Om vi ​​vill bli av med fossila bränslen i hela landet, det är mycket att göra. Det blir ett generationsprojekt, så mycket är klart. Empa-forskarna Martin Rüdisüli, Sinan Teske och Urs Elber har nu räknat ut hur lång och brant vägen till ett hållbart energisystem kan vara; deras studie publicerades i slutet av juni i tidskriften Energier .

Forskarna valde ett konservativt tillvägagångssätt och samlade initialt in riktiga data om elförbrukning, värmebehov och varmvattenförbrukning i Schweiz. Dessa data fungerade sedan som grund för ett tankeexperiment. Schweiz elbehov är fortfarande ganska lätt att fastställa:Den schweiziska nätoperatören Swissgrid tillhandahåller detaljerade värden för varje kvart varje dag på året. Kraven på värmeenergi och varmvatten blir allt svårare. Empa-experterna använde data från fjärrvärmeleverantören REFUNA, som förser flera samhällen i nedre Aare-dalen med spillvärme från kärnkraftverket i Beznau. En dataanalys visade att värmebehovet i de anslutna husen korrelerar ganska bra med utetemperaturen – och på nätter som är varmare än 18 grader Celsius, värmen används därför endast till processvatten och duschvatten.

Elektrifierande värmesystem och bilar

För deras tankeexperiment, forskarna gjorde olika antaganden. För det första, de flesta schweiziska invånare beter sig som människor i nedre Aare-dalen och bor i liknande byggnader. För det andra, för att komma bort från eldningsolja och naturgas, värmebehovet för alla byggnader kommer först att minska med cirka 42 % genom renoveringsåtgärder; då kommer 3/4 av resterande värmebehov i hus och lägenheter som renoveras på detta sätt att realiseras med elvärmepumpar. Och för det tredje:Mobiliteten ska elektrifieras i den utsträckning att ungefär 2/3 av alla privata bilresor kan ske elektriskt, vilket motsvarar cirka 20 % av alla körda kilometer. Godstrafik och långväga resor, å andra sidan, är inte så lätt att konvertera, vilket är anledningen till att de uteslöts från elektrifieringen av mobilitet i studien.

Kärnkraftverk spelar inte längre någon roll i Empa-studien — eftersom avvecklingen av kärnkraften har beslutats sedan folkomröstningen om energilagen i maj 2017. Därför forskarna förväntade sig en kraftig expansion av solceller; hälften av alla takytor i Schweiz som bedöms som goda till enastående lämpliga inom ramen för projektet www.sonnendach.ch är utrustade med solceller. Det motsvarar ungefär en tredjedel av alla takytor i Schweiz.

Hur mycket ökar efterfrågan på el?

Nästa, forskarna fastställde den resulterande elförbrukningen, som sannolikt kommer att stiga med omkring 13,7 terawattimmar per år på grund av värmepumpar och elfordon — d.v.s. med cirka 25 procent jämfört med idag. Ännu mer alarmerande än denna betydande ökning av konsumtionen, dock, var den tidsmässiga klyftan mellan elproduktion och efterfrågan:solceller producerar mest el på sommaren — men värmepumpar och uppvärmda bilar kräver särskilt mycket el på vintern. Detta resulterar i ett säsongsmässigt utbudsgap.

Detta skulle kunna kompenseras genom att importera el från grannländer, som redan idag är fallet vid brist. Men vår CO ₂ Balansen kommer troligen att bli lidande som ett resultat – eftersom el från Europa ofta kraftigt försämrar CO ₂ balansen i Schweiz, som så noggrant har elektrifierats. Värmepumpar och elbilar gynnar därför klimatet mest om elen som krävs för dem också är förnybar.

Vad föreslår forskarna?

Dock, Empa-studien ger också värdefull information om hur man implementerar en låg CO ₂ energisystem. För det första, det är mest meningsfullt att ersätta oljeeldade värmesystem med värmepumpar om byggnaderna är isolerade med den senaste tekniken. Eftersom en värmepump utan lämplig isolering är betydligt mindre effektiv. För det andra, varje kärnkraftverk måste ersättas med ungefär åtta gånger den solcellseffekt. Varför? Ett kärnkraftverk levererar cirka 8, 000 timmar el per år – en solcell, dock, endast 1, 000 timmar. Det innebär ett stort antal solpaneler — på alla tillgängliga ytor. För det tredje, vi behöver så mycket lagringskapacitet som möjligt för solenergi – både lokala batterilagringsanläggningar och pumpade lagringsanläggningar såväl som andra lagringstekniker, särskilt (geotermiska) värmelagringsanläggningar, men också teknik för att omvandla el till kemiska energikällor. Detta beror på att solen skiner tillräckligt starkt bara några timmar om dagen för att fylla förråden. Under resten av tiden, den lagrade energin måste räcka.

För det fjärde, vi måste skapa säsongsbetonade värmelager så att värmepumparnas elbehov kan minskas vintertid. För det femte, vi måste bättre matcha tillgång och efterfrågan på energi. Det kommer att finnas gott om solenergi och värme på sommaren, men på vintern kommer framför allt förnybar energi att vara en sällsynt (och därför dyr) vara i framtiden. För det sjätte – och detta är de goda nyheterna:elektromobilitet får inte balansen att luta. Under de antaganden som gjorts, den dagliga laddningen av elfordon i hemmet, på jobbet eller när man handlar genererar endast relativt låga toppar i efterfrågan på el jämfört med elvärmeförsörjningen. En förutsättning för detta, dock, är lämpliga nätverk med tillräcklig kapacitet.

Om ytterligare förnybar energi som vindkraft, geotermisk energi, mer biomassa och lite mer vattenkraft realiseras på vintern i framtiden, täckningsgapet kommer att minska, dock, det kommer förmodligen inte att gå att stänga den helt. Enbart elektrifieringen av värme och rörlighet kommer därför inte att lösa problemet. "För att den hållbara omvandlingen av vårt energisystem ska lyckas, vi behöver både kort- och långsiktigt — dvs. säsongsbetonad energilagringsteknik. Det är därför vi inte bör spela ut energisektorer mot varandra, men håll alla tekniska alternativ öppna, " säger Martin Rüdisüli. Och Sinan Teske tillägger:"Vi måste lära oss av naturen hur vi ska hantera solenergi, som inte är tillgänglig året runt. Vi kunde lagra så mycket som möjligt på sommaren och begränsa våra behov på vintern. Eller så kan vi leta efter partners på jordens södra halvklot som kan skörda solenergi och leverera den till Schweiz när vintern är här, och vice versa."