Am 17.12.2022 wurde Version 1.2 des Berichtes publiziert. Neu wurde die Einhaltung der Rahmenbedingung, dass nicht mehr Wasser zurückgehalten werden kann als sonst zu dieser Zeit fliesst, viertstündlich anstelle monatlich sichergestellt. Dies wurde möglich anhand eines Vergleichs der realen PV-Produktion 2021/22 und entsprechenden Stromproduktionsdaten aus Speicherseen im 1/4-Stunden Raster. Dabei zeigte es sich, dass Situationen entstehen können, in welchen mehr PV-Leistung vorhanden ist als Strom aus Speicherseen produziert wird. Die genaue Beschreibung dazu kann im Anhang (Berechnung Rückhaltepotential) des Berichtes eingesehen werden.
Das potentielle Rückhaltepotential musste dadurch etwas angepasst werden. Untenstehend ist die aktuelle Grafik zu sehen, als Titelbild zum Vergleich weiterhin die alte Grafik. An den Grössenordnungen (und dem erklärenden Text) hat sich nichts geändert. Das Modell ist dadurch robuster geworden. Das neue Dokument findet sich hier: Dreamteam Wasserkraft und Solarstrom
Dies wurde möglich anhand eines Vergleichs der realen PV-Produktion 2021/22 und entsprechenden Stromproduktionsdaten aus Speicherseen im 1/4-Stunden Raster. Dabei zeigte es sich, dass Situationen entstehen können, in welchen mehr PV-Leistung vorhanden ist als Strom aus Speicherseen produziert wird. Die genaue Beschreibung kann im Anhang (Berechnung Rückhaltepotential) des Berichtes eingesehen werden.
Das potentielle Rückhaltepotential musste dadurch etwas angepasst werden. Untenstehend ist die aktuelle Grafik zu sehen, als Titelbild zum Vergleich weiterhin die alte Grafik. An den Grössenordnungen (und dem erklärenden Text) hat sich nichts geändert. Das Modell ist dadurch sicher robuster geworden. Das neue Dokument findet sich hier: Dreamteam Wasserkraft und Solarstrom
Leider ist die Energieproduktion der Photovoltaik (PV) nicht stetig. Insbesondere im Winter kann es bei längeren Schlechtwetterperioden zu Produktionseinbrüchen kommen. Ergänzende Windenergie (Wind weht auch wenn die Sonne nicht scheint), Alpine PV (mehr Einstrahlung, weniger Nebel) und Fassaden-PV (bessere Winkel im Winter) helfen zwar dieses Problem zu mindern, trotzdem braucht es ein Speichermedium, welches solche Langzeit-Schwankungen auffangen kann. Dazu werden diverse Lösungsansätze diskutiert, die aber meist auch Nachteile aufweisen.
Mögliche Langzeitspeichertechnologien (aufklappen)
Pumpspeicherwerke: Aktuell nicht benötigter Strom wird in ein Speicherbecken hochgepumpt und kann bei Bedarf später zu Strom gewandelt werden. Leider können die vorhandenen Pumpspeicherwerke der Schweiz nur relativ kleine Energiemengen speichern, sie sind für kurzfristige Stabilisierungen im Netz gebaut.
Speicherseen: Seen in den Alpen mit natürlichen Zuflüssen, deren Abfluss via Staumauern gesteuert werden kann. Der Gesamtenergieinhalt der gefüllten Speicherseen ist gigantisch, er erreicht über 8 TWh und kann den Strombedarf der Schweiz ca. für 55 Tagen decken. Aber gerade dann, wenn wir die Speicherseen brauchen (gegen Frühling) sind diese beinahe leer!
lokale Strom-Speicher: Grundsätzlich kann Strom sehr effizient in Lithium-Ionen Akkus gespeichert werden. Insbesondere für die kurzfristige Stabilisierung des Netzes werden sie unvermeidlich sein. Aber ein Ausbau in den benötigten Dimensionen käme teuer. Diskutiert wird auch, die Batterien der eAutos dazu zu verwenden (ob im Auto eingebaut oder als Zweitverwendung nach dem Ausbau). Insbesondere der Einsatz im Auto ist aber für wochenlanges Speichern wenig geeignet. Interessant könnten lokale “Salzspeicher” werden. Diese brauchen zwar mehr Platz als ein Lithium-Akkus, sind aber in der Handhabung (z.B. im Keller eines Hauses) unproblematisch. Leider müssen diese teilweise beheizt werden und haben daher relativ grosse Verluste.
Mechanische Speicher / Druckluft: Laufend werden neue Konzepte diskutiert, die aber meist noch nicht ausgereift sind und hohe Investitionen bedeuten würden.
eFuels: Mitte überschüssigem Sommerstrom werden synthetische Brennstoffe erzeugt, die sich gut speichern und später wieder in Strom umwandeln lassen. Leider ist die Produktion derselben sehr energieintensiv und damit auch teuer. eFuels werden wohl eher für spezielle Anwendungen wie das Fliegen eingesetzt werden.
Der PV-Pionier und Vater der Swiss Energy Charts, Thomas Nordmann, und ich haben gemeinsam untersucht, ob die fast leeren Speicherseen im Frühling (wenn wir sie brauchen würden!) wirklich Schicksal sind, oder ob dieses gewaltige Speicherpotential mit einer intelligenten Kopplung der PV- Produktion nicht besser genutzt werden könnte.
Der Füllstand der Speicherseen ist im Wesentlichen eine Funktion des Zuflusses und der Verstromung, d.h. der Wassermenge welche via Turbinen abgelassen und in Strom umgewandelt wird. Leider können wir nicht mit absoluter Sicherheit sagen, wann wozu die Energie aus den Speicherseen tatsächlich verwendet wird. Eine Analyse der Preise und Produktion lässt aber durchaus den Schluss zu, dass auch im Winter ein Teil davon in den Export fliesst (Vielen ist nicht bewusst, dass die die Schweiz sowohl im Winter als auch im Sommer Strom importiert und exportiert, Quelle: Energy-Charts).
Wir wollten uns aber erst einmal von der Export-Frage lösen. Dazu haben wir ein mathematisches Speichersee-Modell erstellt und anhand von Ist-Werten des hydrologischen Jahres 21/22 über ein Jahr berechnet, wie sich monatlich der Füllstand der Speicherseen verändert, wenn wir 3 GW PV zubauen (was in den nächsten 2-3 Jahren möglich ist) um damit die Verstromung zu reduzieren (Rückhaltepotential im obigen Bild), ohne dabei am Export oder anderen “Schrauben” des derzeitigen Energiesystems etwas zu ändern. Das Resultat ist beeindruckend:
Grafik der Version 1.2, mit dem angepassten potentiellen Füllstand.
Während die blaue Kurve den Füllstand (gemessen als Energiewert in TWh) im hydrologischen Jahr 2021/22 darstellt, zeigt uns die rote Kurve wie grosser dieser Effekt ist. Im April kann damit der potentielle Speicherstand um über 1 TWh erhöht und in diesem Beispiel ein Gesamtfüllstand der Speicherseen von über 3 TWh erreicht werden, was ungefähr dem CH-Stromverbrauch während 19 Tagen entspricht! Die im Winter zwar reduzierte und teilweise unstetige PV-Produktion produziert im Schnitt kumuliert eben doch eine stattliche Energiemenge! Kurzfristige Tages/Nachtschwankungen können via Pumpspeicherwerke (siehe Langzeitspeichertechnologien) ausgeglichen werden, für die längerfristigen Schwankungen sind die Speicherseen zuständig.
Die Verwendung der Speicherseen als PV-Speicher wurde lange unterschätzt, jetzt mit der Diskussion der Winterstromlücke dämmert es langsam, welch enormes Potential in diesen liegt. Bedingung ist natürlich, dass der so erwirtschaftete zusätzliche Füllstand nicht aus kommerziellen Gründen zu Unzeiten teuer (ins Ausland) verkauft wird, d.h. “unsere” Elektrizitätswerke, deren Hauptaktionäre ja meist die Kantone sind, müssen sich wieder vermehrt auch um die Versorgungssicherheit kümmern.
Wir haben noch weitere Szenarien durchgerechnet. Die detaillierten Resultate und die ganzen Hintergrundinformationen mit einem interaktiven Simulator finden sich hier: Dreamteam Wasserkraft und Solarstrom
Kommentar verfassen