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SWEET EDGE - Untersuchungen zur dezentralen Einspeisung von erneuerbaren Energien

Das SWEET EDGE Projekt des BFE unterstützt die Integration dezentraler erneuerbarer Energien (PV, Wind, Biomasse) ins Schweizer Energiesystem, um die Klimaziele zu erreichen. Unsere Forschung fokussiert auf regionalen Energieausgleich (Städte, Mittelland, Alpen) und Pilotprojekte im Mittelland zur Dekarbonisierung mit Speicher- und Smart-Grid-Einsatz.

Herausforderung

Um die Klimaziele der Schweiz zu erreichen, ist es unabdingbar, grosse Mengen an erneuerbaren Energien dezentral in das Schweizer Energiesystem zu integrieren. Das Bundesamt für Energie hat dazu eine Ausschreibung für neue Forschungs-Programme lanciert (SWEET-Ausschreibung). Der Schwerpunkt liegt dabei auf dezentralen, erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik, Wind und Biomasse aus lokalen Quellen in Verbindung mit bestehender Wasserkraft und neuen Speichermöglichkeiten. Es soll untersucht werden, wie diese dezentralen erneuerbaren Energien optimal installiert, betrieben und zusammen mit europäischer Vernetzung in das Gesamtsystem integriert werden können. Das Hauptaugenmerk soll dabei auf der Elektrizität liegen, jedoch unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen mit Elektromobilität, Wärmeerzeugung, verschiedensten Speichertechnologien und synthetischen Kraftstoffen.

Die technologischen Fortschritte werden zusammen mit wirksamen Möglichkeiten zur Förderung von Investitionen, zur Entwicklung neuer Geschäftsmodelle, zur Gestaltung von Märkten (einschliesslich dezentraler Märkte), zu neuen politischen Instrumenten und Vorschriften sowie zur Berücksichtigung der gesellschaftlichen Akzeptanz dieser neuen Instrumente und Vorschriften untersucht.

Im SWEET EDGE Projekt sollen insbesondere auch sozio-technische Merkmale beachtet werden, die in den Schweizer Städten, im Mittelland und in den Alpen sehr unterschiedlich sind. Städte zeichnen sich beispielsweise durch eine höhere Dichte an Energieverbrauchern, einen höheren Anteil an anthropogener Biomasse, einem grossen Potenzial für gebäudeintegrierte PV-Systeme sowie einen gut ausgebauten öffentlichen Verkehr aus. Das Mittelland ist reich an landwirtschaftlicher Biomasse und PV-Ressourcen, aber weniger dicht besiedelt und es gibt relativ viele landwirtschaftliche Fahrzeuge, welche auf erneuerbare Energien umgestellt werden müssen. Die alpinen Regionen bieten hocheffiziente PV, ein noch wenig ausgenutztes Windkraftpotenzial und grosse, aber oft schwierig zu erntende Holzvorkommen. Die Gebirgsregionen könnten die bereits heute vorhandene Lieferung von Strom aus Wasserkraft in die Städte und das Mittelland durch neue erneuerbare Energie steigern. In Abbildung 1 sind die verschiedenen verfügbaren Energiepotenziale und die nachgefragten Energiemengen für die drei zu untersuchenden Regionen abgebildet.

Unterschiede zwischen den nachhaltigen, technischen, erneuerbaren Energiepotenzialen und dem jährlichen Bedarf in den drei Regionen Städte, Mittelland und Alpen.
Abbildung 1: Unterschiede zwischen den nachhaltigen, technischen, erneuerbaren Energiepotenzialen (linke Balken) und dem jährlichen Bedarf (rechte Balken) in den drei Regionen Städte, Mittelland und Alpen.

Ziele

Das Projekt SWEET EDGE hat das Ziel, das Wachstum der dezentralen erneuerbaren Energien in der Schweiz zu beschleunigen und deren Integration in das Schweizer Energiesystem zu ermöglichen. Es soll sichergestellt werden, dass das Schweizer Energiesystem bis 2035 bzw. 2050, wenn die geplanten Anteile der erneuerbaren Energien erreicht sind, technisch und wirtschaftlich optimal gestaltet und betrieben wird und auf den europäischen Märkten gut positioniert ist. In den Jahren 2021-2027 wird EDGE also regionale Szenarien und Strategien entwickeln, um bis 2050 einen möglichst vollständig erneuerbaren Energiesektor in der Schweiz zu erreichen. Die EDGE-Forschungsaktivitäten sollen ausserdem durch drei Pilot- und Demonstrationsprojekte in der Stadt, im Mittelland und in den Alpen ergänzt werden.

Das EDGE-Konsortium zielt insbesondere darauf ab, über die generische Auslegung dezentraler erneuerbarer Systeme und Märkte hinauszugehen und eine regionalisierte Analyse durchzuführen, die speziell auf die Schweiz zugeschnitten ist. Abbildung 2 gibt einen Überblick über die durchzuführenden Arbeiten unterteilt in die jeweiligen Arbeitspakete. 

Aufteilung der Aufgabenstellung des SWEET EDGE-Projekts in die verschiedenen Arbeitspakete. (Zum Vergrössern klicken)
Abbildung 2: Aufteilung der Aufgabenstellung des SWEET EDGE-Projekts in die verschiedenen Arbeitspakete.

Aufgaben der Forschungsgruppe Erneuerbare Energien

Im EDGE-Projekt wird die Integration eines hohen Anteils von dezentraler erneuerbarer Energie in das Schweizer Energiesystems untersucht, unter der Berücksichtigung von unterschiedlichen Bedingungen für Städte, das Mittelland und Alpenregionen. Der Fokus der Forschungsgruppe Erneuerbare Energien liegt auf der Analyse des Energieausgleichs von Gemeinden verschiedener Regionstypen, welcher gedeckt werden muss. Dabei wird spezifisch auf die Unterschiede in der dezentralen Produktion für diese Regionen eingegangen und analysiert, wie ein dezentrales erneuerbares Schweizer Energiesystem mit Speichern, Power-to-X und Demand-Side-Management (DMS) ermöglicht werden kann.

Darüber hinaus arbeitet die Forschungsgruppe im Rahmen eines Pilot- und Demonstrationsprojektes an Massnahmen zur schnelleren Erreichung einer 100 % dekarbonisierten Energieversorgung einer typischen Gemeinde im Schweizer Mittelland (siehe Abbildung 3). Das Ziel ist zu demonstrieren, wie die Integration verschiedener bewährter Technologien sowie Effizienz- und Suffizienzmassnahmen in einem grossen Massstab erfolgen kann, um die Energieversorgung dieser Gemeinde zu optimieren. Es wird die Integration einer Biogasanlage inklusive CO2-Abscheidung und Wärmerückgewinnung untersucht. Zudem wird ein Fokus auf den Ausbau von Photovoltaik (inkl. Agri-PV), E-Mobilität und auf die Stromnetzintegration gelegt. Ausserdem wird analysiert, welche Rolle Microgrids und Smart Grids in der Energiewende in Schweizer Gemeinden spielen könnten (siehe auch Unterschied zwischen Microgrids und Smart Grids).

Übersicht über die Technologien und Aspekte (Stromerzeugung, Mobilität, Heizung, Stromnetz) der Umsetzung einer langfristigen Energieversorgung basierend auf grossen Mengen erneuerbarer Energien in einer typischen Schweizer Gemeinde im Mittelland.
Abbildung 3: Übersicht über die Technologien und Aspekte der Umsetzung einer langfristigen Energieversorgung basierend auf grossen Mengen erneuerbarer Energien in einer typischen Schweizer Gemeinde im Mittelland.

Projektbeteiligte

Das EDGE-Konsortium bringt ein breites Spektrum an interdisziplinärem Fachwissen aus den Bereichen Technologieentwicklung und -analyse, Energiesystemmodellierung, Politikwissenschaft, Wirtschaft und Nachhaltigkeitswissenschaften zusammen. Es besteht aus 14 Hochschulen und Universitäten und vielen Industriebeteiligten: