ServicenavigationHauptnavigationTrailKarteikarten


Research unit
SFOE
Project number
SI/501962
Project title
SolTherm2050 - Chancen durch Solarwärme und thermische Energiespeicher für das Energiesystem Schweiz 2050

Texts for this project

 GermanFrenchItalianEnglish
Short description
Anzeigen
-
-
-
Final report
Anzeigen
Anzeigen
-
Anzeigen

Inserted texts


CategoryText
Short description
(German)
Das Projekt “Chancen durch Solarwärme und thermische Energiespeicher für das Energiesystem Schweiz 2050” beantwortet die Frage nach dem Potenzial von Solarwärme in Kombination mit thermischen Energiespeichern in der Schweiz, identifiziert die bestmöglichen Einsatzgebiete, bewertet die Chancen und Risiken und erarbeitet schließlich eine Roadmap zur Förderung und zum Ausbauen dieser Technologien. Ziel ist dabei der grösstmögliche Beitrag zur Energiestrategie 2050, wobei gerade auf einen realistischen Implementationsprozess Wert gelegt wird.
Final report
(German)
Das Projekt “Chancen durch Solarwärme und thermische Energiespeicher für das Energiesystem Schweiz 2050” beantwortet die Frage nach dem Potenzial von Solarwärme in Kombination mit thermischen Energiespeichern in der Schweiz, identifiziert die bestmöglichen Einsatzgebiete, bewertet die Chancen und Risiken und erarbeitet schliesslich eine Roadmap zur Förderung und zum Ausbauen dieser Technologien. Ziel ist dabei der grösstmögliche Beitrag zur Energiestrategie 2050, wobei gerade auf einen realistischen Implementationsprozess Wert gelegt wird.

In Work Package 2a wurden die wichtigsten Einsatzmöglichkeiten von Solarthermie und Energiespeichern und deren Bedeutung im Zeitverlauf bis 2050 bestimmt. Es wurden dabei 6 Systeme priorisiert. Anlagen zur Warmwasserbereitung sowie Kombi-Anlagen zur Heizungsunterstützung in Wohngebäuden dominieren heute den Markt, werden aber an Bedeutung verlieren. Zunehmend wichtiger werden solche Anlagen in Kombination mit einem Saisonspeicher, aber auch Anlagen zur Erzeugung industrieller Prozesswärme sowie längerfristig Anwendungen in Kombination mit Klimatisierung.

Mit dynamischen Systemsimulationen (TRNSYS) wurden verschiedene Systeme und Bedarfssituationen in der Schweiz untersucht. Erwartungsgemäss erreichten Warmwassersysteme mit bis zu 80% den höchsten solaren Deckungsgrad. Bei Kombisystemen, in denen Raumheizung enthalten ist, liegt der solare Anteil typischerweise im Bereich von 30-40 %. Bei den Investitionskosten zeigten die Simulationen eine grosse Bandbreite von rund 400 bis 4000 CHF/m2, je nach Grösse der Anlage. Über eine Laufzeit von 30 Jahren ergeben sich dabei die tiefsten Wärmegestehungskosten von 5 Rp./kWh bei Wärmeverbünden in städtischen Gebieten, die höchsten von ca. 30 Rp./kWh für Warmwasser in Einfamilienhäusern.

In Work Package 2b wurde die Solarthermie im Energiesystemmodell Swiss Energyscope abgebildet, mit dem Ziel, die Rolle der verschiedenen Systeme in der zukünftigen Energieversorgung ermitteln zu können. Die wichtigste Erkenntnis lautet: Solarthermie kommt immer dann zum Einsatz, wenn eine begrenzte Ressource eingespart werden kann, z.B. Gas, Holz oder die Anergie in Erdsondenfeldern. Die Solarthermie steht allerdings in Konkurrenz zu anderen Technologien und Ressourcen, wie Tiefengeothermie oder Wärmepumpen. Betrachtet man jedoch Netto-Null Szenarien, in denen die Solarthermie überhaupt nicht eingesetzt wird, zeigt sich, dass die Gesamtkosten des Energiesystems um mehrere 100 Millionen CHF pro Jahr steigen. Gemäss den Modellergebnissen kann die Solarthermie einen Beitrag von 5-10 TWh/a leisten, davon ca. 5 TWh/a in Ein- und Mehrfamilienhäusern für Warmwasser und Heizung.

Im Work Package 3 wurden die heutigen Hemmnisse für die verschiedenen Anwendungsformen untersucht. Vertieft untersucht wurden dabei die Systeme „Regeneration von Erdwärmesonden“ und „Solarwärme in Wärmeverbunden“ bezüglich rechtlich/regulatorischer, wirtschaftlich/gesellschaftlicher und technischer Hemmnisse. Nebst Literaturrecherchen wurden zu diesem Zweck Experteninterviews sowie Workshops im Rahmen der Fachkommission Solarwärme von Swissolar durchgeführt.

Gegenstand des Work Package 4 war eine SWOT-Analyse der verschiedenen Systeme, aufgeteilt auf die Anwendungsbereiche Wohnbauten, Quartier (Wärmeverbunde) und Industrie. Bei den beiden letztgenannten, bisher in der Schweiz kaum anzutreffenden Anwendungen stehen tiefe Kosten und hohe Wirkungsgrade mangelndem Know-how und grossem Speicherbedarf gegenüber.

Aufgabe von Work Package 5 war die Erarbeitung von Massnahmen zum Abbau der Hemmnisse. Die Aufgaben der Branche liegen in der Standardisierung und Bewerbung von Kombi-Systemen (Solarwärme mit Holz oder Wärmepumpen), der Verankerung von Systemen zum Einsatz im Bereich Prozesswärme, in der Ausbildung von Fachkräften sowie im Bereich Digitalisierung. Im Bereich Forschung und Entwicklung müssen Solarwärme und Wärmespeicher differenzierter in den Energiesystemmodellen abgebildet werden. Generell müssen Wärmespeicher weiterentwickelt, Eisspeicher optimiert und Speichernutzungen für die Prozesswärme erforscht werden. Ebenso wird Forschungsbedarf bei der Erdsondenregeneration festgestellt, aber auch bei der Weiterentwicklung von Kollektoren. Zudem braucht es Demonstrationsprojekte von grossen solarthermischen Anlagen für Wärmeverbunde. Bei den politischen Rahmenbedingungen werden Vorgaben für die Regeneration von Erdsonden, eine Pflicht für erneuerbare Energieproduktion statt Stromerzeugung auf Neubauten, ein nationales Förderprogramm für grosse solarthermische Anlagen und eine nationale Nutzungsstrategie speicherbare Energien vorgeschlagen. Zudem soll der Bau von Solaranlagen ausserhalb der Bauzone in gewissen Fällen zugelassen werden.
Related documents
Final report
(English)
The project "Opportunities through solar heat and thermal energy storage for the Swiss energy system 2050" answers the question of the potential of solar heat in combination with thermal energy storage in Switzerland, identifies the best possible application areas, assesses the opportunities and risks and
finally develops a roadmap for promotion and to expand these technologies. The goal is to make the greatest possible contribution to the Energy Strategy 2050, with a focus on a realistic implementation process.

In Work Package 2a, the most important possible uses of solar thermal energy and energy storage and their importance over the course of time up to 2050 were determined. Six systems were prioritized. Systems for hot water preparation as well as combined systems for heating support in residential buildings dominate the market today, but will lose their importance. Such systems are becoming increasingly important in combination with a seasonal storage system, but also systems for generating industrial process heat and long-term applications in combination with air conditioning.

With dynamic system simulations (TRNSYS) different systems and demand situations in Switzerland were examined. As expected, hot water systems achieved the highest solar coverage with up to 80%. In combination systems that contain space heating, the solar share is typically in the range of 30-40%.
In terms of investment costs, the simulations showed a wide range of around 400 to 4000 CHF / m2, depending on the size of the system. Over a period of 30 years, this results in the lowest heat  generation costs of 5 cents / kWh for heating networks in urban areas, the highest of approx. 30 cents / kWh for hot water in single-family houses.

In Work Package 2b, solar thermal energy was mapped in the Swiss Energyscope energy system model, with the aim of being able to determine the role of the various systems in the future energy supply. The most important finding is: Solar thermal energy is always used when a limited resource can be saved, e.g. gas, wood or the anergy in geothermal probe fields. However, solar thermal energy competes with other technologies and resources, such as deep geothermal energy or heat pumps. However, if one looks at net-zero scenarios in which solar thermal energy is not used at all, it becomes apparent that the total costs of the energy system increase by several 100 million CHF per year. According to the model results, solar thermal energy can make a contribution of 5-10 TWh / a, of which approx. 5 TWh / a in single and multi-family houses for hot water and heating.

In Work Package 3, today's barriers to the various forms of application were examined. The systems "regeneration of geothermal probes" and "solar heat in heat networks" were examined in depth with regard to legal / regulatory, economic / social and technical obstacles. In addition to literature research, expert interviews and workshops were carried out as part of the Swissolar solar heating commission.

The subject of Work Package 4 was a SWOT analysis of the various systems, divided into the areas of application of residential buildings, districts (thermal networks) and industry. In the case of the latter two applications, which have so far hardly been found in Switzerland, low costs and high levels of efficiency are offset by a lack of know-how and large storage requirements.

The task of Work Package 5 was to develop measures to reduce the obstacles. The tasks of the industry lie in the standardization and promotion of combination systems (solar heat with wood or heat pumps), the anchoring of systems for use in the area of process heat, in the training of specialists and in the area of digitization. In the area of research and development, solar heat and heat storage must be mapped more differently in the energy system models. In general, heat storage systems need to be further developed, ice storage systems must be optimized and storage uses for process heat need to
be researched. There is also a need for research in the regeneration of geothermal probes, but also in the further development of collectors. In addition, there is a need for demonstration projects for large solar thermal systems for heat networks. Regarding the political framework, specifications for the regeneration of geothermal probes, an obligation for renewable energy production instead of electricity generation in new buildings, a national funding program for large solar thermal systems and a national strategy for the use of storable energies are proposed. In addition, the construction of solar systems
outside the construction zone should be permitted in certain cases.
Related documents
Final report
(French)
Le projet « Opportunités grâce au stockage de la chaleur solaire et de l'énergie thermique pour le système énergétique Suisse 2050 » répond à la question du potentiel du chauffage solaire en combinaison avec le stockage d'énergie thermique en Suisse, identifie les meilleurs domaines d'application possibles, évalue les opportunités et les risques et élabore enfin une feuille de route pour le financement et le développement de ces technologies. L'objectif est de contribuer le plus possible à la stratégie énergétique 2050, en mettant l'accent sur un processus de mise en oeuvre réaliste.

Dans le Work Package 2a, les utilisations les plus importantes possibles de l'énergie solaire thermique et des systèmes de stockage d'énergie et leur importance au cours du temps jusqu'en 2050 ont été déterminées. Six systèmes ont été priorisés. Les systèmes de préparation d'eau chaude ainsi que les
systèmes combinés d'assistance au chauffage dans les bâtiments résidentiels dominent aujourd'hui le marché, mais perdront de leur importance. De tels systèmes deviennent de plus en plus importants en combinaison avec un système de stockage saisonnier, mais aussi des systèmes de génération de
chaleur industrielle et des applications à long terme en combinaison avec la climatisation.

Avec des simulations de système dynamiques (TRNSYS), différents systèmes et situations de demande en Suisse ont été examinés. Comme prévu, les systèmes d'eau chaude ont atteint la couverture solaire la plus élevée avec jusqu'à 80 %. Dans les systèmes combinés qui contiennent le chauffage des locaux, la part solaire est généralement de l'ordre de 30 à 40 %. En termes de coûts d'investissement, les simulations ont montré une large fourchette de l'ordre de 400 à 4000 CHF/m2, selon la taille du système. Sur une période de 30 ans, cela se traduit par les coûts de production de chaleur les plus bas de 5 centimes / kWh pour les réseaux de chauffage en milieu urbain, les plus élevés d'environ 30 centimes / kWh pour l'eau chaude dans les maisons individuelles.

Dans le Work Package 2b, l'énergie solaire thermique a été cartographiée dans le modèle de système énergétique Swiss Energyscope, dans le but de pouvoir déterminer le rôle des différents systèmes dans l'approvisionnement énergétique futur. La découverte la plus importante est la suivante :
L'énergie solaire thermique est toujours utilisée lorsqu'une ressource limitée peut être économisée, par exemple le gaz, le bois ou l'anergie dans les champs de sonde géothermique. Cependant, l'énergie solaire thermique est en concurrence avec d'autres technologies et ressources, comme la
géothermie profonde ou les pompes à chaleur. Cependant, si l'on examine les scénarios net-zéro dans lesquels l'énergie solaire thermique n'est pas du tout utilisée, il devient évident que les coûts totaux du système énergétique augmentent de plusieurs 100 millions de CHF par an. Selon les résultats du modèle, l'énergie solaire thermique peut apporter une contribution de 5 à 10 TWh/a, dont environ 5 TWh/a dans les maisons individuelles et multifamiliales pour l'eau chaude et le chauffage.

Dans le Work Package 3, les obstacles actuels aux différentes formes d'application ont été examinés. Les systèmes « régénération des sondes géothermiques » et « chaleur solaire dans les réseaux de chaleur » ont été approfondis au regard des obstacles juridiques/réglementaires,
économiques/sociaux et techniques. En plus de la recherche documentaire, des entretiens d'experts et des ateliers ont été réalisés dans le cadre de la commission chauffage solaire Swissolar.

Le sujet du Work Package 4 était une analyse SWOT des différents systèmes, répartis dans les domaines d'application des bâtiments résidentiels, des quartiers (réseaux thermiques) et de l'industrie. Dans le cas de ces deux dernières applications, jusqu'ici peu présentes en Suisse, les faibles coûts et
les hauts niveaux d'efficacité sont compensés par un manque de savoir-faire et des besoins de stockage importants. 
La tâche du Work Package 5 était de développer des mesures pour réduire les obstacles. Les tâches de l'industrie résident dans la standardisation et la promotion de systèmes combinés (chaleur solaire au bois ou pompes à chaleur), l'ancrage de systèmes à utiliser dans le domaine de la chaleur industrielle, dans la formation de spécialistes et dans le domaine de la numérisation. Dans le domaine de la recherche et du développement, la chaleur solaire et le stockage de chaleur doivent être cartographiés de manière plus différenciée dans les modèles de systèmes énergétiques. En général,
les systèmes de stockage de chaleur doivent être développés davantage, les systèmes de stockage de glace doivent être optimisés et les utilisations de stockage pour la chaleur de procédé doivent être étudiées. Il existe également un besoin de recherche dans la régénération des sondes géothermiques, mais aussi dans le développement ultérieur des capteurs. En outre, il existe un besoin de projets de démonstration pour les grands systèmes solaires thermiques pour les réseaux de chauffage. En termes de cadre politique, un cahier des charges pour la régénération des sondes géothermiques, une obligation de production d'énergie renouvelable en lieu et place de la production d'électricité dans les nouveaux bâtiments, un programme national de financement des grands systèmes solaires thermiques et une stratégie nationale d'utilisation des énergies stockables sont proposés. De plus, la construction de systèmes solaires en dehors de la zone de construction devrait être autorisée dans certains cas.
Related documents