Verlauf einer Sommerwoche (Solar, Wind und Biomasse)

Mein Wunsch 

• Eine gute Energiestrategie für die Schweiz: Die nächsten 

Generationen sollen genauso gut leben können wie wir. 

• Diese Veranstaltung soll dazu einen Beitrag leisten. 

• Das Volk wird darüber entscheiden. 

1 Zürich 07.05.2013 © by Supercomputing Systems AG

Kann / soll sich die Schweiz allein 

aus erneuerbaren Quellen mit 

elektrischer Energie versorgen? 

Prof. Dr. Anton Gunzinger 

Supercomputing Systems AG 

Technoparkstrasse 1 

CH-8005 Zürich 

Tel. 043 456 16 00 

Fax 043 456 16 10 

info@scs.ch 

www.scs.ch 

Vision trifft Realität. 

Supercomputing Systems AG Phone +41 43 456 16 00 

Technopark 1 Fax +41 43 456 16 10 

8005 Zürich www.scs.ch

Mein Wunsch 

• Eine gute Energiestrategie für die Schweiz: Die nächsten 

Generationen sollen genauso gut leben können wie wir. 

• Diese Veranstaltung soll dazu einen Beitrag leisten. 

• Das Volk wird darüber entscheiden. 


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 


Zielsetzung der Simulationsumgebung 

Untersuchung von: 

Simulation möglicher Szenarien: 

1. Energiebilanz 

2. Leistungsbilanz 

3. Volkswirtschaftliche Kosten 

4. Stromhandel 

5. Netzbelastung 

6. Stromhandel CH – EU 

7. Stromhandel EU – EU 

1. «Weiter wie bisher» (WWB) 

2. Erneuerung der Kernenergie 

3. Energieszenarien des Bundes 

4. Primär Photovoltaik 

5. 100% erneuerbare Energie 

6. Dezentrale Speicherung 

7. Lastverschiebung 


Energieverbrauch pro Jahr inkl. Leistungskurve 

• Grundlage: Energieverbrauch 2010 (60 TWh/a) 

• Verbrauchsstatistik 2010 (Zeitauflösung 15’): swissgrid 

• Gleicher zeitlicher Verlauf der Leistungskurve 

• Unterschiedlicher Jahresverbrauch einstellbar (in TWh/a) 

(Zeitreihe von 2010 wird auf den angegebenen Jahresverbrauch 

hochskaliert) 

• Festgelegter Energieverbrauch bei den hier vorgestellten Simulationen: 

60 TWh/a 


Soll die Schweiz Strom-Selbstversorger sein? 

+ 

• Mehr Entscheidungsspielraum 

• Nicht erpressbar 

• Höhere Handelserträge 

(Stärkere Position beim Handeln) 

• Vorbildfunktion 

- 

• Abhängig vom ‘good will’ der 

Nachbarländer 

• Erpressbar 

• Kaufdruck bei ungünstigen 

Bedingungen 

• Tiefere Handelserträge 

• Alles hat einen Preis… 

Das Volk wird entscheiden. 


Grundlagen aller Simulationen 

• Verbrauchsstatistik 2010 (Zeitauflösung 15’): swissgrid 

• Produktionsstatistik 2010 (Zeitauflösung 1 Tag – 1 Woche): 

Bundesamt für Energie und swissnuclear 

• Speicherseen Füllgrad-Statistik 2010 (Zeitauflösung 1 Woche): 

Bundesamt für Energie 

• Solar/Wind-Statistik CH (Jahresverlauf mit Zeitauflösung 1’): meteonorm 

(40 Standorte für PV: 20 in Städten, 20 auf Bergen; 20 Standorte für Wind) 

• Ausbau Speicherseen auf 10 TWh wie geplant 

• Ausbau Pumpspeicherwerke auf 5GW/ 200 GWh wie geplant 

• Netzbelastung: gemäss EWZ, hochgerechnet auf die Schweiz 

• Berücksichtigt: Netzbelastung, Netzverluste, Speicherverluste 

Pumpspeicherwerke, Speicherverluste lokale Speicherung 

• Inselbetrachtung (wird erweitert um Stromhandel CH-EU und EU-EU) 


Simulation: Spielregeln für die Kraftwerke 

Deckung des Bedarfs nach Prioritäten 

1. Thermische Kraftwerke, Laufwasserkraft, Kernkraftwerke (optional), Biomasse (optional) 

2. PV (optional) und Wind (optional) 

3. Lokale Batterien 

4. Pumpspeicherwerke 

5. Gaskraftwerke (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 oder «wegwerfen» 

Lastverschiebung 

Falls am aktuellen Tag ein Überschuss absehbar ist, soll er zunächst möglichst durch verschobene 

Last abgefangen werden. 


Jährliche Globalstrahlung 


Globalstrahlung (kWh/m 

Globalstrahlung (kWh/m 

Monatliche Globalstrahlung 

Monatliche Sonneneinstrahlung (Städte) 

220 

220 

Monatliche Sonneneinstrahlung (Berge) 

200 

200 

180 

180 

2 ) 

160 

2 ) 

160 

140 

140 

120 

Zürich 

100 

Bern 

Basel 

80 

Chur 

Lugano 

60 

Zermatt 

Poschiavo 

40 

Lausanne 

Andermatt 

20 

Samedan 

El Oued (Sahara) 

0 

Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 

Monat 

120 

Dufourspitze 

100 

Finsteraarhorn 

Combin de Valsorey 

80 

Titlis 

Piz Palü 

60 

Adula (Rheinwaldhorn) 

Piz Buin 

40 

Nesthorn 

Cardada 

20 

Tödi 

El Oued (Sahara) 

0 

Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 

Monat 


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 












Simulations Parameter (WeiterWieBisher) 


Leistung (GW) 

Verlauf einer Sommerwoche (WeiterWieBisher) 

Szenario: WeiterWieBisher - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 

20 

18 

16 

Produktion (Konventionell-Thermisch) 

Produktion (Kernkraftwerke) 

Produktion (Laufwasserkraftwerke) 

Produktion (Pumpspeicherkraftwerke) 

Produktion (Saisonalspeicherkraftwerke) 

Verbrauch (Pumpspeicher) 

Endverbrauch + Verluste 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

Montag (14. Juni) Dienstag (15. Juni) Mittwoch (16. Juni) Donnerstag (17. Juni) Freitag (18. Juni) Samstag (19. Juni) Sonntag (20. Juni) 

Wochentag 

git: heads/master-0-gc8e6897 date 2013-05-03 13:35 


Leistung (GW) 

Verlauf einer Winterwoche (WeiterWieBisher) 

Szenario: WeiterWieBisher - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) 

20 

18 

16 







14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

Montag (13. Dez) Dienstag (14. Dez) Mittwoch (15. Dez) Donnerstag (16. Dez) Freitag (17. Dez) Samstag (18. Dez) Sonntag (19. Dez) 

Wochentag 



Energie (GWh) 

Energieprodukton im Jahresverlauf (WeiterWieBisher) 

300 

250 

Szenario: WeiterWieBisher - Energieproduktion im Jahresverlauf (in Tagesauflösung) 






200 

150 

100 

50 

0 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 

Kalenderwoche 



Füllstand (GWh) 


Füllstand der Speicherseen (WeiterWieBisher) 

10000 

Szenario: WeiterWieBisher 

Füllstand der Saisonalspeicherseen 

200 

Szenario: WeiterWieBisher 

Füllstand der Pumpspeicherseen 

9000 

180 

8000 

160 

7000 

140 

6000 

120 

5000 

100 

4000 

80 

3000 

60 

2000 

1000 

0 

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 

Kalenderwoche 

Speicherkapazität Heute 

Speicherkapazität Morgen 

Verlauf 2010 

Verlauf Morgen 

40 

20 

0 

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 

Kalenderwoche 






Jahresbilanz (WeiterWieBisher) 












Parameter (nur Solarausbau) 


Leistung (GW) 

Verlauf einer Sommerwoche (nur Solarausbau) 

Szenario: Solarausbau-B - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 

20 

18 

16 



Produktion (Photovoltaik) 



Überschuss ("Waste") 


14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 


Wochentag 



Leistung (GW) 

Verlauf einer Winterwoche (nur Solarausbau) 

20 

18 

16 

Szenario: Solarausbau-B - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) 






Defizit 


14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 


Wochentag 



Energie (GWh) 

Energieprodukton im Jahresverlauf (nur Solarausbau) 

300 

250 

Szenario: Solarausbau-B - Energieproduktion im Jahresverlauf (in Tagesauflösung) 






Defizit 

200 

150 

100 

50 

0 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 

Kalenderwoche 





Füllstand der Speicherseen (nur Solarausbau) 

10000 

Szenario: Solarausbau-B 


200 

Szenario: Solarausbau-B 


9000 

180 

8000 

160 

7000 

140 

6000 

120 

5000 

100 

4000 

80 

3000 

60 

2000 

1000 

0 

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 

Kalenderwoche 





40 

20 

0 

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 

Kalenderwoche 






Jahresbilanz (nur Solarausbau) 












Parameter (Solar und Wind) 


Leistung (GW) 

Verlauf einer Sommerwoche (Solar und Wind) 

Szenario: SolarWindAusbau - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 

20 

18 

16 

14 



Produktion (Windanlagen) 






12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 


Wochentag 



Leistung (GW) 

Verlauf einer Winterwoche (Solar und Wind) 

Szenario: SolarWindAusbau - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) 

20 

18 

16 

14 









12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 


Wochentag 



Energie (GWh) 

Energieprodukton im Jahresverlauf (Solar und Wind) 

300 

250 

Szenario: SolarWindAusbau - Energieproduktion im Jahresverlauf (in Tagesauflösung) 







200 

150 

100 

50 

0 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 

Kalenderwoche 





Füllstand der Speicherseen (Solar und Wind) 

10000 

Szenario: SolarWindAusbau 


200 

Szenario: SolarWindAusbau 


9000 

180 

8000 

160 

7000 

140 

6000 

120 

5000 

100 

4000 

80 

3000 

60 

2000 

1000 

0 

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 

Kalenderwoche 





40 

20 

0 

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 

Kalenderwoche 






Jahresbilanz (Solar und Wind) 












Parameter (Solar, Wind und Biomasse) 


Leistung (GW) 

Verlauf einer Sommerwoche (Solar, Wind und Biomasse) 

20 

18 

16 

14 

Szenario: Erneuerbar-A - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 









12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 


Wochentag 



Leistung (GW) 

Verlauf einer Winterwoche (Solar, Wind und Biomasse) 

20 

18 

16 

14 

Szenario: Erneuerbar-A - Energieproduktion im Verlauf einer Winterwoche (in Stundenauflösung) 


Produktion (Biomasse) 








12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 


Wochentag 



Energie (GWh) 

Energieprodukton im Jahresverlauf (Solar, Wind und Biomasse) 

300 

250 

Szenario: Erneuerbar-A - Energieproduktion im Jahresverlauf (in Tagesauflösung) 


Produktion (Biomasse) 






200 

150 

100 

50 

0 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 

Kalenderwoche 





Füllstand der Speicherseen (Solar, Wind und Biomasse) 

10000 

Szenario: Erneuerbar-A 


200 

Szenario: Erneuerbar-A 


9000 

180 

8000 

160 

7000 

140 

6000 

120 

5000 

100 

4000 

80 

3000 

60 

2000 

1000 

0 

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 

Kalenderwoche 





40 

20 

0 

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 

Kalenderwoche 






Jahresbilanz (Solar, Wind und Biomasse) 












Leistung (GW) 

Verlauf einer Sommerwoche (Solar, Wind, Biomasse, mit Batterie) 

20 

18 

16 

14 

Szenario: Erneuerbar-B - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 






Produktion (Kurzzeitspeicher) 

Verbrauch (Kurzzeitspeicher) 




12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 


Wochentag 













Leistung (GW) 

Verlauf einer Sommerwoche (Solar, Wind, Biomasse, Lastverschiebung) 

Szenario: Lastverschiebung - Energieproduktion im Verlauf einer Sommerwoche (in Stundenauflösung) 

20 

18 

16 

14 


Produktion (Geoelektrisch) 







Endverbrauch + Verluste (verschoben) 

Endverbrauch + Verluste (unverschoben) 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 


Wochentag 



Die veränderte Einsatzstrategie der Speicherseen: 

Hochdynamische Nutzung 

Leistungskurve 

Speicherseen 

WWB 

Leistungskurve 

Speicherseen 

Erneuerbar 


CH Energie-Autonomie Wasserjahre 2003 - 2012 

CH 

Energieautark 

CH 

Energie- 

Import 


Simulierte Szenarien: Erkenntnisse 

1. Alle sechs vom Bund vorgeschlagenen Szenarien (ohne Kernenergie) sind 

realisierbar. 

2. Die autarke Versorgung der Schweiz mit elektrischer Energie ausschliesslich 

aus Photovoltaik (PV) ist nicht möglich. 

3. Die autarke Versorgung der Schweiz aus 100% erneuerbaren Energien 

(Wasser, Sonne und Wind) ist mit geplantem Ausbau der Speicherseen 

möglich . 

(Konsequenz: rund 40 km 2 PV in den Bergen und bis 2000 Wind-Anlagen) 

4. Die Schweiz ist aufgrund der Speicherseen optimal auf die Energiewende 

vorbereitet. 

5. Der stufenweise Ausstieg aus der Kernenergie (hier nicht simuliert) ist auch 

ohne Gaskraftwerke (GuD) möglich. 

6. Bei den Simulationen wurde die Schweiz als «Insel» betrachtet. Es ist 

jedoch möglich, diesen Simulationen zusätzlich Stromhandel zu überlagern. 


Volkswirtschaftliche Kosten der Energieträger 

48 Zürich 07.05.2013 © by Supercomputing Systems AG 

Kosten [Rp/ kWh] 

Flusskraftwerke (heute 2..6 Rp/kWh) 4.0 

Speicherkraftwerke (heute 4.5 Rp/kWh) 5.5 

Kernkraftwerke (heute, ohne Risikoabgeltung) 5.6 

Kernkraftwerke (heute, inkl Risiko) 

Kosten Supergau: CHF 5000 Mia, 0.2 ‰ / KKW & a, 5 KKW’s 

Produktion: ca. 28 TWh/Jahr 

Kernkraftwerke (neu, ohne Risikoabgeltung) 

1.5 GW à 10 Mia CHF, Zins: 6%, Lebensdauer: 50 a, Unterhalt: 3%, 12 TWh/a 

Solar Mittelland 

1.2 kCHF / kWp, Zins 3%, Lebensdauer: 25 a, Unterhalt: 1%, 1000 kWh/a pro kWp 

Solar Berge 

2.4 kCHF / kWp, Zins 3%, Lebensdauer: 25 a, Unterhalt: 1%, 1500 kWh/a pro kWp 

Wind 

1 MWp à 2 MCH, Zins: 4.5%, Lebensdauer: 40 Jahre, Unterhalt: 4%, 

Produktion: ca. 2000 MWh / Jahr pro MWp 

KVA 6.0 

GuD 

1 MWp à 1 MCH, Zins: 4.5%, Lebensdauer: 30 Jahre, Unterhalt: 1%, 

Brennstoff: 5 Rp/ kWh, Betrieb: ca. 4000 Volllaststunden/Jahr 

23.5 

7.9 

8.1 

10.8 

9.7 

6.8

Volkswirtschaftliche Kosten der Szenarien 

Kosten 

[Mia CHF/a] 

Kosten 

[Rp/ kWh] 

WWB (ohne Risiko) 8.76 14.6 

WWB (mit Risiko 0.2 ‰) *) 13.72 22.8 

WWB mit neuen KKW (ohne Risiko) 10.56 17.6 

Bund NEP-E 9.48 15.8 

Solarausbau-B (40 Standorte) (keine Autarkie!) 9.66 (keine Autarkie!) 16.1 

Solar & Wind 10.32 17.2 

Solar & Wind & Biomasse 10.68 17.8 

Solar & Wind & Biomasse & Batterie 11.10 18.5 

Solar & Wind & Biomasse & Lastverschiebung 10.44 17.4 

*) Kosten Supergau: CHF 5000 Mia, 0.2 ‰ / KKW & a, 5 KKW’s 

WICHTIG: 

Die Umwandlung der volkswirtschaftlichen Kosten in die Strompreise erfolgt durch die Politik. 


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 100% mit erneuerbarer Energie 

versorgen (Wasser, Sonne, Wind, Biomasse). 

3. Die volkswirtschaftlichen Kosten der verschiedenen 

Energieszenarien liegen in vergleichbarem Rahmen. 

4. Durch dezentrale Stromversorgung mit dezentralen Batterien 

kann auf den Ausbau des heutigen Netzes weitgehend 

verzichtet werden (konnte heute nicht erläutert werden). 


Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 


Podiumsdiskussion 

• Diskussion unter der Leitung von Regula Zehnder, Radio SRF1 

• Dr. Irene Aegerter, Vize-Präsidentin SATW 

• Dr. Sonja Studer, Ressortleiterin Energie Swissmem 

• Dr. Lukas Küng, Leiter Netze EWZ 

• Thomas Vellacott, CEO WWF Schweiz

Verlauf einer Sommerwoche (Solar, Wind und Biomasse)

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