Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Das Projekt TOU hat zum Ziel den Einfluss von Demand-Response Mechanismen zu bewerten. Um das Potenzial dieser Technologien zu evaluieren ist es essenziell die Reaktion von Verbrauchern zu betrachten. Nachdem wir die Akzeptanz analysiert haben, werden wir eine Energiemodellierung entwickeln, die den potenziellen Beitrag von Demand-Response unter Berücksichtigung der Akzeptanz von Verbrauchern zur Energieeinsparung bewerten kann.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die Energiestrategie 2050 (ES2050) verfolgt ein doppeltes Ziel, nämlich zum einen den Ausstieg aus der Atomenergie, indem die bestehenden Kernkraftwerke nach Ablauf ihrer Lebensdauer nicht ersetzt werden, und zum anderen die teilweise Entkarbonisierung des Energiesektors. Die Ergänzung des Energiemix um einen bedeutenden Anteil intermittierender erneuerbarer Energien soll zur Erreichung dieser beiden Ziele beitragen. Gemäss dem ehrgeizigsten Szenario der ES2050, welches den Titel Neue Energiepolitik (NEP) trägt, sollen pro Jahr 11,12 TWh Strom durch Fotovoltaik- und 4,26 TWh durch Windkraftanlagen produziert werden. Dies entspricht rund 29 Prozent des prognostizierten Stromverbrauchs im Jahr 2050.
Da sich die meteorologischen Bedingungen laufend verändern, schwankt die Verfügbarkeit von Sonnen- und Windenergie. Das Gebiet der Schweiz ist indessen nicht gross genug, als dass sich räumliche Unterschiede gegenseitig ausgleichen könnten. Deshalb ist davon auszugehen, dass intermittierende Energien zeitweise nur in sehr geringem Umfang verfügbar sind. Zur Bewältigung dieser Problemstellung sind mehrere Strategien denkbar. Die drei wichtigsten Elemente dieser Strategien sind (i) Investitionen in rasch verfügbare Ersatzkapazitäten, die das Gleichgewicht im Stromnetz gewährleisten, (ii) Investitionen in die Interkonnektion mit den Energienetzen benachbarter Regionen, um Energie austauschen zu können, und (iii) Investitionen in Speicher- und Demand-Response-Technologien, die Flexibilität des Energiesystems nutzen, um dessen Gleichgewicht sicherzustellen.
Gegenstand der vorliegenden Studie ist die letztgenannte Komponente, welche darauf abzielt, auf dynamische Weise die Übereinstimmung zwischen intermittierender Produktion und Nachfrage zu verbessern. Dazu bieten sich zwei unterschiedliche Technologien an, nämlich die Speicherung und Demand-Response. Speichermechanismen dienen dazu Überschüsse aus der Produktion erneuerbarer Energien, welche bei windiger Witterung und/oder intensiver Sonneneinstrahlung erzielt werden, zu absorbieren und sie später bei Bedarf wieder ins Netz einzuspeisen. In der vorliegenden Untersuchung wird insbesondere der Energieaustausch zwischen Elektrofahrzeugen und dem Netz (vehicle-to-grid) betrachtet. Die Speicherung bewirkt eine Anpassung des Energieangebots; die Dynamik der Nachfrage bleibt dabei unverändert. Demand-Response-Mechanismen nutzen ihrerseits die Flexibilität der Nachfrage aus. Diese Flexibilität ist vor allem in denjenigen Bereichen der Nachfrage zu suchen, bei denen es darum geht, ein bestimmtes Leistungsniveau aufrechtzuerhalten. Für das Beheizen von Gebäuden beispielsweise können unterschiedliche Dynamiken genutzt werden. Die einzige Einschränkung besteht darin, dass die Innentemperatur innerhalb eines bestimmten Komfortintervalls gehalten werden muss. Für nachfrageseitige Flexibilität können auch gewisse industrielle Prozesse sorgen, deren Energiebedarf zeitweise verlagert oder abgesenkt werden kann.
Speicher- und Demand-Response-Mechanismen kommen dem Energiesystem zugute, sollten sie doch im Prinzip den Investitionsbedarf in neue Energieerzeugungskapazitäten verringern. Beide Arten von Mechanismen begünstigen tendenziell eine rationellere und wirksamere Energiebewirtschaftung, indem sie die durch erneuerbare Energien erzeugte Elektrizität zu Grenzkosten von null speichern oder indem sie einen Teil der Nachfrage auf Zeiträume mit geringer Aktivität verschieben. Weil immer mehr rentable Geschäftsmodelle für die Nutzung dieser beiden Technologien entstehen, wird das Verständnis ihres Einflusses auf die langfristige Planung des Energiesystems immer wichtiger. Dies gilt in noch stärkerem Mass für den Übergang zu einem teilweise entkarbonisierten und kernenergiefreien Energiesystem.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Andrey,Christopher
Babonneau,Frédéric
Haurie,Alain
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Schlussbericht
(Englisch)
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The Swiss Energy Strategy 2050 (SES2050) has the dual objective of phasing out nuclear power by not replacing the existing nuclear facilities after the end of their safe operational lifespan, and of partially decarbonising the energy sector. The integration of a large share of intermittent renewables in the energy sector contributes to both aspirations. In the most ambitious scenario of the SES2050, the so-called New Energy Policy scenario, a total of 11.12 TWh per year would be generated by photovoltaics and 4.26 TWh per year by wind power, representing around 29% of the electricity consumption forecast.
Due to the dynamics of weather conditions, the availability of photovoltaics and wind turbines will fluctuate. Since Switzerland is too small a territory for spatial inhomogeneities to average out, there will be periods during which most of the intermittent capacity will not be available. Several strategies can be followed to tackle this issue. The three main components on which these strategies rely are: (i) investing in backup capacities which can very quickly deliver power to balance the grid, (ii) investing in interconnection to buy power to neighbouring regions, and (iii) investing in storage and demand-response technologies that exploit the system’s flexibility to balance the grid.
In this study, we concentrate our effort on the third component, which aims at dynamically increasing the overlap between the intermittent production patterns and the demand. Two kinds of technologies are able to achieve this: storage and demand-response. Storage mechanisms consist in harnessing the excess power delivered by intermittent renewables during periods of high wind speed and high irradiation and in injecting it back on the grid when needed. In this study, we put a particular emphasis on storage in electric vehicles and injection from vehicles to the grid (vehicle to grid). One can thus consider storage as an action on the supply side since the demand’s dynamics are not affected by it. On the other hand, demand-response acts by harnessing the flexibility of the demand side. Flexibility is in particular found in demands that aim at maintaining an acceptable level of services. For example, the heating of buildings can be achieved using various dynamics, the only constraint being that the inside temperature remains between comfort-related lower and upper bounds. Flexibility can also be found in industrial processes, whose loads may be shifted or shed at peak demand times.
Both storage and demand-response mechanisms are beneficial to the energy system since, in principle, their implementation should reduce the need for investments in new generating capacities. Indeed, both mechanisms tend to favour a more efficient use of the existing assets either by storing zero-marginal cost electricity generated by renewables or by shifting a part of the demand to periods during which existing assets would not normally run at full capacity. Moreover, the fact that successful business models are emerging for both these mechanisms renders it crucial to understand their influence on the longterm planning of the energy system, and even more so in the context of the transition to a nuclear-free partially decarbonised energy sector.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Andrey,Christopher
Babonneau,Frédéric
Haurie,Alain
Zugehörige Dokumente
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