elektrizitätskommission ElCom Netzbetreiber: St. Galler Stadtwerke H4 = 4'500 kwh/jahr: 5-Zimmerwohnung mit Elektroherd und Tumbler (ohne Elektroboiler) Für was brauchen wir unser Einkommen? Landesindex der Konsumentenpreise (Bundesamt für Statistik Gewichtung 2010) 25 20.57 Rp/kWh CHF 925.65/Jahr Wohnen & Energie 20 15 Miete Unterhalt Strom Gas Heizöl 10 Strom Kosten 925.- CHF/Jahr KEV in St. Gallen bei H4 0.45 Rp/kWh 20.25 Fr/Jahr und Haushalt Wohnen & Energie Hausrat/Haushalt Gesundheit Verkehr Tel Komunikation Freizeit & Kultur Restaurant/Hotel Nahrugsmitel & Getränke Bekleidung/Schuhe Übriges 5 0 SBB = 5% 41 Das Solarstrom Dilemma: Am Anfang für 25 Jahre alles selber bezahlen? 2. Klasse Zürich - Bern <> SFr. 92. 1. Klasse Zürich - Bern <> SFr. 152. SBB Tarife 2008 1. Klasse 4 850.- x 25 Jahre =SFr. 121 250. 2. Klasse 3 100.- x 25 Jahre =SFr. 77 500. Sieben Thesen Montag Beim Umstieg gibt es 2035 in der Schweiz keine Stromlücke von 30 TWh. Ohne Plan A starten wir bei Plan B mit einem Bonus von 35 Mia. CHF Dienstag Auch bei 20% Marktanteil hat PV auch in der Schweiz kein Flächenproblem. Die Gebäudehülle Schweiz ist der wichtige Teil der Lösung! (48m 2 + 9m 2 /Kopf) Mittwoch PV Produktion auch im GW Bereich ist für die EW`s auf 24h ± 5% genau planbar (Fahrplan Donnerstag Bis 10% PV ist die Tag-Nacht Verlagerung dank der Wasserkraft leicht machbar. Freitag Die Sommer-Winter-Verlagerung braucht >10% PV weitere Massnahmen: Mehr Anlagen im Alpenraum, Ersatz Elektroheizungen, PV-Spitzen abregeln (-3%) und Pumpspeicher einsetz Samstag 60% Strom aus Wasserkraft in Kombination mit Stromeffizienz und 20% Solarstrom sind d tragenden Säulen der Stromproduktion ab 2025. Sonntag 100% Erneuerbar ist ökonomisch und technisch die bessere Lösung Die Vorfinanzierung zusammen mit dem politischen Willen sind die Herausforderungen. 43