SI/502229

Schlussbericht

Der Ausbau der Windenergie könnte ein entscheidender, wenn auch wenig erforschter Bestandteil einer erfolgreichen Schweizer Energiewende sein. Unsere früheren Arbeiten – durchgeführt im Rahmen des WindVar-Projekts – haben gezeigt, dass eine erhöhte Windkraft für die Schweiz wirtschaftlich vorteilhaft sein kann, wenn sie eingesetzt wird, um von (anti)korrelierten Windmustern zwischen Schweizer Regionen sowie zwischen der Schweiz und ihren Nachbarn zu profitieren. Mit diesem Projekt bauen wir auf diesen Erkenntnissen auf, um zu zeigen, dass es in einer CO2-neutralen Schweiz eine breite Palette kostengünstiger Optionen für den Einsatz von Windenergie gibt, darunter sowohl räumlich konzentrierte als auch verteilte Kapazitäten, und unterschiedliche Abhängigkeitsgrade an Windkraft für die Gesamtenergieversorgung. Dieser Optionsraum ermöglicht es Entscheidungsträgern, die Kompromisse zu verstehen, die ihre Präferenzen und Prioritäten mit sich bringen. Um Windmuster in der Schweiz darzustellen, ist eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung erforderlich. Wie im WindVar-Projekt identifizieren wir den regionalen Reanalysedatensatz COSMO-REA2 als die am besten geeignete Quelle für Windgeschwindigkeitsdaten. Damit sind wir in der Lage, bekannte meteorologische Phänomene abzubilden, die der kürzlich veröffentlichte Neue Europäische Windatlas (NEWA) nicht darstellen kann. Dies sind zum Beispiel Tagesschwankungen, die durch Berg-Tal-Brisen verursacht werden. Mit diesem Datensatz simulieren wir die Windenergieproduktion für verschiedene Turbinen-Archetypen, die auf kommerziellen Turbinen basieren. Wir wählen drei Archetypen mit besonders vorteilhaften Eigenschaften für den Einsatz in der Schweiz mit Nabenhöhen zwischen 120 und 160 Metern. Wir integrieren unsere ausgewählten Windkraftanlagenmodelle in ein sektorengekoppeltes Modell des Schweizer Energiesystems und generieren auf Basis unseres SPORES-Algorithmus Hunderte von Möglichkeiten, wie Windenergie in ein CO2- neutrales Schweizer Systemdesign passen könnte. Wir stellen fest dass verschiedene Turbinen-Archetypen in verschiedenen Regionen am besten geeignet sind, auch in Regionen wo die durchschnittlichen Kapazitätsfaktoren nicht ideal sind, das Platzieren von Windkapazität aber Vorteile für das Gesamtenergiesystem bringt, beispielsweise aufgrund einer besseren Korrelation mit regionalen oder gesamtschweizerischen Nachfragespitzen. Einige Schweizer Regionen weisen die grössten Aussichten für den Ausbau der Windenergie auf, insbesondere die Jurakämme und die Hochebenen auf beiden Seiten der Jurakämme. Auch Gebiete innerhalb der Kantone Wallis, Graubünden, St.Gallen-Appenzell, und Ticino zeigen gewisses Potential, mit Unterschieden zwischen Turbinentypen. Darüber hinaus zeigen wir, dass der gleichzeitige Einsatz von Turbinen in Regionen mit besonders antikorrelierten Windmustern zu komplementären Erzeugungsmustern und einem insgesamt stabileren systemweiten Erzeugungsprofil führen könnte. Insbesondere favorisiert unser Modell den Zubau von Wind in den Alpenkantonen Wallis und Uri zusammen mit dem Zubau im Kanton Solothurn. Systeme mit hohem Windenergieeinsatz, die von diesen synergistischen Zubaustrategien profitieren, sind auch robuster gegenüber unsicheren Wetterjahren und Änderungen der Systemdesignentscheidungen in Nachbarländern. Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass es ein grosses technisch-ökonomisches Potenzial für die Windenergie als Teil eines zukünftigen Schweizer Energiesystems gibt. Im Vergleich zur Solarenergie weisen Systemdesigns, die stärker auf Windenergie basieren, zusätzliche technische Vorteile auf, wie z. B. einen geringeren Bedarf an Speicher- und Elektrolysekapazität und eine höhere Robustheit gegenüber der Unsicherheit der Randbedingungen. Da Solarenergie in der Regel auf eine höhere gesellschaftliche Akzeptanz stösst (zumindest bei Einsatz in der gebauten Umgebung), müssen Entscheidungen über Turbinengrösse und -platzierung sorgfältig getroffen werden, um sicherzustellen, dass die Vorteile der Windkraft genutzt werden können.