Если мы хотим избавиться от ископаемого топлива по всей стране, нам предстоит многое сделать. Это будет проект поколения, это ясно. Исследователи Empa Мартин Рюдисюли, Синан Теске и Урс Элбер подсчитали, насколько длинным и крутым может быть путь к устойчивой энергетической системе; их исследование было опубликовано в конце июня в журнале Energies.
Исследователи выбрали консервативный подход и изначально собрали реальные данные о потреблении электроэнергии, потребности в отоплении и потреблении горячей воды в Швейцарии. Эти данные затем послужили основой для мысленного эксперимента. Потребности Швейцарии в электроэнергии по-прежнему довольно легко определить: швейцарский оператор энергосистемы Swissgrid предоставляет подробные значения для каждой четверти часа в каждый день года. Требования к тепловой энергии и горячей воде становятся все более сложными. Эксперты Empa использовали данные поставщика централизованного теплоснабжения REFUNA, который снабжает несколько населенных пунктов в нижней части долины Ааре отработанным теплом атомной электростанции Безнау. Анализ данных показал, что потребность в тепле подключенных домов довольно хорошо коррелирует с температурой наружного воздуха, а ночью при температуре выше 18 градусов по Цельсию тепло используется только для технической воды и воды для душа.
Электрификация систем отопления и автомобилей
Для своего мысленного эксперимента исследователи сделали различные предположения. Во-первых, большинство жителей Швейцарии ведут себя как жители нижней части долины Ааре и живут в подобных домах. Во-вторых, чтобы отказаться от мазута и природного газа, потребность в отоплении всех зданий сначала будет снижена примерно на 42% за счет мер по реконструкции; тогда 3/4 оставшейся потребности в отоплении в отремонтированных таким образом домах и квартирах будет обеспечиваться за счет электрических тепловых насосов. И в-третьих: мобильность будет электрифицирована до такой степени, что примерно 2/3 всех поездок на частных автомобилях можно будет совершать на электричестве, что соответствует примерно 20% всех пройденных километров. С другой стороны, грузовые перевозки и дальние перевозки не так легко преобразовать, поэтому они были исключены из исследования электрификации мобильности.
Атомные электростанции больше не играют роли в исследовании Empa, потому что решение о поэтапном отказе от ядерной энергетики было принято после референдума по Закону об энергетике в мае 2017 года. Поэтому исследователи ожидали сильного распространения фотоэлектрических систем.; половина всех кровельных покрытий в Швейцарии оценена как хорошая или превосходно подходящая в рамках https://www. Проект sonnendach.ch оснащен солнечными батареями. Это соответствует примерно одной трети всех площадей крыш в Швейцарии.
Насколько увеличился спрос на электроэнергию?
Далее исследователи определили результирующее потребление электроэнергии, которое, вероятно, вырастет примерно на 13,7 тераватт-часов в год из-за тепловых насосов и электромобилей, то есть примерно на 25 процентов по сравнению с сегодняшним днем. Однако еще более тревожным, чем это значительное увеличение потребления, был временной разрыв между производством электроэнергии и спросом: солнечные батареи производят больше всего электроэнергии летом, а тепловые насосы и отапливаемые автомобили требуют особенно большого количества электроэнергии зимой. Это приводит к сезонному дефициту предложения.
Это можно было бы компенсировать за счет импорта электроэнергии из соседних стран, как это уже происходит сегодня в случае дефицита. Но наш баланс CO2, вероятно, пострадает в результате, потому что электричество из Европы часто значительно ухудшает баланс CO2 Швейцарии, который был так тщательно электрифицирован. Таким образом, тепловые насосы и электромобили приносят наибольшую пользу климату, если электроэнергия, необходимая для них, также является возобновляемой.
Что предлагают исследователи?
Однако исследование Empa также предоставляет некоторую ценную информацию о том, как внедрить энергетическую систему с низким уровнем CO2. Во-первых, замена мазутных систем отопления тепловыми насосами имеет смысл, если утепление зданий осуществляется по современной технологии. Потому что тепловой насос без соответствующей изоляции значительно менее эффективен. Во-вторых, каждая атомная электростанция должна быть заменена примерно в восемь раз большей фотоэлектрической мощностью. Почему? Атомная электростанция вырабатывает около 8 000 часов электроэнергии в год, а солнечная батарея - только 1 000 часов. Это означает большое количество солнечных панелей - на всех доступных поверхностях. В-третьих, нам нужно как можно больше аккумулирующих мощностей для солнечной энергии - как локальных аккумуляторных хранилищ, так и гидроаккумулирующих, а также других технологий хранения, в частности (геотермальных) теплоаккумуляторов, но и технологий преобразования электроэнергии в химические источники энергии. Это потому, что солнце светит достаточно сильно всего несколько часов в день, чтобы заполнить хранилища. На все остальное время запасенной энергии должно хватить.
В-четвертых, мы должны создать сезонные теплоаккумуляторы, чтобы зимой можно было снизить потребность в электроэнергии тепловых насосов. В-пятых, нам необходимо лучше согласовать спрос и предложение на энергию. Летом будет много солнечной энергии и тепла, но зимой возобновляемая энергия, в частности, будет редким (и, следовательно, дорогим) товаром в будущем. В-шестых - и это хорошая новость: электромобильность не смещает баланс. При сделанных допущениях ежедневная зарядка электромобилей дома, на работе или в магазине вызывает лишь относительно небольшие пики спроса на электроэнергию по сравнению с электроснабжением теплом. Однако обязательным условием для этого являются соответствующие сети с достаточной пропускной способностью.
Если зимой в будущем будут реализованы дополнительные возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра, геотермальная энергия, больше биомассы и немного больше гидроэнергии, разрыв в покрытии сократится, однако, вероятно, будет невозможно полностью закрыть его.. Таким образом, электрификация тепла и мобильности не решит проблему. «Для того, чтобы устойчивое преобразование нашей энергосистемы было успешным, нам нужны как краткосрочные, так и долгосрочные, то есть сезонные, технологии хранения энергии. ", - говорит Мартин Рюдисюли. А Синан Теске добавляет: «Мы должны научиться у природы тому, как обращаться с солнечной энергией, которая доступна не круглый год. Мы могли бы хранить как можно больше летом и ограничивать свои потребности зимой. Или мы могли бы искать партнеров в Южное полушарие земли, которые могут собирать солнечную энергию и доставлять ее в Швейцарию, когда наступает зима, и наоборот."