SWEET 2020 RC1: PATHFNDR

PATHFNDR Zielsetzung:  Das PATHFNDR-Konsortium wird diese systemische Herausforderung mit dem übergeordneten Ziel angehen, machbare Wege zu einem effizienten, flexiblen, belastbaren, kostengünstigen und nachhaltigen Energiesystem zu finden, indem die Rolle und die Möglichkeiten von Flexibilitätsoptionen für alle Energieträger sektorübergreifend geklärt werden. Konsistente Pfade bilden die Energiewende bis 2050 ab und gehen über die klassische techno-ökonomische Analyse hinaus, indem sie geeignete Geschäftsmodelle, politische Massnahmen und öffentliche Akzeptanzmaßnahmen aufzeigen und nationale und regionale Perspektiven, eingebettet in den europäischen Rahmen, integrieren. Dazu wird eine umfassende Methodik etabliert, die auf einem breiten Spektrum bestehender Modelle, Werkzeuge und Demonstrationsplattformen sowie qualitativen Ansätzen wie Fallstudienforschung aufbaut und technische, ökonomische, regulatorische und soziale Disziplinen integriert. Diese Methodik wird den Übergang von Lösungen in die Praxis systematisch unterstützen. Das zweite übergeordnete Ziel des PATHFNDR-Konsortiums ist daher die Demonstration der identifizierten machbaren Pfade durch Entwurf, Bau, Betrieb und Untersuchung von zwei Energiesystemen, die mehrere Energieformen koppeln: eines durch die Nutzung von Flexibilitätsoptionen in der bestehenden Infrastruktur und das andere durch die Schaffung einer neuartigen Infrastruktur für flexibilisierte Energiesysteme. Die spezifischen Ziele des Konsortiums sind:

O1. Bereitstellung von konsistenten Pfaden für die Akteure des Schweizer Energiesystems, wie Flexibilitätsoptionen über Sektoren und räumliche Skalen hinweg am besten genutzt werden können, um erneuerbare Energiequellen in alle Energieträger zu integrieren.

O2. Bereitstellung von a. evidenzbasierten Erkenntnissen für Politik und Verwaltung zu politischen und regulatorischen Rahmenbedingungen für die technische Ausgestaltung und den Betrieb von flexiblen Multi-Energie-Systemen und für Geschäftsmodelle zur Nutzung von Flexibilität, einschließlich Sektorkopplung. b. Maßnahmen zur Endkundenakzeptanz und Beteiligung der Bürger am neuen Energielebensraum.

O3. Bereitstellung von Werkzeugen und Strategien für Energieversorger und Netzbetreiber sowohl für die langfristige Investitionsplanung als auch für den sicheren Betrieb dezentraler Flexibilität unter Nutzung der Digitalisierung.

O4. Bereitstellung von demonstrierten Technologien und entsprechenden Planungs- und Betriebsstrategien für Eigentümer von Industrie-/Gewerbe-/Wohnstandorten zur Nutzung der Flexibilität von lokalen Ressourcen

O5. Bereitstellung von Geschäftsmöglichkeiten, Marktmechanismen und Strategien für die Nutzung neuartiger Flexibilitätsoptionen für bestehende Akteure und potenzielle neue Akteure (d. h. Akteure mit neuen Rollen wie Aggregatoren, Akteure aus anderen Sektoren wie Transport, Investitionen).

Die Rolle der FEN: Leitung des WP2 zu Entwicklungspfade auf Distrikt-/Dorf-/Stadtebene. Leitung der Aktivitäten in (i) T2.3 zur Planung von Multi-Energie-Systemen unter Berücksichtigung von Unsicherheit und Nutzung der allgegenwärtigen Flexibilität und (ii) T2.4 zum Betrieb von Multi-Energie-Netzen mit koordinierter Nutzung der Flexibilitätsressourcen.

Ziel von WP2 (unter der Leitung von FEN) ist es, den Wert der verschiedenen lokalen dezentralen Ressourcen (Erzeugung, Nachfrage, Technologien in verschiedenen Energievektoren) sowie die spezifische Rolle, die sie spielen können, als Teil eines optimalen Weges zu einem flexiblen und kohlenstoffarmen Energiesystem zu identifizieren. Das Potenzial dieser Ressourcen wird identifiziert, während Methoden und Werkzeuge entwickelt werden, die eine ganzheitliche Nutzung der verteilten und reichlich vorhandenen Flexibilität aller Energieträger ermöglichen, so dass der Flexibilitätsbedarf sowohl auf nationaler als auch auf regionaler Ebene auf wirtschaftliche und zuverlässige Weise befriedigt wird. Es werden optimale Infrastrukturausbau- und Betriebsstrategien für Schweizer Energieversorgungsunternehmen und Standortbetreiber vorgeschlagen, die sicherstellen, dass die Netze der verschiedenen Energieträger (d.h. Strom, Gas und Wärme), in die bereits Milliarden von Schweizer Franken investiert wurden, genutzt werden, um die Synergien zwischen diesen Netzen auszuschöpfen. Im Folgenden werden die Forschungsfragen, die in diesem Projekt behandelt werden, aufgeführt:

1. Wie viel Flexibilität können die verschiedenen Endverbraucher dem System zur Verfügung stellen?
2. Welche neuen Infrastrukturinvestitionen sollten die Verteilnetzbetreiber wann vornehmen? Wie können sie Planungsanalysen in der neuen unsicheren und mehrdimensionalen Umgebung durchführen? Können sie Infrastrukturinvestitionen vermeiden, indem sie die in ihren Netzen vorhandene Flexibilität nutzen?
3. Wie sollten die Verteilnetze der verschiedenen Energieträger betrieben werden, damit die Nutzung der ubiquitären Flexibilitätsressourcen auf lokaler Ebene koordiniert wird?
4. Welchen Wert hat die lokale Flexibilität für Verteilnetzbetreiber, Städte und Gemeinden? Was sind ihre "Flexibilitätsbedürfnisse"?
5. Was sind die Vorteile (und potenziellen Risiken) der Kopplung von elektrischen, thermischen und Gasverteilungssystemen mit Energieumwandlungstechnologien sowie dem Transportsektor in lokalen Multienergiesystemen?

In der Schweiz und anderswo tritt die Energiewende in eine neue Phase der Entwicklung ein. Die Fortschritte bei den Technologien für erneuerbare Energien wie Photovoltaik und Wind haben deren Kosten drastisch gesenkt. Diese Kostensenkung hat die Einführung erneuerbarer Energiequellen erheblich beschleunigt. Nun haben die jüngsten wissenschaftlichen Bewertungen des Klimawandels durch das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) die Notwendigkeit eines schnellen Übergangs zu Netto-Null-THG-Emissionen festgeschrieben. Regierungen und Unternehmen haben auf diese Notwendigkeit reagiert. Der Schweizer Bundesrat hat im August 2019 beschlossen, bis 2050 eine klimaneutrale Schweiz zu schaffen. Diese Entscheidung betrifft alle Aktivitäten unserer Gesellschaft und insbesondere den Energiesektor, da er heute für den größten Teil der THG-Emissionen verantwortlich ist. Die Energiewende hat also sowohl ein klares Ziel als auch einen festen Zeitrahmen.

Um das Ziel von Netto-Null-THG-Emissionen bis 2050 zu erreichen, muss die Energiewende über den Stromsektor hinausgehen und alle Sektoren umfassen. Dazu werden die Fortschritte in der erneuerbaren Stromerzeugung zum zentralen Enabler. Diese Rolle wird in der Schweiz durch den im Energiegesetz vom Januar 2018 beschlossenen Ausstieg aus der Kernenergie weiter gestärkt. Erneuerbarer Strom kann dann zur Dekarbonisierung angrenzender Sektoren genutzt werden, darunter Verkehr (Schiene, Straße), Wärme und Industrie. Diesen Trend sehen wir bereits durch die weitere Verbreitung von Elektrofahrzeugen und Wärmepumpen. Die Elektrifizierung ist daher mittlerweile allgemein als ein zentrales Element der Energiewende anerkannt.

Gleichzeitig sind auch die großen Herausforderungen, die sich aus der Elektrifizierung ergeben, bereits heute bekannt: Die Integration weiterer Sektoren wird sowohl die Spitzen- als auch die Gesamtnachfrage nach Strom stark erhöhen. Diese Nachfragesteigerung erfordert eine effizientere Nutzung der Energie. Energieträger jenseits der Elektrizität werden weiterhin benötigt werden, allerdings in dekarbonisierter Form. Am wichtigsten ist, dass dieses sektorgekoppelte Energiesystem im Wesentlichen auf variablen erneuerbaren Energiequellen beruhen. Die Bewältigung des variablen Energieeinsatzes erfordert Flexibilität, um eine zuverlässige Nachfrage und Versorgung zu gewährleisten. Damit sind das Ziel, der Zeitplan und die grundlegenden Trends der Energiewende festgelegt. Dennoch sind die konkreten Schritte und Mechanismen dieser Transformation noch weitgehend unklar.