Gehen im Winter die Lichter aus – und auch die Heizungen? Prof. Dr. Jörg Worlitschek
Dr. Luca Baldini
Hochschule Luzern - Technik & Architektur
Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
joerg.worlitschek@hslu.ch
luca.baldini@zhaw.ch
18. Juli 2022 Bildquelle: https://solarthermalworld.org
Der Elefant im Raum ...
Wie viel Prozent des Schweizer Energieverbrauchs wird für die Wärmeerzeugung verwendet? 18. Juli 2022
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Der Elefant im Raum ...
50 % Wie viel Prozent des Schweizer Energieverbrauchs wird für die Wärmeerzeugung verwendet? 18. Juli 2022 Quelle: 2021 BFE, Struktur des Endenergieverbrauchs nach Verwendungszwecken, Prozentuale Anteile im Jahr 2020
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Wärme wird heute vorwiegend fossil erzeugt
60% Fossile Brennstoffe
40% Erdöl
20% Erdgas
Hauptenergieträger für Heizung Schweiz Der CO2 -Ausstoss durch Wärmeerzeugung beträgt in der Schweiz 18 Mio t (von total 48 Mio t)
18. Juli 2022 Quelle: BFS, Erhebung der Energieträger von Wohngebäuden & Gazenergie.ch
44 % Russland Herkunft Erdgases Schweiz
Betrachtung des Schweizer Energiesystems als Ganzes Speicherseen Speicherkraftwerke
Strom
Pumpspeicher Batterien
Laufwasserkraftwerke
Gasspeicher
Photovoltaik Wind Geothermie
BEV
Elektrolyse
FCEV Mobilität ICE
Reformierung Stromimport Erdgas, Öl, Kohle, Uran Müll, Holz, Biomethan
Vergärung Vergasung Thermische Kraftwerke Feuerungen
Erdgas Feuchte Biomasse Holz, Müll
Wärmespeicher
Benzin, Diesel, Erdgas Wärme
Solarthermie Geothermie
18. Juli 2022 Bildquelle: ETH Zürich, Dr. Gianfranco Guidati, Energy Science Center
Wasserstoff, Biomethan
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Betrachtung des Schweizer Energiesystems als Ganzes Speicherseen Speicherkraftwerke
Strom
Pumpspeicher Batterien
Laufwasserkraftwerke
Gasspeicher
Photovoltaik Wind Geothermie
BEV
Elektrolyse
FCEV Mobilität ICE
Reformierung Stromimport Erdgas, Öl, Kohle, Uran Müll, Holz, Biomethan
Vergärung Vergasung Thermische Kraftwerke Feuerungen
Erdgas Feuchte Biomasse Holz, Müll
Wärmespeicher
Benzin, Diesel, Erdgas Wärme
Solarthermie Geothermie
18. Juli 2022 Bildquelle: ETH Zürich, Dr. Gianfranco Guidati, Energy Science Center
Wasserstoff, Biomethan
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Energiesystem ohne saisonale Wärmespeicher (STES)
Electrical grid
Heat Pump
PV
Solar
STES
Heizkessel
Natural gas
Sommer 18. Juli 2022
Heat Pump
PV
STES
Heizkessel
Winter Seite 8
Energiesystem mit saisonalen Wärmespeichern (STES)
Electrical grid
Heat Pump
PV
Solar
STES
Heizkessel
Natural gas
Heat Pump
PV
STES
Heizkessel
Reduktion nicht gedeckter Winterstrombedarf 2050 um bis zu 40% (4 TWhel ) Sommer 18. Juli 2022
Winter Seite 9
4 TWh elektrisch Reduktion nicht gedeckter Winterstrombedarf 2050 durch saisonale Wärmespeicher
18. Juli 2022
Seite 10
Der Wert von Saisonalen Wärmespeichern Zieljahr 2050, Netto-Null Szenario bei –6 MtCO2/a Jährliche Einsparungen von 300 – 400 Mio CHF
Reduktion des nicht gedeckten Winterstrombedarfs um 40%
Konservativ, mit TES Konservativ, ohne TES 30-60 CHF/MWh
0
5
10
15
20
25
Winterstrom aus Importen und thermischen Kraftwerken (TWh/a)
18. Juli 2022 Quelle: ETH Zürich, Dr. Gianfranco Guidati, Energy Science Center
30
20 22 24 26 28 30 32 34 36
Totale jährliche Systemkosten (bCHF/a)
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Der Wert von Saisonalen Wärmespeichern Erhöhung des Gaspreises von 30-60 CHF/MWh auf 100-200 CHF/MWh Zieljahr 2050, Netto-Null Szenario bei –6 MtCO2/a
Reduktion des nicht gedeckten Winterstrombedarfs um 30 - 40%
Jährliche Einsparungen von ~ 1 Milliarde CHF
Konservativ, mit TES Konservativ, ohne TES 100-200 CHF/MWh
0
5
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20
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Winterstrom aus Importen und thermischen Kraftwerken (TWh/a)
18. Juli 2022 Quelle: ETH Zürich, Dr. Gianfranco Guidati, Energy Science Center
30
20 22 24 26 28 30 32 34 36
Totale jährliche Systemkosten (bCHF/a) Seite 12
Saisonale Wärmespeicher werden weitgehend ignoriert
18. Juli 2022 Bildquelle: Dian Tschumi; Prognos AG
Energieperspektiven 2050+ BFE (2021)
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Saisonale Wärmespeicher werden weitgehend ignoriert
Saisonale Wärmespeicher
18. Juli 2022 Bildquelle: Dian Tschumi; Prognos AG
Energieperspektiven 2050+ BFE (2021)
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4 TWh elektrisch Reduktion nicht gedeckter Winterstrombedarf 2050 durch saisonale Wärmespeicher
Saisonale Wärmespeicher
18. Juli 2022 Bildquelle: Dian Tschumi; Prognos AG
Energieperspektiven 2050+ BFE (2021)
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Die Technologien sind vorhanden Technologieradar Saisonale Wärmespeicher
Sensible Speicher 1 Saisonaler Tank Speicher für thermische Energie (TTES) 2 Thermische Energiespeicherung in Bohrlöchern (BTES) 3 Oberflächennahe BTES 4 Gebäudefundamentspeicher (Energiepfahl) 5 Grubenwärmespeicher (PTES) 6 Sensible Wärmespeicherung im Aquifer (ATES) 7 See als Wärmespeicher 8 Geschlossener Speicher im See 9 Geothermische Tiefenspeicherung in Bohrlöchern 10 Vakuum-isolierter Tank 11 Warmwasser-Gehäuse Latentspeicher 12 Eisspeicher 13 Saisonale Latentwärmespeicher 14 Latentwärmespeicher (TES) 15 HYTES Latentwärmespeicher
18. Juli 2022
Thermochemische Speicher 16 Adsorptionsspeicher 17 Absorptionsspeicher 18 Reaktionsspeicher
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Gruben-Wärmespeicher Beispiel Dronninglund, Dänemark – Bewährt seit 2013
Gruben-Wärmespeicher, Dronninglund Volumen:
60’000 m3
Speicherkapazität:
5’570 MWhth
Speichereffizienz:
90 %
Erstellungskosten:
2.3 Mio CHF (0.415 CHF/kWh)
18. Juli 2022 Bildquelle: PlanEnergi; Solites
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Tank Wärmespeicher Das Ecovat Konzept – Möglichkeit für Schweizer Nahwärmenetze
Tank-Wärmespeicher, Ecovat Volumen:
20Ꞌ000 – 100Ꞌ000 m3
Speicherkapazität:
1Ꞌ900 - 8Ꞌ600 MWhth
Speichereffizienz:
85-95 %
Erstellungskosten:
5.9 – 14.5 Mio. CHF
18. Juli 2022 Bildquelle: Ecovat; Solites
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Wärmespeicher in der Forschung Kleiner und günstiger! Saisonale Speicher mit Latentmaterialien
Speicherisolierung für vorhandene Räume
(HSLU, BFE Projekt Hytes)
(HSLU, Swisspor, Innosuisse GEAS Projekte) power grid
PCM capsules HP
Thermochemische Speicher
(EMPA, OST, ZHAW & HSLU, BFE P+D)
18. Juli 2022
water
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Erdbeckenspeichern würden eine Fläche von total 5-10 km2 benötigen
Schweizer Speicherseen bedecken eine Fläche von 100 km2 bei 8 TWhel Erdbeckenspeichern würde das eine Fläche von 5-10 km2 benötigen
>10x
18. Juli 2022
Seite 20
Take Home Messages Saisonale Wärmespeicherung in der Schweiz
Reduktion nicht gedeckter Winterstrombedarf 2050
40 %
Jährliche Einsparungen
300-400 Mio. CHF Technische Lösungen
vorhanden 18. Juli 2022
Seite 21 Bildquelle: https://solarthermalworld.org
Notwendige Schritte Die Schweiz ein Energiespeicherland
Integration von saisonalen Wärmespeichern in Energieperspektiven erforderlich
Realisierung und Förderung konkreter Projekte saisonaler Wärmespeicher in der Schweiz
Anpassung der Rechtsvorschriften zum Grundwassererwärmung
Koordinierte Raum- und Energierichtplanung zur optimalen Berücksichtigung von Infrastrukturen zur saisonalen Wärmespeicherung
Entwicklung geeigneter Instrumente zur Förderung und Vergütung von saisonaler Wärmespeicherung
Wissen und Kenntnisse über den Schweizer Untergrund müssen verbessert werden
18.07.2022
Seite 22
Take Home Messages Saisonale Wärmespeicherung in der Schweiz
Reduktion nicht gedeckter Winterstrombedarf 2050
40 %
Jährliche Einsparungen
300-400 Mio. CHF Technische Lösungen
vorhanden 18. Juli 2022
Seite 23 Bildquelle: https://solarthermalworld.org
Danke für’s Zuhören