FiPPS – Verbindlicher Photovoltaikstrom für die Schweiz

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502286
• Projekttitel Englisch: FiPPS – Firm PV Power Switzerland

Schlüsselwörter (Deutsch)

Photovoltaik, Speicher, Firm PV, Abregelung

Schlüsselwörter (Englisch)

photovoltaics, storage, Firm PV, curtailment

Schlüsselwörter (Französisch)

Photovoltaïque, stockage, Firm PV, réglage

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In den "Energieperspektiven 2050+" sind für 2050 37 GW (34 TWh / 40%) an PV-Strom vorgesehen. Ab einem jährlichen Anteil von ca. 15 % ist die PV-Produktion zu bestimmten Zeitpunkten höher als die Last abzüglich der Grundlastproduktion. Um diese Situation zu beheben, gibt es zwei Möglichkeiten: Speicherung oder Produktionsbeschränkung. Die vorgeschlagene Arbeit zielt darauf ab, Daten für die Schweiz zu analysieren, um die betriebliche Umsetzung dieser beiden Optionen mit dem Ziel zu optimieren, eine feste, effektiv disponierbare PV-Produktion im Schweizer Stromnetz zu den geringstmöglichen Kosten zu liefern. Das Hauptergebnis ist die Darstellung des optimalen Verhältnisses zwischen dem Einsatz von Speicheranlagen und der Leistungsbeschränkung - wobei letztere eine Überdimensionierung der PV-Anlagen impliziert, um die Lieferung einer bestimmten Menge elektrischer Energie zu gewährleisten.

Kurzbeschreibung (Englisch)

In the "Energy perspectives 2050+" in 2050 37 GW (34 TWh / 40%) of PV power is foreseen. Above a yearly percentage of approx. 15%, PV production is higher than load minus baseload production at certain moments. Two options are available to remedy this situation: storage or production curtailment. The proposed work aims at analyzing data for Switzerland to optimize the operational implementation of these two options with the objective delivering firm, effectively dispatchable PV production on the Swiss power grid at the least possible cost. The main result is to present the optimum between storage deployment and output curtailment – the latter implying PV oversizing, to guarantee delivery of a given quantity of electrical energy.

Schlussbericht (Deutsch)

Wir untersuchen, ob die Photovoltaik (PV) einen effektiven und wirtschaftlichen Beitrag zur zukünftigen Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien (EE) in der Schweiz leisten kann. Unter Ausnutzung der flexiblen Wasserkraftressourcen des Landes bestimmen wir die optimalen PV-/Batteriekonfigurationen, die den wachsenden Strombedarf des Landes 24x365 zu den geringstmöglichen Kosten decken können, während die Stromerzeugung aus Kernkraft vollständig eingestellt wird. Wir untersuchen mehrere Szenarien mit extrem hohem EE-Anteil, bei denen PV und Wasserkraft den Großteil des Strombedarfs des Landes decken würden. Abhängig von zukünftigen Kostenprognosen für PV und Batterien und einem kleinen Beitrag von inländischen oder importierten regelbaren Ressourcen zeigen wir, dass die Stromproduktionskosten im Schweizer Netz zwischen 6 und 8 Rappen pro kWh liegen würden. Dies entspricht in etwa den Marktpreisen bis Mitte 2021 und liegt weit unter den gegenwärtigen Marktpreisen. Auch Szenarien ohne oder mit nur geringfügigen Importen – entweder von Strom oder von E-Treibstoffen – würden nur zu geringfügig höheren Kosten führen – aufgrund der Auswirkungen von Überdimensionierung und Abregelungen. Unsere Analysen zeigen, dass das Konzept der Überdimensionierung und der Abregelung von PV-Anlagen die Energiewende möglich machen und das Energie-Trilemma der Schweiz – bezüglich Versorgungssicherheit, Nachhaltigkeit und Bezahlbarkeit – entschärfen kann.

Schlussbericht (Englisch)

We investigate whether photovoltaics (PV) can effectively and economically contribute to a massively renewable energy (RE) power generation future for Switzerland. Taking advantage of the country’s flexible hydropower resources, we determine the optimum PV/battery configurations that can meet the country’s growing electrical demand firmly 24x365 at the least possible cost while entirely phasing out nuclear power generation. We examine several ultra-high RE scenarios where PV and hydro would meet the bulk of the country’s demand. Depending on future cost predictions for PV and batteries, and a small contribution from domestic or imported dispatchable resources, we show that power production costs on the Swiss grid would range from 6 to 8 cents per kWh. This is well in line with market prices till mid-2021 and strongly below the current price levels. Also, scenarios with no or only marginal imports – either of electricity or e-fuels – would lead to only slightly higher costs – due to the effects of overbuilding and curtailment. Our analyses show that firm PV power is an enabler of the energy transition and can ease the energy trilemma – regarding security of supply, sustainability and affordability – existing also in Switzerland.

Zugehörige Dokumente

• Final Report [PDF] 4'772 kB

Schlussbericht (Französisch)

Nous étudions si le photovoltaïque (PV) peut contribuer efficacement et économiquement à un avenir de production d'énergie massivement renouvelable (RE) pour la Suisse. En tirant parti des ressources hydroélectriques flexibles du pays, nous déterminons les configurations PV/batteries optimales qui peuvent répondre à la demande électrique croissante du pays, fermement 24x365, au moindre coût possible, tout en éliminant complètement la production d'énergie nucléaire. Nous examinons plusieurs scénarios d'ER très élevés dans lesquels le PV et l'hydroélectricité répondraient à la majeure partie de la demande du pays. En fonction des prévisions de coûts futurs pour le PV et les batteries, et d'une petite contribution des ressources dispatchables nationales ou importées, nous montrons que les coûts de production d'électricité sur le réseau suisse seraient compris entre 6 et 8 centimes par kWh. Cela correspond bien aux prix actuels du marché jusqu'à la mi-2021 et est fortement en dessous du niveau de prix actuel. De même, les scénarios ne prévoyant aucune importation ou seulement des importations marginales – que ce soit d'électricité ou de carburants électroniques – n'entraîneraient que des coûts légèrement plus élevés – en raison des effets de la surconstruction et de la réduction des effectifs. Nos analyses montrent que l'énergie photovoltaïque « ferme » est un facteur de transition énergétique et qu'elle peut atténuer le trilemme énergétique (sécurité de l'approvisionnement, durabilité et prix abordable) qui existe aussi en Suisse.