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011
Thomas NordmannTNC Consulting AGGeneral Wille-Strasse 59 CH-8706 Feldmeilen/Schweiz www.tnc.ch • [email protected]
Wie schaffenwir den Umstieg?
1
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TNC steht für: Solarstrom und GebäudeeffizienzDas sind seit 26 Jahren unsere Themen
Entwickeln und umsetzen
• 1989 erste Photovoltaikanlage auf einer Autobahn-Schallschutzwand (BFE P&D)
• 1996 Konzeption der weltweit ersten Solarstrombörsefür ewz, Elektrizitätswerk der Stadt Zürich
• Einsatz der Bifacial-Technologie (zweiseitige Solarzellen) als Schallschutzwand entlang Strasse & Schiene
• Prozessentwicklung und Umsetzung Nationales Gebäude-Sanierungsprogramm Energie Schweiz 1997/1999
• Vollzug „Das Gebäudeprogramm“ für 15 Kantone
Europäischer Solarpreis 1997
GV 2011 vom 18. Mai 2012
Uetikon
Erlenbach
Küsnacht
Herrliberg
Hombrechtikon
Oetwil a.S.
Meilen
Zumikon
Stäfa
Zollikon
Männedorf
Stadt Zürich/EWZ
ø Schweiz
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Solarstrom in den See Gemeinden Bezirk Meilen Umfrage R. Baggenstos März 2012/Berechnung & Grafik TNC
Gesamt installierte Leistung [W/Kopf]
PV Anlagen Öffentliche Anlagen ZSSAG Anlagen
3
Agenda
• Warum darf der „Umstieg“ viel Geld kosten?
• Vergleich von zwei Investitionsstrategien: Plan A GrosskraftwerkePlan B Stromeffizienz und erneuerbare Energien
• Warum sind 20 % Solarstrom in der Schweiz unbestritten?
• Wo steht die PV Nutzung heute in Europa
• Wie hoch ist der Landverbrauch von PV?
• Wie sind die ersten 10% PV möglich? (2011 - 2018)
• Was sind die technischen und ökonomischen Herausforderungen bis 20% Solarstrom? (2019 - 2025)
• Was leistet die Einspeisevergütung KEV?
• Warum hilft uns die Ressource „Zeit“?
• Sieben Thesen zum Schluss
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11
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Lösungsvorschlag der Stromverbundunternehmen
Der «ni
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2035
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in. 30
Mia. CHF !
Gegen die „Stromlücke“
5
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2011
Das Dilemma: Am Anfang für 25 Jahre alles voraus bezahlen?
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Bundesrat, NR und SR 2011 Bundesrat beschliesst Atomausstieg auf Raten • Mittwoch, 25. Mai 2011
Der Umstieg der Schweiz
7
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55555%%
22777
%% 11888%%
99555%%
11111'''888777000 MMM iiiooo 222'''444666000 MMM iiiooo 888'''888777000 MMM iiioo33'''999777000 MMM iiiooo 444999000 MMM iiioo
55%%
AAKKKWW
33888%%
WWaaasssssseeerrrkkkrrraaaffftt
55777%%
Übrige,
5%
250 TWh
* Holz, Kohle, Abfall, Fernwärme & erneuerbare Energien
Endenergie-Verbrauch und Kosten 2008
CO2 ProblemAKWProblem
CO2 Anteil Gebäude
Leibstadt GösgenBeznau 1 & 2Mühle-berg
Produktion 200522.08.7 5.8 7.5
AKW, nicht erneuerbare Energien
Stro
mm
itA
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Strom aus Wasserkraft32.8 3.2
Atomstrom
andereKraftwerke*
22.0 38% 56.6%
5.4 %
©G
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10.0
4.20
07
Total 58.0 TWh 2005
Strom Produktion Schweiz 2005
Laufkraftwerke16 Speicherkraftwerke 19
TW
h
**dddaaavvvooonnn 111...555 TTTWWWhhh KKKVVVAAA uuunnndd11...000 TTTWWWhhh nnneeeuuueee EEErrrnnneeeuuueeerrrbbbaaarrree
Total 66.3 TWh 2010
26.1 37.538.1%
3.6
9.4 8.0
2035 2050
2010
8.4
7.5?
56.4%
8.8 8.0
25.23
Aktualisiert: Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2010 BFE/UVEK
9
12%
13%
7%
5%
13%5%
30%
Beleuchtung
-7.7-6.4 SerielleElektrische
A-Geräte
ElektrischeGeräte
Wirtschaft& Verkehr
wenigerNetzverluste
wenigerPumpspeicher
Strom -2.6
-1.3
IndividuelleEffizienz-
erhöhungder Geräte
undProzesse
AEnergie
900151200
LumenWatt
h
37%50%
Ausstieg aus der Stromverschwendung?
Haushaltgeräte
Elektrowärme
Haustechnik
Büro & Unterhaltung
KMU Anwendungen
Verschiedenes
13%
©G
fikTh
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1004
2007
Netz- und A-Geräte Effizienzgewinn
-18 keine Stromverschwendung
5%Bahnen
Industrie-Motoren
10%
-19
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ETH Studie Energiezukunft Schweiz
vom 15. 11. 2011
+6
+1.6+2.5
+5.5
+4.0
+14
BR +10.4
§1)
BR
-Sze
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Ener
giep
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50“
Tab
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Var
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& 3
Swissolar vor Fukushima!
10%
Solarstrom vom SchweizerStrombedarf!
Swissolar nach Fukushima! 20%
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201
2
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6
Energiestrategie 2050: Zubau EE / WKK
Zubau EE bis 2050: 22,6 TWh
PV 10.4 TWh
Wind 4 TWh
Geothermie 4.4 TWh
Biomasse 1.1 TWh
Biogas 1.4 TWh
ARA 0.3 TWh
KVA 1 TWh
Zubau WKK rund 2 TWh
energo 23.05.2012 Daniel Büchel, BFE
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0
100
200
300
400
500
600
Deutsc
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Fran
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h
Italie
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Schw
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Portu
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Rumän
ien
Norweg
en
Wasserkraft Andere EE PV Fossile Kraftwerke Atomkraft
Quelle: UCTE Statistik 2007/2009/IEA 2007/2010
[TWh/a]
CO2
CO2
CO2
CO2 CO2 CO2
Atom-
Aussti
eg!
Atom-
Aussti
eg!
Der Strommix in Europa
PV 4.9%
38%
60%Wasser 3%
Wind/Bio. Masse
18%
PV 5.3%
13
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6Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop
Nuclear phase out impact
New production (RES in Green)Lost production
Source: EPIA analysis
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5Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop
Newly installed capacity in 2011
EU
Source: EPIA / EWEA
3rd in 2009, 2nd in 2010,
15
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TNC PV Anlagen Lernkurve: 1989-2011 Δ 22 Jahre
Tota
l CH
F/W
p
0
5
10
15
20
25
30
9.7 10.3 8.4 8.1 6.4 4.7 5.4 4.0 2.5
2.7 2.3
1.3 1.3
0.9
0.8 0.5
0.4
0.4
17.2
11.9
8.0
3.3
2.2
1.4 0.9
0.4
0.4Mark I Mark II Mark III Freilager Sonnenhof SwissMill III AMAG ZSSAG 2011
19981989 1995
107kW
103kW
104kW
70kW
126kW
2000
16
200720051992
Module [CHF/Wp] Inverter [CHF/Wp] BoS [CHF/Wp]
200kW21kW190kW
2009
-89%
200kW
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29Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop
Price experience curve• •
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10
Verkäufe Photovoltaik-Module CH [kW/a]
Quelle: Swissolar/BFE Statistik 2010/IEAPVPS
2009
25 M
W
1‘800 AnlagenØ 4 - 20 kW
Total CH install. 180 MW 22.8 W/Kopf
2010
37.1
MW
100
MW
+1
2.8
W/K
op
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11
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Quelle: BSW/BNA Statistik 2011
80.0
MW
Total D Dez 2011 install. 24‘800 MW
7.5
00
2011
+9
1.7
W/K
op
f
19
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Mit der Bahn von Zürich nach München Die (PV) Dachlandschaft in Bayern …
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• TN
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4Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop
Share of PV in the electricity generation
21
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9Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop
2011 market development in Europe
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• TN
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8Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop
Evolution of cumulative capacity in Europe
23
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Totale 349 m2/Kopf Zivilisations- Fläche
Rest 1‘138 m2
Verfügbares Land in der Schweiz: 5‘161 m2/Kopf
Daten BA Raumplanung 2000
10 m2/Kopf =20% CH Strom
12 TWh Solarstrom brauchen eine
Fläche von 80 km2. Das d.h. 10 m2 pro Einwohner
ca. einem 1/5 des Flächen- bedarfs für Gebäude
LandwirtschaftWaldRestSeen
=1‘589 m2
10 m2
8 Mio
Der Weg zu 20% Solarstrom
0
2'000
4'000
6'000
8'000
10'000
12'000
14'000
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
0
300
600
900
1'200
1'500
Total Leistung MWp MW/a zusätzlich
Zubau Korridor wie
D 2010/12 W/Kopf
Für 20% Solarstrom braucht es nur 12 m2 Solarzellen pro Einwohner oder 12 GWp
ø 7 km2
25
Auf 7 km2 Fläche jährlich zusätzlich 1 Milliarde kWh Solarstrom produzieren
Jährlicher Zubbau Photovvoltaik
Genutzte Flächen (km2)
Flächepro Kopf (m2)
Nennleistung(MW)
Solarstromproduktion(Mio. kWh pro Jahr)
Neubauten 1.5 0.19 215 215
Gebäudesanierungen 1.5 0.19 215 215
Weitere Bauten* 2.5 0.32 360 360
Infrastrukturanlagen 1.5 0.19 215 215
Total 7 0.89 1005 1005
* Dachflächen von Industrie-, Gewerbe-, Landwirtschhafts- und Diensttleistungsbauten
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• TN
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27
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S
E
W
N 0°
S 180°
E 90°W 270°
Warum ist der Himmel tolerant zu gebäudeintegrierter Photovoltaik?
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2
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100%
Südabweichung ± 30 Grad = 90% Ertragmax. um 9/15 Uhr
70%
90%90%
Thomas Nordmann Gesch ftsführer TNC Consulting AGThomas Nordmann Gesch ftsführer TNC Consulting AG
Warum der Himmel für Solarstrom tolerant?
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Wie funktioniert das solare Breithorn?
max.10:30 Uhr
Ost
maximum13:30 Uhr
West
Solarpreis 2011
Süden
Südabweichung ± 58 Grad = 80% Ertrag • Sun max. um 8/16 UhrSüdabweichung ± 30 Grad = 90% Ertrag • Sun max. um 9/15Uhr
31
Südabweichung ± 58 Grad = 80% Ertrag • Sun max. um 8/16 UhrSüdabweichung ± 30 Grad = 90% Ertrag • Sun max. um 9/15Uhr
© Fraunhofer ISE 33
Stromproduktion: Sonntag, den 08.05.2011
Grafik: Leipziger Strombörse EEX, http://www.transparency.eex.com/de/
Produktion von Solarstrom lässt sich sehr gut vorhersagen
Solarstrom ist hochwertiger Spitzenlaststrom
Solarleistung bis zu 13,5 GW
33
Warum sind die ersten 10% PV möglich? (2011 - 2018)
• Wir haben bereits einen Strom-Mix 60% Wasserkraft Deutschland nur ca. 3%!
• Die Solarstrom Produktion ist 24h im Voraus heute schon in Stundenschritten planbar (ERFA Deutschland)
• Der Tag-Nacht-Ausgleich ist bis 10% PV dank 60% Wasserkraft machbar
• PV Anlagen mehr nach Südwesten ausrichten …
• Lastspitze im Winter abbauen – Ersatz der Elektroheizungen Vollwärmeschutz und WP
• Ausbau der Netzebene 3 - 7
© Fraunhofer ISE 35
Prof. Dr. Volker Quaschning
Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000PV Wind (Offshore)Wind (Onshore) GeothermieBiomasse WasserkraftMittel- und Spitzenlast
MW
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Mittel- und Spitzenlast
PV
Verlauf der Stromversorgung, künftige Entwicklung
6
Woche im Frühjahr 2020, 70 GW PV, 10 % Solarstromanteil ist 2012 24.8 GW
35
Fig. 13Verlauf des Speicherinhalts (Stand Ende Monat)
Fig. 13Variation du contenu des bassins d’accumulation (à la fin du mois)
Schwankungsbreite der hydrologischen Jahre 1972/1973–2009/2010
Ecarts au cours des années hydrologiques 1972/1973–2009/2010
S O N D J F M A M J J A S0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2009/2010
%
Füllgrad der Schweizer Speicherseen 1972 - 2010
Speichervermögen 8.7 TWh = 13%der 66.3TWh Landesproduktion 2010
trocken nass
2.4 TWh
Quelle: Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2010 BFE
mit Solarstrom
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• TN
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011
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A
B C
C
A
D
Sonnen Einstrahlung
< 1‘200kWh/m2
>1‘200kWh/m2
< 36% Winter D B
> 36% Winter C A
Quelle: TNC Projekt Studie für BFE: PV Schallschutz Anlagen im Schweizer
Verkehrsnetz. Publiziert 8.9.1988 !
Sonnen Einstrahlung in der Schweiz
A13
37
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1
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Warum Solarstrom auf Wasserkraftwerken?
120 km2
© H
ydro
Sun
2012
Gemeindeveranstaltung Marmorera 3. 7. 2012
einachsig zweiachsig
Globalstrahlung in kWh/m2/Jahr auf Marmorerasee GR
1‘985 2‘026Be
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eteo
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Ber
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39
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2
1‘100 kWh/m2a Mittelland CH
1‘700 kWh/m2a Spanien
1‘700 kWh/m2a Sihlsee nachgeführt
2‘000 kWh/m2a Schweizer Alpen nachgeführt
Globalstrahlung in ø kWh/m2/aim VergleichSpanien - Schweiz
2‘000 kWh/m2a Spanienohne Nachführung
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• TN
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Speicher Kraftwerke
Höchstspannung(220/360 kV)
Hochspannung(110 kV)
Mittelspannung(6 - 30 kV)
Niederspannung(<1 kV)
Grosskraftwerk Offshore Windpark
Windpark
Windanlage
kleine PV Anlage
PV Anlage Park
+ -
Batteriespeicher Li-Ionen
+ -
HydroSun™
Einbindung von HydroSun™ PV Anlagen in`s Verbundnetz
Pumpspeicher
⤵-15%
-6%
Produktion Zwischen Speicher Verbraucher
(Schwerindustrie)
Industrie/Gewerbe
Wohnen/KMU
⤵-25%
41
Was sind die technischen Herausforderungen bis 20% PV? (2018 - 2025)
• Mehr PV Produktion im Winterhalbjahr > 40% Ertrag im Winter mehr Anlagen im Alpenraum.
• PV-Spitzenproduktion mit Smart Grid abregeln (-3%)
• WKK El. WP – Gas Spitzen Kraftwerke?
• Vorhandene Pumpspeicherkraftwerke und Anlagen im Bau sind ausreichend!
• Ausbau der Netzebene 1 - 2 notwendig.
• aber auch elektrische Speicherung (Lithium Batterien?) z. B ABB/EKZ
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• TN
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011
20111971 2050
+ 40 Jahre- 40 Jahre
40 Jahre Vor und ZurückWarum hilft uns die Ressource „Zeit“ in der Diskussion mit den Zauderern?
43
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Warum hilft uns die Ressource „Zeit“?
40 Jahre2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
2030 2029 2028 2027 2026 2025 2024 2023 2022 2021
2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040
2041204220432044204520462047204820492050
⤵
⤵
⤵⤵
⤵
⤵
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011
Microsoft Gründung:4. April 1975Redmond, USASteve Ballmer, CEOMitarbeiter:ca. 90.412 (2011)Umsatz:69,94 Mrd. USD (2011)
-37 Jahre45
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Bau des ersten Sonnenkollektor-Prüfstand der Schweizam EIR (PSI) Würenlingen 1975
-37 Jahre
Informatik„PDP 11“
LochstreifenLochkarten
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011
Die Anfänge der Solar Energie Forschung in der Schweiz 1975 auf Diorit in Würenligen
Erster Sonnenkollektor-Prüfstand der Schweiz am EIR (PSI) Würenlingen 1975
-37 Jahre
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Apple Gründung 1976Cupertino, USATimothy D. Cook (CEO)Mitarbeiter: 60.400 (2011)Umsatz: 108,2 Mrd. USD (2011)Hardware- und Softwarehersteller
-36 Jahre
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-23 Jahre
http://www
Das Web entstand 1989 als Projekt am CERN bei Genf (Schweiz), an dem Tim Berners-Lee ein Hypertext-System aufbaute. Das ursprüngliche Ziel des Systems war es, Forschungsergebnisse auf einfache Art und Weise mit Kollegen auszutauschen.
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10
A13 bei Chur Oktober 1989 -23 Jahre
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Erneuerbarer Strom Förderung in Europa:
Wo? Wie?
EEGKEV
Handelbare grüne
Zertifikate
Investitions Förderung
Steuer-Anreize
MWp PV 2009
Quelle EPIASolargenration 6
Report 2011
51
©T
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2012
0
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Deutschland Umlage SchweizSchweiz max. möglich CH alle KEV Anmeldungen 2011[Euro ¢/kWh]
1 € = 1.20 CHF
KEV Umlage in Deutschland und der Schweiz 2003 - 2012
Kostendeckende Einspeisevergütung (KEV):Wirksame und kostengünstige Förderung
• Im CH-Schnitt bis 2017: Solarstrom unter 20 Rp. pro Kilowattstunde
• 20% Solarstrom: Umlage der Mehrkosten gegenüber Marktpreis von 7-8 Rp./kWh belastet die Konsumenten mit weniger als 10 Fr. pro Haushalt und Monat
• Nach 25 Jahren KEV-Vergütung liefern die Anlagen nochmals ca. 10 Jahre lang fast kostenlos Strom
KEV ohne Deckel als zentrale Forderung an Energiestrategie 2050
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Ihr Strompreis in St. Gallen (2013)Quelle: Eidgenössische Elektrizitätskommission ElCom
Netzbetreiber: St. Galler StadtwerkeH4 = 4'500 kWh/Jahr: 5-Zimmerwohnung mit Elektroherd und Tumbler (ohne Elektroboiler)
KEV in St. Gallenbei H4 0.45 Rp/kWh20.25 Fr/Jahr und Haushal
20.57 Rp/kWhCHF 925.65/Jahr
Strom Kosten925.- CHF/Jahr
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0
5
10
15
20
25
HeizölGasStromUnterhaltMiete
Für was brauchen wir unser Einkommen?Landesindex der Konsumentenpreise (Bundesamt für Statistik • Gewichtung 2010)
Wohnen & Energie Hausrat/HaushaltGesundheit VerkehrTel Komunikation Freizeit & KulturRestaurant/Hotel Nahrugsmitel & GetränkeBekleidung/Schuhe Übriges
SBB = 5%
Wohnen & Energie
55
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Update: BR/UVEK am 28.9.2012• Den Stromverbrauch ab 2020 stabilisieren
• Verbot von neuen AKW Strombedarf stabilisieren
• Sparzwang für Stromverkäufer „Weise Zertifikate“
• Nutzung von erneuerbarer Energie fördern
• KEV ohne Deckel • nur PV mit Kontingent 50 MW/a N.B: PV ist 2011 = 100 MW
• Konflikt mir dem Naturschutz wird verschärft: Mehr Wassser-, Wind - Kraftwerke und Hochspannungs-Leitungen (Netzausbau 7? oder 1 - 5?)
• Bis 2050 wird eine Halbierung des Energieverbrauch angestrebt
• CO2-Abgabe erhöhen (nur Brennstoffe!)
• 450 Millionen/Jahr für Gebäudesanierungen
• CO2-Ausstoss für neue Autos ab 2015 130 g/km. Ab 2021 max. 95 g/km Das 3 bis 4 -Liter-Auto wird damit langfristig zur Pflicht
Schneller PV-Ausbau oder neue Gaskraftwerke?
Gas-kraftwerke
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0 200 400 600 800 1'000 1'200 1'400 1'600
[ Watt/Kopf ]
2025
bis 10% bis 2020
= 180 MW PV bis 2011
Summe 25 GW
+ 7.5 GW
Deutschland Plan 70 GWp
Schweiz PV Total 12 GW
Der Umbau unsere Stromversorgung bis 2025
= 4% PV Strom 2011
= 8% PV Strom Anteil 2011
Solarstrom20% vom CHStrombedarf!
∑ 12,5 GW
BSW Prognos
geplante weitere 2.03 GW
2011
2011
PV
Pump-speicher
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Summe 6.6 GW
zum Vergleich AKW Summe 3.26 GW!
Leistung Pump Speicher 4.1 GW
Vorh. & Bau für 4.6 Mia. CHF
2011
Bayern Total 2011 = 8. GW
+ 1.74 GWPV
PV
PV
= 4.4 % PV Strom 2011
Summe 856
bis 2010 + 2011 2020 - 2025Vorh & Bau geplant
PhotovoltaikPumpspeicher CH
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2. Klasse Zürich - Bern <> SFr. 92.–1. Klasse Zürich - Bern <> SFr. 152.–
Das Solarstrom Dilemma: Am Anfang für 25 Jahre alles selber bezahlen?
1. Klasse 4‘850.- x 25 Jahre =SFr. 121‘250.–2. Klasse 3‘100.- x 25 Jahre =SFr. 77‘500.–
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Sieben Thesen• Montag
Beim Umstieg gibt es 2035 in der Schweiz keine Stromlücke von 30 TWh. Ohne Plan A starten wir bei Plan B mit einem Bonus von 35 Mia. CHF
• DienstagAuch bei 20% Marktanteil hat PV auch in der Schweiz kein Flächenproblem.Die Gebäudehülle Schweiz ist der wichtige Teil der Lösung! (48m2 + 9m2/Kopf)
• Mittwoch PV Produktion auch im GW Bereich ist für die EW`s auf 24h ± 5% genau planbar (Fahrplan
• DonnerstagBis 10% PV ist die Tag-Nacht Verlagerung dank der Wasserkraft leicht machbar.
• Freitag Die Sommer-Winter-Verlagerung braucht >10% PV weitere Massnahmen: Mehr Anlagen im Alpenraum, Ersatz Elektroheizungen, PV-Spitzen abregeln (-3%) und Pumpspeicher einsetze
• Samstag60% Strom aus Wasserkraft in Kombination mit Stromeffizienz und 20% Solarstrom sind dietragenden Säulen der Stromproduktion ab 2025.
• Sonntag100% Erneuerbar ist ökonomisch und technisch die bessere Lösung Die Vorfinanzierung zusammen mit dem politischen Willen sind die Herausforderungen.
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