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Abschätzung des Potenzials erneuerbarer Energien in der Schweiz dank Big Data
Ziel des Projekts «HyEnergy» war es, das Potenzial hybrider erneuerbarer Energiesysteme zu untersuchen; d. h. Systeme, die zwei Arten erneuerbarer Energieerzeugung, als Strom und Wärme, miteinander kombinieren.
Mit einem Anteil von 40 % machen Heizen und Kühlen von Gebäuden einen grossen Teil des Energiebedarfs in der Schweiz aus und sind darüber hinaus für ca. ein Drittel der CO2-Emissionen verantwortlich.
Bei der Nutzung oberflächennaher Erdwärme kommen Wärmepumpen zum Einsatz. Derzeit sind das in der Schweiz rund 100'000 Erdwärmesonden, bei 350’000 Wärmepumpen insgesamt. Der Ausbau ist sehr wichtig. Wir sind eines der Länder mit der höchsten Anzahl pro Einwohner und mittelfristig, bis 2050, muss die Gesamtzahl dieser Wärmepumpen 1,5 Millionen erreichen, um die vom Bundesrat angestrebte Energiewende zu erreichen.
Was war das Ziel des Projekts «HyEnergy»?
Ziel des Projekts «HyEnergy» war es, das Potenzial hybrider erneuerbarer Energiesysteme zu untersuchen; d. h. Systeme, die zwei Arten erneuerbarer Energieerzeugung, als Strom und Wärme, miteinander kombinieren. Bei den erneuerbaren Energien handelt es sich um variable Energiequellen, sie sind nicht konstant. Es geht darum, die Produktion von Solarenergie mittels Photovoltaik, die am Tag erfolgt, durch eine Energiegewinnung aus Windenergie während der Nacht bzw. im Winter zu ergänzen. Ein solches Hybridsystem würde es ermöglichen, den Bedarf das ganze Jahr hindurch sowohl nachts als auch am Tag zu decken.
Wie sind Sie vorgegangen?
Um das Potenzial an erneuerbaren Energien auf nationaler Ebene zu evaluieren, wurde ein Ansatz entwickelt, der mehrere Methoden kombiniert: das sogenannte Big Data Mining, fortschrittlichste Statistikmethoden, einschliesslich maschinellem Lernen, sowie hochmoderne analytische und Geodaten-Modelle, mit denen unser Potenzial sehr genau berechnet werden konnte.
Die verwendeten Daten enthalten verschiedene Informationen, über die natürlichen Ressourcen, über den städtischen Raum und auch über die Technologien, die für erneuerbare Energieerzeugung verwendet werden. Darüber hinaus wurden Fragestellungen im Zusammenhang mit der potenziellen Energieversorgung ausgewertet, was für die Sonnen- und Windkraft besonders wichtig ist, da ihre Ausbeute sehr unterschiedlich sein kann und sie auch im Tages- sowie im Jahresverlauf schwankt.
Welche wichtigen Ergebnisse wurden erzielt?
Im Rahmen der Forschungsarbeit wurde zum ersten Mal die maximale Energiemenge beziffert, die mit grossflächig installierten Erdwärmepumpen gewonnen werden könnte.
Für die Gesamtschweiz wurde berechnet, dass die ausschliesslich für die Beheizung von Gebäuden verwendeten Erdwärmepumpen je nach kantonalen Restriktionen 30 bis 70 % des Wärmebedarfes künftiger Wärmepumpen decken könnten.
Warum ist es wichtig, sich mit diesen hybriden Energiesysteme zu beschäftigen?
Bei sogenannten hybriden Energiesystemen spielt die oberflächennahe Geothermie eine wichtige Rolle, denn sie kann mit anderen Formen erneuerbarer Energien gekoppelt werden. Zum einen wird für den Betrieb der Wärmepumpen Strom benötigt, der normalerweise von auf dem Dach installierten Photovoltaikmodulen erzeugt wird. Zum anderen kann Geothermie auch mit Solarthermie gekoppelt werden. Diese kann verwendet werden, um die aus dem Boden gewonnene Energie zu regenerieren. Im Projekt wurde berechnet, dass dank der saisonbedingten Regeneration das Potenzial der oberflächennahen Geothermie um mehr als 50 % gesteigert werden kann.
Warum ist es wichtig, auf Stadtteilebene vorzugehen?
Konzentriert man sich auf die Gebäude, lässt sich die Energieproduktion auf die Nachfrage abstimmen. Zum einen können die Dächer der Gebäude für die Solarenergieerzeugung, also Strom und Wärme, und zum anderen Gärten und andere Flächen rund um Gebäude für Erdwärmesonden genutzt werden. In Kombination bergen diese hybriden Energiesysteme ein grosses Potenzial für die Dekarbonisierung von Gebäuden in der Schweiz.