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Übersicht über Energy Harvesting-Methoden, Möglichkeiten und Restriktionen anhand von Beispielen aus der Praxis

eTanks als saisonale thermische Energiespeicher sind eine vielversprechende Technologie, um die beinahe unendliche Energie der Sonne über das ganze Jahr zu nutzen. Mit einer grossen Speicherkapazität, relativ einfacher Bauform und ohne komplizierte Bauteile, sind sie ideal für solarthermische Systeme geeignet. Die Nutzung der Sonne im Winter ist jedoch aufgrund der tiefen Aussentemperaturen und Einstrahlungswinkel mangelhaft. Die tiefen Rücklauftemperaturen der Solaranlage sind aufgrund des niedrigen Temperaturunterschiedes zum eTank nicht gut speicherbar. Abhilfe bietet in diesem Szenario die Kombination des eTanks mit Phasenübergangsmaterialien (PCM). Mithilfe dieser Materialien kann die Speicherkapazität bei niedrigen Temperaturen erhöht werden. Das PCM wird so gewählt, dass der Phasenübergang präzise bei den tiefen Wintertemperaturen stattfindet, welche die Sonne zu diesem Zeitpunkt liefern kann. Um den Effekt zu quantifizieren, werden zwei Modell-eTanks gebaut. Das PCM wird mit einem Doppelrohrsystem in einem der zwei Modelltanks eingebracht. Im Solarlabor der ZHAW werden Testdurchläufe durchgeführt, bei denen die Tanks parallel be- und entladen werden. Sämtliche relevante Daten werden während den Tests geloggt, ausgewertet und anschliessend bei der Auswertung mit berechneten, theoretischen Werten abgeglichen. Aufgrund von Ungenauigkeiten bei den Messungen, Frostschäden und Dichtigkeitsproblemen, konnten quantitativ nur eine reduzierte Anzahl Messungen durchgeführt werden. Diese Faktoren beeinflussen auch die Relevanz der Daten. Das Modell ist grundsätzlich funktionstüchtig, was durch den erfolgreichen Phasenübergang sichtbar wird. Dieser konnte bei der Demontage beobachtet werden. Die Resultate zeigen bei mehreren Testläufen eine grosse Abweichung zwischen den gemessenen und den berechneten Werten. Auch in den grafischen Darstellungen der Temperaturen ist der Phasenübergang schlecht sichtbar. Die Bauart der Modelltanks ist jedoch vielversprechend. Mit der Kalibration der Temperatur-sensoren, dichteren Rohrübergängen und mehr Kontrolle über die Vorlauftemperatur zu den Tanks könnten weitere Experimente mit dem System durchgeführt werden., eTanks as seasonal thermal energy storage systems are a very promising technology to use the almost infinite energy from the sun over the whole year. With their large storage capacity, relatively easy construction and lack of complicated parts, they are ideally suited in combination with solar thermal systems. The system still has disadvantages when it comes to the usage of solar power in Winter while temperatures are cold and angle of incidence to the panels are low. The colder return temperatures are difficult to store because of the low temperature difference to the eTank. A promising remedy for this scenario is the combination of an eTank with phase-changing-materials (PCM). These materials provide the possibility to increase the storage capacity at low temperatures. The PCM is selected according to its phase-change-temperature which can be precisely the return temperatures that are expected to be provided by the solar thermal system. Two model-eTanks are built to quantify this effect. The PCM is built in one of the tanks using a double-pipe system. Test runs are carried out at the solar laboratory at ZHAW. During these test runs, the tanks are thermally loaded and unloaded in parallel. All relevant data are logged during the test runs and later analyzed. During the evaluation, the measured data is compared to calculated possible values. Because of inaccuracies with the measurements, frost damage and leaks in the pipes, the quantity of the test runs was limited. These factors also affect the relevancy of the data. Based on observations during the disassembly, the PCM has successfully carried out the phase-change. This means that the model-tanks work. The results show a big difference between the measured and the calculated values in multiple test runs. The graphical analysis of the temperatures also shows no conclusive evidence of if, and at what temperature, the phase change happened.

In dieser Arbeit wurde das Potential von Free Cooling für die drei Schweizer Standorte Bern, La Chaux-de-Fonds und St. Gallen in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur, Anwendungsart, Schaltung und Art der Rückkühlung untersucht. Hierfür wurde die gleiche Methodik wie in der Untersuchung: “Free Cooling in der Klimakälte - Untersuchung des Potentials in der Schweiz” angewendet.

Eine thermodynamische Verlustquelle in Kompressionskälteanlagen ist das Expansionsventil. Die hohen Druckunterschiede bei CO2 als Arbeitsmedium sind prädestiniert für die Arbeitsentnahme bei der Expansion. Der Ejektor wird als eine vielversprechende Komponente zur Verringerung dieser Expansionsverluste angesehen. Gegenstand der Arbeit ist ein Vergleich zwischen einer CO2- Kälteanlage mit Parallelverdichtung und Multi-Ejektor-Modul gegenüber eines herkömmlichen Kältekreislaufs mit paralleler Verdichtung. Gegliedert in einen modellbasierten Ansatz und einen experimentellen Teil, wird der Kreislauf betreffend der Systemperformance analysiert. Die experimentelle Untersuchung umfasst die Betrachtung bei verschiedenen Umgebungstemperaturen, Druckniveaus und Kälteleistung. Obschon die Förderleistung des Parallelverdichters mögliche Betreibszustände limitiert. Bezüglich des COP stellten die Messresultate unter Beachtung der Messunsicherheit keine Verbesserung mit Multi-Ejektor-Block dar. Dabei zeigten die untersuchten Zustände schlechtere Verdichtereffizienzen. Neben Messungen wurden numerische Kreislaufberechnungen durchge-führt. Bei identischen Kennfeldern des Parallel- und Hauptverdichters stellten die Simulationen bei Umgebungstemperaturen von 36 °C und Ejektoreffizienz von 30 % eine Effizienzsteigerungvon 11 % dar.

Die vorliegende Arbeit befasst sich hauptsächlich mit dem Thema Energie, dazu wurde eine Literaturrecherche durchgeführt. Es wurde ein Konzept erarbeitet, welches aus einem Zusammenschluss erneuerbarer Energien und verschiedenen Technologien besteht, aber auch der Natur ihren Platz zugesteht. Dieses Konzept wird mittels technischer Zeichnungen dargestellt, anschliessend wurden, durch Berechnungen und Simulationen, die dazugehörigen Werte der verschiedenen Systeme und Anlagen ermittelt. Das Konzept besteht aus zwei Gebäudekomplexen die Platz für zirka 12'000 Personen bieten, sie sind mit einer Fassaden- und Dachbegrünung ausgestattet und von einem Pumpspeicherkraftwerk, welches durch einen Wald kaschiert wird, umgeben. Es wurde darauf geachtet, dass verschiedene Anlageteile des Gesamtprojekts multifunktionell sind, das heisst Energie produzieren, Platz für die Natur lassen und den Bewohnern als Naherholungsgebiet dienen. Die Gebäudekomplexe besitzen verschiedene Photovoltaikanlagen, welche in den oberen Südfassaden integriert wurden, sich auf den Süddächern oder auf dem Pumpspeicherkraftwerk befinden. Die tagsüber durch die Photovoltaik erzeugte Energie, wird in den Gebäuden etagenweise mittels Akkus/Batterien gespeichert und für die Nacht verfügbar gemacht. Energieüberschüsse, welche mehrheitlich durch die Photovoltaikanlage des Pumpspeicherkraftwerkes erzeugt wurden, werden in diesem als potentielle Energie gespeichert. Das heisst am Tag wird Wasser mittels «Solarstrom» hochgepumpt und in der Nacht mittels Turbinen wieder in elektrische Energie umgewandelt. Die zwei Gebäudekomplexe A+B, sind jeweils in drei Häuser für rund 2'000 Personen gegliedert und besitzen ein eigenes, von den anderen Häusern unabhängiges, Heizungs-/Kühlungs-, Lüftungs- und Warmwasserbereitungssystem. Dieses System besteht aus Wärmepumpen und sorgt dafür, dass die Heizung/Kühlung, Kontrollierte Wohnungslüftung, sowie die Warmwasserbereitung pro Haus möglichst «klimaneutral» betrieben werden. Dazu wird das aufbereitete Hausabwasser, welches noch Restwärme besitzt, in einen grossen Brauchwassertank geleitet, wo ihm diese mittels Wärmepumpen entzogen und an den Hauptpufferspeicher des Warmwasserbereitungssystems abgegeben wird. Das nun kalte Brauchwasser wird in einen zweiten, extrem grossen unterirdischen Tank geleitet. Dort entzieht es im Winter der Umwelt Energie in Form von Wärme, respektive gibt diese im Sommer ab. Dieser Tank dient als Wärmequelle/senke für die Wärmepumpen des saisonalen Pufferspeichers, sowie als Wärmequelle für den Pufferspeicher der Warmwasserbereitung. Dadurch kann die benötigte Wärmeenergie für das Heizungs-/Kühlungs- und Lüftungssystem saisonal gespeichert und genutzt werden. Die beiden Pufferspeicher dienen dazu, da die Gebäudekomplexe relativ gross sind, die Wärme- und Kälteenergie zwischen zu speichern. Der Transport und die Verteilung der Energie wird mit Klimawärmepumpen bewerkstelligt, bei welchen der Kältekreis umgekehrt werden kann, dadurch kann die Energie, je nach Saison an das modular aufgebaute Heizungs-/Kühl-, Lüftungs- und Warmwasserbereitungssystem abgegeben, respektive aufgenommen werden. Die Warmwasserbereitung wird ganzjährig durch die Solarthermie und in der Wintersaison, durch ein Blockheizkraftwerk unterstützt. Das Blockheizkraftwerk wird mit Biogas, welches aus den biogenen Abfällen der Bewohner erzeugt wird, betrieben., The present paper deals primary with the topic of energy, for this was a literature research carried out. A concept was developed, which results form a combine of renewables energies and different technologies, but also lets nature take its place. This concept is presented by technical drawings, subsequently, the corresponding values of the various systems and facilities were determined through calculations and simulations. The concept consists of two building complexes, which have space for 12’000 people, they are covered with a green façade and roof and surrounded by a pumped storage power station, which is hided through forest. Care was taken, to ensure that different parts of the overall project are multifunctional. That means, that they produce energy, leave space for nature and serve the inhabitants as local recreation area. The building complexes have various photovoltaic systems, which are integrated in the upper south façade and are located on the south roofs, or on the pump storage power plant. The energy, which is produced by the photovoltaic systems during the day, is stored with accumulators/batteries and made it available for the night, that for the whole building floor by floor. Energy surpluses, which are mostly generated by the pump storage power plant, are stored in it as potential energy. This means, that during the day water is pumped up using «solar power», and at night it is converted back into electrical energy with turbines. The two building complexes A+B are divided into three houses, with space for 2’000 persons and each of them has their own heating/cooling, ventilation and hot water preparation system, independent of the other houses. This system consists of heat pumps and ensures, that the heating/cooling, controlled domestic ventilation and hot water preparation system is as climate neutral as possible. For this purpose, the treated domestic waste water, which still has residual heat, is fed into a large service water tank, where the residual heat is extracted by heat pumps and transferred to the main buffer tank of the hot water preparation system. The now cold process water is led into a second very large underground tank, there it extracts in the winter energy from the environment, in the form of heat, or releases it in summer. This tank serves as a heat source or a heat sink for the heat pumps of the seasonal buffer storage, and as a heat source for the buffer tank of the hot water preparation. This allows, the required thermal energy for the heating/cooling and ventilation system, to be stored and used seasonally. The fact that the building complexes are very large, the two buffer storage tanks are used, to store the heating and cooling energy temporarily. The transport and distribution of the energy is done with climate heat pumps, in which the cooling circuit can be reversed. This means that, depending on the season, the energy can be supplied to, or absorbed by the modular heating/cooling, ventilation and hot water preparation system. The hot water preparation system is supported around the year, by solar thermal energy. In the winter season, the hot water preparation system is supported by a cogeneration unit. The cogeneration unit is operated with biogas, which is produced from the biogenic waste of the residents.

Im Gegensatz zu thermischen Wärmeversorgungsnetzen wird in thermochemischen Netzen nicht Wärmeenergie, sondern gespeichertes thermisches bzw. chemisches Potential in Form von konzentrierten Salzlösungen transportiert, mit dem am Ort des Wärmebedarfes Nutzwärme oder -kälte produziert werden kann. Durch eine offene Prozessführung kann gleichzeitig die Luftfeuchte eingestellt werden. Vorteile gegenüber herkömmlichen Wärmeversorgungsnetzen sind eine höhere Energiedichte sowie die Möglichkeit einer verlustlosen Langzeitspeicherung. In einem Gewächshaus (ca. 600 m2) der Meyer Orchideen AG in Wangen bei Dübendorf wird das Konzept der direkten Pflanztischklimatisierung mit 9 Luftkonditionierungsanlagen als Demonstrationsobjekt innerhalb des Forschungsprojektes H-DisNet (Horizon2020) realisiert.

Auftraggeber der Studie ist das Bundesamt für Energie BFE, In dieser Arbeit wurde das Potential von Free Cooling (direkte Rückkühlung des Kühlmediums mit Einbezug der Umgebung) in der Klimakälte bezogen auf die Schweiz untersucht. Die zahl-reichen Ergebnisse und Diagramme aus dieser Arbeit ermöglichen dem Leser anhand weniger Schritte das Free Cooling Potential in Abhängigkeit von Vorlauftemperatur, Anwendungsart, Standort, Schaltung und Art der Rückkühlung abzuschätzen und so die Sinnhaftigkeit von Free Cooling oder das Optimierungspotential zu beurteilen. Eine Beschreibung dieses Vorgehens inkl. zahlreicher Hilfestellungen ist im Anhang ersichtlich. Die Ergebnisse zeigen, dass der einflussreichste Parameter die benötigte Vorlauftemperatur des Kühlmediums ist. Werden vom Verbraucher Temperaturen unterhalb von 14°C benötigt, fällt das Free Cooling Potential bis auf ein paar wenige Prozent zusammen und ist daher nicht zu empfehlen, sofern keine grösseren internen Lasten (z.B. Rechenzentrum) vorhanden sind. Weiter ist das Potential stark von den klimatischen Verhältnissen am Standort abhängig. Kältere Regionen wie die Alpen ermöglichen über das Jahr einen längeren Free Cooling Betrieb als ver-gleichsweise wärmere Regionen wie das Mittelland oder das Tessin. Nutzt man trockene oder hybride Rückkühler nur zur Vorkühlung, kann sich das Potential verdoppeln. Die weitaus grössten Potentiale bieten Wasseranbindungen (See-, Fluss- oder Grundwasser) oder Erdsonden. Jedoch müssen die Potentiale dieser Anbindungen von Fall zu Fall separat beurteilt werden, denn Boden- resp. Grundwassertemperaturen sind stark vom Ort abhängig und bei der einfachen Modellrechnung in dieser Arbeit wurden keine dynamischen Effekte bei der Abga-be von Wärme an den Boden berücksichtigt. Bei der Anbindung einer Erdwärmesonde muss zudem beachtet werden, dass das Free Cooling eine mögliche Sondenregeneration konkurriert. Weiter müssen die Gesetze bezüglich Grundwassernutzung hinsichtlich Erwärmung eingehalten werden. Da eine Wärmenutzung der Kältemaschine einer Wärmeabgabe an die Umgebung (Free Cooling Betrieb) klar vorzuziehen ist, muss immer geprüft werden, ob ein Free Cooling Betrieb nicht die Kapazität einer möglichen Wärmenutzung gefährdet.

Durch das Aufkommen von privaten PV-Batteriespeichern für das eigene Heim stellt sich die Frage, wie die gespeicherte Energie effizient und sinnvoll eingesetzt werden kann. Durch eine einzelne zentrale und unauffällige Messung des Gesamtstromverbrauchs eines Haushalts werden Rückschlüsse auf aktive Verbraucher und deren Nutzung gezogen. Zur Erkennung verschiedener elektrischen Geräten wurde ein neues Messgerät und Analyseverfahren entwickelt. Somit lassen sich elektrische Verbraucher schnell identifizieren. Die Energie im Batteriespeicher soll dann für Geräte mit hoher elektrischer Leistung verwendet werden. Dadurch arbeitet der Wechselrichter mit einem besseren Wirkungsgrad und die nutzbare Energieausbeute sowie Effizienz erhöhen sich. Durch die detaillierten Einblicke des Energieverbrauchs eines Haushaltes lassen sich weitere Erkenntnisse gewinnen. Eine Vorhersage des Verbrauches in naher Zukunft könnte weitere Verbesserungen bringen. Ebenso sind Rückschlüsse auf die Aktivitäten der im Haus lebenden Personen möglich, welche für Notfallsysteme in AAL Lösungen oder Smart Home verwendbar sind. Erfahrungen dazu werden vorgestellt.

Bifaciale Photovoltaik-Solarmodule nutzen, im Gegensatz zu den heute üblichen einseitigen Standardmodulen, auch das Licht, welches auf ihre Rückseite fällt. Bifaciale Photovoltaik-Solarmodule können somit einen höheren Energieertrag erzielen, jedoch hängt der produzierte Ertrag stark von den jeweiligen Montagebedingungen ab. Auf einer Dachanlage wurde mit einem als BIFOROT (Bifacial Outdoor Rotor Tester) bezeichneten Teststand eine neue methodische Messvorgehensweise durchgeführt. Der Teststand liefert kontinuierlich Daten in einer Langzeitmessung. Im Unterschied zu sonst üblichen Testständen werden die Aufständerungsbedingungen permanent variiert. Während einer Minute werden alle Solarmodule in 12 synchron wechselnden Winkeln von 0 bis 90 Grad positioniert. Gleichzeitig wurde dabei die Leistung des zentralen Moduls gemessen sowie die lokale Intensitätsverteilung der Einstrahlung auf der Modulvorderseite und Rückseite bestimmt.

33rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition; 2181-2187, Decentralised power generation may lead to an inverse power flow compared to a centralised power supply system. Thus, voltage rises have to be limited at customer level with minimum extra costs during high PV power injection. Therefore, active and reactive power control of PV inverter will become more and more important because the additional grid operator’s and end customers’ investments could be nearly neglected. The decentralised control has to be triggered directly by the line voltage at the PV inverter ensuring an efficient use based on static characteristics, which are defined by the grid operator without the need of additional investment in IT infrastructure. The voltage dependent control of decentralised power generators is not implemented in the open source load flow calculation software Matpower. An elegant solution was found by integrating the dynamic change in active and reactive power directly into the load flow equations. This provides the basis for the techno-economic assessments which will be performed for different low-voltage distribution grid classes in Switzerland, Germany and Austria.

In der vorliegenden Arbeit werden bestehende statistische Daten zum Bestand von Klimakälteanlagen in der Schweiz aufbereitet. Die Häufigkeitsverteilung verschiedener Leistungsklassen wird nach Kältemittel aufgetragen und die relative Summenhäufigkeit berechnet.

Auftraggeber der Studie ist das Bundesamt für Energie BFE, In der vorliegenden Arbeit wird im Rahmen eines vom Bundesamt für Energie ausgearbeiteten Aktionsplans ein System für die Beurteilung der Energieeffizienz von Klimakälteanlagen ausgearbeitet und vorgestellt. Dieses muss einfach interpretierbar sein, damit auch Laien beurteilen können, ob eine Anlage zufriedenstellend läuft oder ob Verbesserungsbedarf besteht. Genauigkeit ist dabei weniger wichtig als breite Anwendbarkeit. Es handelt sich um ein Konzept, welches einen Indikator zur Verfügung stellt, der den Beizug eines Fachexperten ablösen soll. Während des ganzen Projekts wurden verschiedene Experten beratend zugezogen, um Erfahrungen aus der Praxis einfliessen zu lassen. Exergie bezeichnet den hochwertigen Anteil von Energie und wird im Fall von Kältemaschinen allein über die Stromversorgung dem System zugeführt. Auch wenn die Energie im System konstant bleibt, wird sie in ihrem Verlauf durch das System entwertet. Ihr Exergieanteil nimmt um den Exergieverlust ab. Der Exergieverlust bleibt bei der bisher üblichen Beurteilung (z.B. EER) unentdeckt. Anhand einer exergetischen Betrachtung werden verschiedene Kennzahlen für die Teilsysteme Rückkühlung, Kälteerzeugung, Kältemaschine und Kältespeicherung und -Verteilung entwickelt. Weiter werden zwei Kennzahlen für Hilfsaggregate beschrieben. Allen Kennzahlen ist gemein, dass sie anhand eines technisch-ökonomischen Richtwertes normiert werden. Sie erreichen den Zielwert 1 sofern die Anlage so läuft, wie man es vom aktuellen Stand der Technik erwarten darf. Die Aufteilung in diese exergetischen Teilkennzahlen ermöglicht die getrennte Beurteilung der einzelnen Teilsysteme und dient als Hinweis bei Optimierungsmassnahmen. Nur durch diese exergetische Betrachtung treten manche Optimierungspotentiale ans Licht, die bei einer rein energetischen Kennzahlbildung unentdeckt bleiben. Aus den entwickelten Kennzahlen werden die Anforderungen an das erforderliche Mess- und Auswertesystem abgeleitet und eine detaillierte Kostenschätzung gemacht. Diese fliesst in die abschliessende Anwendungsempfehlung mit ein. Um die Anwendung des Beurteilungssystems bei 80% aller Neuanlagen zu erreichen, wird der Einsatz ab einer Leistungsgrösse von rund 60kW empfohlen. Weiter wird eine Anwendung bei 50% der bestehenden Anlagen angestrebt, was die Beurteilung ab einer Anlagengrösse von 100kW Kälteleistung erfordert. Dies sind lediglich Empfehlungen, um die postulierten Ziele zu erreichen. Umfangreiche Erfahrungswerte für die Normierung der Kennzahlen fehlen zurzeit noch. Diese müssen in einem nächsten Schritt ermittelt und das Beurteilungssystem angewendet werden, um Erfahrung zu gewinnen.

Eine Begrenzung der Einspeiseleistung von PV-Anlagen ist in manchen Ländern bereits Pflicht, um das Netz an schönen Tagen mit hoher Einstrahlung nicht zu überlasten. Dabei wird meist eine Abregelung auf 70% der Nennleistung umgesetzt. Was würde diese Massnahme für Anlagenbetreiber in der Schweiz genau bedeuten? Im Schweizer Mittelland könnte die Begrenzung der Einspeiseleistung entweder fix auf 70% der installierten Modulleistung oder (besser) flexibel unter Berücksichtigung des Eigenverbrauches durchaus sinnvoll sein. Bei PV-Anlagen im Gebirge sollte im Einzelfalle geprüft werden, ob eine allfällige Abregelung von Produktionsspitzen durch Eigenverbrauch oder z.B. durch den Einsatz von Akkus verhindert werden soll. Auch eine regional unterschiedliche Leistungsbegrenzung auf 80% oder 90% in Gebieten mit sehr hoher solarer Einstrahlung wäre denkbar.

Sammelband der Reihe "Energy Governance Working Paper" Nr. 1 bis 7, Die Energiestrategie 2050 des Bundes definiert anspruchsvolle Ziele. Für deren Erreichung hat der Bundesrat daher unter anderem den Aktionsplan Energieforschung ins Leben gerufen. Dazu wurden acht sogenannte SCCERs, Swiss Competence Center for Energy Research, initiiert, in denen hochschulübergreifend angewandte Energie-Forschung betrieben wird. Die Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) ist an vier dieser acht SCCERs aktiv beteiligt. Die ZHAW hat diese Aufgabe zum Anlass genommen, Energieforschung zum strategischen Schwerpunkt der gesamten Fachhochschule zu erklären und in allen Departementen Kompetenzaufbauprojekte zu starten. Der vorliegende Sammelband präsentiert die ersten Ergebnisse dieser Kompetenzaufbauprojekte an der School of Management and Law, wobei zwei dieser Projekte in Zusammenarbeit mit Forschern aus den Departementen Angewandte Linguistik und School of Engineering erfolgten. Dabei wurden die Herausforderungen und Chancen, die sich für Staat und Wirtschaft aus der Umsetzung der Energiestrategie 2050 ableiten, auf verschiedenen Ebenen betrachtet: die Schweiz im internationalen Vergleich, Besonderheiten der Führung von EVUs, rechtliche und ökonomische Rahmenbedingungen und die Gestaltung der Energie-Zukunft in Schweizer Städten.

In der Schweiz sollen gemäss der Energiestrategie 2050 keine neuen Kernkraftwerke (KKW) gebaut werden. Die bestehenden Anlagen sind zwischen 32 und 47 Jahre alt und müssen in absehbarer Zeit vom Netz genommen werden. Im Gegensatz zu anderen Ländern hat die Schweiz keine fixen Jahre für die Ausserbetriebnahme festgelegt. Das eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat ENSI kann verfügen, dass Werke vom Netz gehen müssen, wenn die Sicherheit nicht mehr gewährleistet ist. Zudem können die Betreiber die Anlagen grundsätzlich auch freiwillig vom Netz nehmen. Dies führt letztendlich zu einer relativ grossen Unsicherheit bezüglich des Zeitpunktes der Ausserbetriebnahme des Schweizer KKW-Parks. Im Vorfeld der Abstimmung über die Atomausstiegsinitiative, welche konkrete Ausschaltjahre vorgibt, ist eine intensive Diskussion über den allfälligen Import von Strom aus dem Ausland entstanden. Die vorliegende Arbeit untersucht deshalb, in welchem Umfang und mit welcher Geschwindigkeit Strom aus erneuerbarer Energie in der Schweiz zugebaut werden müsste, um bei Annahme bzw. Ablehnung der Atomausstiegsinitiative den wegfallenden KKW-Strom 1:1 durch Strom aus erneuerbaren Quellen ersetzen zu können. Zudem wird die Wahrscheinlichkeit eines Stromimportes bei drei bekannten Szenarien miteinander verglichen. Dazu werden die Unsicherheiten mit Verteilungsdichtefunktionen modelliert und Monte-Carlo-Simulationen durchgeführt. Die Simulationen zeigen: Wenn die Schweiz in Zukunft Stromimporte vermeiden will, sollte der Ausbau der Stromproduktion aus erneuerbaren Energien stark vorangetrieben werden. Für den vollständigen Ersatz des KKW-Stromes ist bei Annahme der Atomausstiegsinitiative bis 2030 ein Zubau um ca. 22 bis 24 TWh Strom pro Jahr erforderlich (je nachdem ob die heutigen Export-Überschüsse berücksichtigt werden oder nicht). Die Berechnungen zeigen aber auch, dass bei Ablehnung der Atomausstiegsinitiative nicht weniger stark zugebaut werden muss: Bei einem Zubau von Strom aus erneuerbaren Energien bis 2030 auf 15 bis 17 TWh besteht eine 30%ige Wahrscheinlichkeit, dass trotzdem Importe notwendig sind. Will man diese Unsicherheit verkleinern, muss die Stromproduktion auch bei einer Ablehnung der Atomausstiegsinitiative bis 2030 auf 22 bis 24 TWh Strom pro Jahr ausgebaut werden. Die Energiestrategie 2050 des Bundes sieht derzeit einen Ausbau der Stromproduktion aus erneuerbaren Energien bis 2035 auf 11.4 TWh pro Jahr vor. Rechnet man mit einem jährlich gleichmässigen Zubau, würde im Jahr 2030 nur 8.6 TWh zur Verfügung stehen. Dies würde mit 80%iger Wahrscheinlichkeit auch bei Ablehnung der Atomausstiegsinitiative bis 2030 und darüber hinaus zu Stromimporten in erheblichem Umfang führen. Wenn Stromimporte in Zukunft verhindert oder auf geringem Niveau gehalten werden sollen, besteht sehr grosser Handlungsbedarf im Bereich Stromeffizienz und Ausbau der Erneuerbaren. Die heute bekannten Zielsetzungen und Massnahmen des Bundes genügen dazu bei weitem nicht.

According to the Energy Strategy 2050 set forth by the Swiss federal government, Photovoltaic (PV) energy shall make up one fifth of the nation's total energy production in 2050. Such a drastic expansion rate of PV and the resulting excess energy thereof can lead to so-called reverse power flow in the low voltage (LV) grid as demonstrated in previous studies. Power-to-Gas (PtG) represents a suitable storage solution to resolve the situation by absorbing the excess PV energy. This paper presents a qualitative and quantitative feasibility analysis of the PtG technology in the future Swiss LV grid. For this purpose, PtG is integrated in simulation into the grid for absorbing the excess PV energy while producing hydrogen. This hydrogen is assumed to be sold in the mobility sector. Three different operational scenarios are established with respect to the input energy source to the PtG plant, including the excess PV energy, curtailed PV excess energy and PV excess energy plus the energy from the grid. Summing up the results, it can be concluded that the PtG plant is still far from economically viable even though significant improvement can be accomplished to the hydrogen production costs by adopting the active PV curtailment and by purchasing additional energy from the grid. The future study to be undertaken by the authors, with respect to economical viability of the PtG, will include other sources of value, including production of methane as main product, production of oxygen and heat as by-products, and provision of services such as biogas upgrading, frequency regulation and voltage.

Die internationale Konferenz zur Simulation gebäudetechnischer Energiesysteme (SIGES) setzt sich vertieft mit dem Einsatz von computergestützten Planungswerkzeugen im Bereich erneuerbare Energie und Effizienzoptimierung auseinander. Die Konferenz findet am 8. & 9. September in Winterthur, Schweiz, statt. Ganzheitliche Energiekonzepte umfassen in der Regel mehrere Energieerzeuger und eine geeignete Energiespeicherung. Die Konferenz diskutiert Ansätze, wie diese hybriden Energiesysteme bezüglich Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit optimiert werden. Die Ansprüche von Seiten der Bauherren und vom regulatorischen Umfeld steigen und können oft nur anhand von dynamischen Simulationen erfüllt werden.

Die Literaturstudie wurde von den Elektrizitätswerken des Kantons Zürich (EKZ) im Rahmen ihrer Hochschulförderung finanziell unterstützt., Microgrids sind eine vielversprechende Möglichkeit, die zunehmende Anzahl EE-Anlagen verhältnismässig kostengünstig in das bestehende Stromnetz zu integrieren. Viele technische Komponenten befinden sich jedoch noch in der Entwicklungsphase und werden erst in der Zukunft wirtschaftlich einsetzbar sein. Trotzdem werden derzeit schon verschiedene grosse Microgrids in Pilotprojekten weltweit implementiert. Offiziell und langfristig ins Netz integriert wurden bisher meist nur kleine Microgrids, typischerweise zur rudimentären Stromversorgung oder auf Gebäude- oder Campus-Ebene. Die Rolle der Verteilnetzbetreiber wird sich mit der Einführung von Microgrids erheblich ändern und erweitern, da sie damit aktiver in das Stromgeschehen eingreifen können. In der Schweiz werden die gesetzlichen Rahmenbedingungen für die Einbindung von Microgrids momentan erst noch ausgearbeitet, welche die möglichen Implementierungen von Microgrids, beispielsweise über Vergütungsanreize, in den nächsten Jahren stark beeinflussen können.

Die Technik der latenten Wärmespeicherung ist keine neue Technologie, im Gegenteil, sie ist seit langer Zeit bekannt und wird eben solange erforscht. Warum hat sich diese Technologie dennoch bis heute nicht durchgesetzt, trotz der doch so offensichtlichen Vorteile? Damit diese Frage beantwortet werden kann, muss zuerst die Technologie an sich verstanden werden. Das bedeutet: Verstehen, welchen Naturgesetzen diese Technologie unterliegt und wie diese Speicherart und damit verbunden, ihre Leistungsfähigkeit beeinflusst werden kann. Aus diesem Grund wird die Technologie an dieser Stelle ganzheitlich vorgestellt. Dazu gehören die Einsortierung in die bekannten thermischen Energiespeichermethoden und ergänzende Erklärungen über ihre Funktionsweise, die Anforderungen an die verbauten Materialien, die Stoffe und deren Stoffgrössen und die aktuellen Anwendungsgebiete. Um die Thematik abzurunden wurden Messungen an einem stark vereinfachten, eigens gebauten Latentwärmespeichermodell durchgeführt und interpretiert. Temperaturmessungen im und am Modellspeicher haben gezeigt, dass ein gut durchdachtes Speicherkonzept enorm wichtig ist. Ein Konzept, welches die Vorteile der Technologie in den Vordergrund stellt und diese auch nutzen kann. Diese Vorteile sind höhere spezifische Speicherkapazitäten als sensible Wärmespeicher, eine Auskopplung der Wärme bei einer konstanten Temperatur, die Möglichkeit die gesamte gespeicherte Wärmeenergie auszukoppeln, sowie die Möglichkeit der Langzeitspeicherung von Wärme. Dafür müssen verschiedene Bedingungen erfüllt sein. Eine optimale Wärmeübertragung vom Speichermaterial auf das zu erwärmende Fluid muss gewährleistet werden. Dabei ist die Konstruktion des Wärmetauschers entscheidend. Dies wird bei der Versuchsauswertung des stark vereinfachten Modells deutlich, welches eine schlechte Wärmeübertragung aufweist. Die Energiedichte der heutigen Speichermaterialien ist zu gering. Diese müsste, vor allem für eine Langzeitspeicherung (Sommer/Winter), grösser sein. Die benötigte Menge an Speichermaterial und die Grösse der Latentwärmespeicher könnte dadurch reduziert werden, was ebenfalls einen positiven Einfluss auf die Anschaffungskosten bedeuten würde. Das Potenzial solcher Anlagen wird in naher Zukunft als gering eingeschätzt, da viele Fakten gegen diese Technik für Langzeitspeicherung sprechen. Diese Technologie hat nur eine Chance, wenn im Bereich der Speichermaterialien ein Durchbruch gelingt. Es wird klar, dass sich die Anwendung des Latentwärmespeichers in Richtung Kurzzeitspeicher (Tag/Nacht) verschieben muss.