Ein Schwarm stromproduzierender «Heizungen» für die Energiewende
Eine zentrale Herausforderung der Energiewende ist es, die schwankende Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen auszugleichen. Eine Machbarkeitsstudie zeigt nun für drei Schweizer Kantone auf, wie ein Verbund von Wärme-Kraft-Kopplungsanlagen kurzfristige Engpässe überbrücken und Gebäude mit Strom und Wärme versorgen kann.
Strom erzeugen und gleichzeitig heizen
Unter einer WKK-Anlage versteht man vereinfacht kleinere oder grössere «Kraftwerke», die aus einem Konverter sowie einem Generator bestehen und mit Gas befeuert gleichzeitig Wärme und Strom produzieren. Mit der Wärme lassen sich Gebäude oder industrielle Prozesse beheizen. Im Gegensatz zur klassischen Elektrizitätsproduktion mittels thermischer Kraftwerke, welche die Abwärme an die Umwelt abgeben, wird bei WKK also praktisch 100 Prozent des Brennstoffs sinnvoll genutzt. Insbesondere kolbenmotorische WKK-Anlagen lassen sich flexibel innert Minuten zu- und abschalten und decken mit wenigen Kilowatt bis zu mehreren 100 Megawatt ein breites Leistungsspektrum ab, was sie geeignet macht, um das Stromnetz zu stabilisieren. Als Installationsorte, das heisst primär als Wärmeabnehmer, kommen vom Einfamilienhaus bis hin zur Grossindustrieanlage alle Standorte mit einem Gasanschluss in Frage.
WKK als Technologie ist an sich nicht neu und wurde auch schon unter diversen Gesichtspunkten untersucht - allerdings meist nur für Einzelanlagen und Kleinstverbünde. Das Besondere an «CHPswarm» ist unser systemischer Ansatz mit Fokus auf den Verbund: An Stelle einer Grossanlage kann eine Energiefirma die erforderliche Produktionsleistung auf einen Schwarm kleinerer Maschinen verteilen. Das schafft Skalierbarkeit, indem sich der Verbund flexibel erweitern oder verkleinern lässt. Zudem speisen die dezentralen WKK-Anlagen den produzierten Strom wie die fluktuierende Photovoltaik auf der unteren Netzebene ein, dem Gebäudeanschluss.
Potential für drei Schweizer Regionen analysiert
Wir prüften das Potenzial und die Praxistauglichkeit von WKK-Schwärmen anhand der Kantone Luzern, Thurgau und Basel-Stadt. Dazu schätzten wir die absetzbare Wärme für jedes ans Gasnetz anschliessbare Gebäude einzeln ab und legten geeignete WKK-Anlagen aus. Aus allen möglichen Installationsorten stellten wir dann einen Schwarm zusammen, der die verfügbare Gasmenge mit maximalen Profiten umsetzt. Im Sinne eines nachhaltigen Betriebs sollte dafür Biogas verwendet werden; entsprechend darf die jährlich bezogene Gasmenge die im Kanton maximal produzierbare Biogasmenge nicht überschreiten. Letztere bezifferten wir anhand einer räumlichen Inventur der Gülle-, Holz- und Bioabfallvorkommen.
Die Rechnung geht auf
Unsere Fallstudien zeigen, dass sich mit den Biogaspotentialen der Kantone Luzern und Thurgau jeweils 15 bis 20 Prozent der existierenden Heizenergie (nur Wärme produzierende Gasbrenner) durch WKKs ersetzen liessen. Der damit zusätzlich produzierte Strom entspricht 10 bis 16 Prozent des kantonalen Elektrizitätsbedarfs. Im städtischen Umfeld von Basel-Stadt fiel das Potential von WKK-Schwärmen aufgrund der wenigen land- und forstwirtschaftlichen Biomasselieferanten gering aus. Es könnte aber in der Praxis durch «Biogas-Importe» erhöht werden.
Insgesamt zeigt die Potenzialanalyse für die drei Kantone, dass biogene WKK-Anlagen etwa ähnlich viel Strom produzieren könnten wie die Photovoltaik im Jahr 2050 gemäss Erwartungen des Bundesamt für Energie BFE - hochgerechnet auf die gesamte Schweiz entspräche das 10 Prozent des gesamten Elektrizitätsbedarfs. Mengenmässig könnten WKK-Schwärme die Photovoltaik also durchaus kompensieren; sie reichen aber alleine bei weitem nicht aus, um die gesamte Strom-Nachfrage zu decken.
Saisonaler Energiespeicher
Aufgrund des gesteigerten Wärmebedarfs produzieren WKK-Anlagen im Winter mehr Elektrizität als im Sommer. Eine Grobabschätzung eines Gasnetzbetreibers ergab, dass die Leitungssysteme über Druckanpassungen im Sommer produziertes Biogas durchaus bis zum Winter speichern könnten - das Gasnetz könnte somit als saisonaler Energiespeicher dienen.
Schliesslich analysierten wir die Wettbewerbsfähigkeit unserer Idee und identifizierten Gaskombikraftwerke als primäre Konkurrenten im Strommarkt. Im Wärmemarkt beobachteten wir eine ähnliche Situation mit Gasheizungen. Allgemein begünstigten hohe Gaspreise und restriktive umweltpolitische Randbedingungen den Einsatz von WKK. Zudem stellte sich heraus, dass WKK-Schwärme ein synergetisches Verhältnis mit Wärmepumpen eingehen können, da diese bei einer Überversorgung Elektrizität aus dem System ziehen und somit das komplementäre Gegenstück zu WKKs bilden.
Wir sind daher der Meinung, dass Schwärme dezentraler und biogen befeuerter WKK-Anlagen eine interessante Option für die Schweiz darstellen, wenn es künftig darum geht, kurzfristige und bis zu einem gewissen Grad auch saisonale Schwankungen der Photovoltaikproduktion auszugleichen.
Fakten und Meinungen zu Nachhaltigkeit
Der Zukunftsblog der ETH Zürich nimmt aktuelle Themen der Nachhaltigkeit auf. Er bietet eine Informations- und Meinungsplattform, auf der sich Expertinnen und Experten der ETH zu den Themenschwerpunkten Klimawandel, Energie, Zukunftsstädte, Welternährung und Natürliche Ressourcen äussern. Prominente Gäste aus Forschung, Politik und Gesellschaft tragen mit eigenen Beiträgen zur Diskussion bei.
Lesen Sie weitere Beiträge und diskutieren Sie mit auf: www.ethz.ch/zukunftsblog
-
20:06
Dafür stehen die Buchstaben am Ende von Schweizer Nummerschildern -
18:39
Kristall und Edelstein Boutiquen: Einzigartige Geschenke und faszinierende Steinkraft -
18:11
Wiens erstaunliche Neuentdeckung: Klimts verlorenes Meisterwerk wird versteigert -
22:42
Aussenhandel schrumpft im ersten Quartal 2024 -
18:54
Die Evolution des Balles an den Fussball-WMs: Von Leder bis Hightech -
15:59
Spannende Einblicke in die Welt der Berufsbildung -
23:12
Im Notfall helfen können − Deswegen ist der Nothelferkurs so wichtig -
14:52
CBD in Mahlzeiten und Getränken: Worauf sollte man achten? -
14:43
Die Kunst des Loslassens: Leben im Einklang mit dem Wenigen -
00:00
Wie Themenhotels in der Schweiz Ihre Reise unvergesslich gestalten - Letzte Meldungen
- Freie Stellen aus den Berufsgruppen Heizung, Lüftung, Klima Planung, Montage, Energie-, Gebäude-, Haustechnik, Wissenschaft, Forschung
- Leiter/In Facility Manager/In
Domdidier - Ihre Aufgaben: Führung eines Teams von 6 Mitarbeitern (Wartungstechniker und Reinigungskräfte)... Weiter - Verantwortlicher Infrastruktur und Gebäudetechnik 100% (a)
Nänikon - Deine Aufgaben Du koordinierst alle Aufgaben im und rund um unsere Gebäude an den Standorten... Weiter - Projeteur en chauffage
Région lausannoise, Valais - L’entreprise : Nous, on espère être un excellent employeur. En tout cas, on fait... Weiter - Chargé d'affaires froid industriel
Genève - Poste : Responsable de la rentabilité de vos affaires, en assurant le suivi et la gestion... Weiter - Collaborateur-trice scientifique (énergie) (2 postes)
Peseux - Service de l'énergie et de l'environnement - Section Énergie Vous participez à l'application de la... Weiter - Berater/in im Bereich Forschungsfinanzierung
Fribourg - Anstellungsbehörde / Dienststelle / Anstalt Die Universität Freiburg ist Bildungsstätte,... Weiter - Installateur-trice électricien-ne avec CFC - installation photovoltaïque (H/F)
Crissier - Missions : - Participer à la réalisation des installations photovoltaïques en... Weiter - Ingénieur(e) en Energie - Thermique - Physique du bâtiment
Genève - Votre mission Calcul énergétique et simulation dynamique liés à... Weiter - Mechaniker (Werkzeugunterhalt / Montage m/w/d 100%
Bösingen - Zur Verstärkung unseres Teams suchen wir ab sofort oder nach Absprache einen Mechaniker... Weiter - Technische/r Mitarbeiter/in als Eichmeister/in (100%)
Mönchaltorf - Ihr Aufgabengebiet: Sie sorgen im Eichkreis für die Einhaltung und Durchsetzung der Bestimmungen... Weiter - Über 20'000 weitere freie Stellen aus allen Berufsgruppen und Fachbereichen.
Internetpräsenz aufbauen?
www.betriebs.ch www.megawatt.swiss www.wettbewerbsf.com www.kilowatt.net www.schwarms.org www.unterversorgung.shop www.gaspreise.blog www.leistungsspektrum.eu www.grossindustrieanlage.li www.prozesse.de www.machbarkeitsstudie.at
Registrieren Sie jetzt komfortabel attraktive Domainnamen!
Heute | Fr | Sa | |||
Zürich | 3°C | 11°C | |||
Basel | 4°C | 11°C | |||
St. Gallen | 1°C | 8°C | |||
Bern | 1°C | 10°C | |||
Luzern | 3°C | 11°C | |||
Genf | 2°C | 13°C | |||
Lugano | 4°C | 15°C | |||
mehr Wetter von über 8 Millionen Orten |
- Die Evolution des Balles an den Fussball-WMs: Von Leder bis Hightech
- Die Wertvollsten Spieler im Fussball: Aktuelle Top-Stars
- Die verborgenen Taktiken der Fussballmannschaften
- Superfoods für Fussballer: Welche Nahrungsmittel steigern die Ausdauer und Leistung auf dem Feld?
- Jenseits der Top-Clubs: Die Seele des Fussballs in kleinen Vereinen
- So gestalten Sie eine unvergessliche Fussballparty
- Der emotionale Aufstieg: Wie Fans die Siege ihres Teams hautnah erleben
- Mehr Fussball-Meldungen
- Dafür stehen die Buchstaben am Ende von Schweizer Nummerschildern
- Aussenhandel schrumpft im ersten Quartal 2024
- Spannende Einblicke in die Welt der Berufsbildung
- Firmenwebsite professionell gestalten
- Adaptogene Pflanzen: Natürliche Helfer für Balance und Wohlbefinden
- KI in der Kriegsplanung getestet
- Schweizerische Exportrisikoversicherung erreicht solides Ergebnis im 2023
- Weitere Wirtschaftsmeldungen
- BMW Vision Neue Klasse X: So sieht der iX3-Nachfolger aus
- Durchbruch bei der Wasserstoffproduktion
- Uhren für Klimaaktivisten: ID Genève setzt voll auf Nachhaltigkeit
- Revolutionäre Energiespeicher: Superkondensator aus Zement, Wasser und Russ
- «co-operate»: Modell für klimagerechtes Bauen
- Schweizer Finanzplatzakteure entwickeln gemeinsam die Net-Zero Data Public Utility
- Tesla baut neue Mega-Factory in Shanghai
- Letzte Meldungen
- Montreux-Festival: Musik wird mit Röntgenlicht gerettet
- Reparieren statt wegwerfen: So funktioniert die Reparatur von Elektrogeräten
- BMW Vision Neue Klasse X: So sieht der iX3-Nachfolger aus
- Die Kopfhörer für erholsamen Schlaf
- Der Renault 5 kommt zurück - diesmal elektrisch
- Makerspaces: Orte der Kreativität und Innovation
- 13,3% der Erwerbstätigen verwenden bei ihrer Arbeit nie digitale Geräte
- Letzte Meldungen
- Seminare zum Thema Umwelt / Ökologie
- Unser Wald im Klimawandel
- Glas Recycling - Workshop / Sommerkurs
- Glas Recycling - Workshop
- Klimaethik
- Nachhaltigkeit in der Reinigung
- Lehrgang Projektmanagement Natur und Umwelt
- Dipl. Energie- und Umwelttechniker/in HF
- Feedback-Analyse -Komplexe Situationen analysieren und beherrschen
- CAS in Environmental Ethics
- Lehrgang Umweltberatung und -kommunikation
- Weitere Seminare