SI/502277

Schlussbericht

Angesichts des Klimawandels strebt die Schweizer Energie Strategie 2050 (SES-2050) eine "doppelte Neutralität" in Nuklear & Kohlenstoff (2035-2050) an und prognostiziert im Wintersemester ein strukturelles Defizit von 9 TWh Strom (entspricht der nationalen Speicherkapazität von Wasserkraft). Das Defizit resultiert aus dem geplanten Atomausstieg im Jahr 2035 und dem steigenden Strombedarf für Elektromobilität, Wärmepumpen (WP) für Klimatisierung, Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung sowie für die Dekarbonisierung der Industrie. Die grosse Herausforderung für die SES-2050 besteht daher darin, im Winter genügend „doppelt neutralen“ Strom zur Verfügung zu haben. Diese Studie untersucht das Potential des neuartigen ULISSE-Systems (Under Lake Infrastructure for capture and Storage of Solar Energy) sowie die Möglichkeit zur Kombination mit dem CORSAIRE " freie Heizung " (Prozess ohne WP). Ziel von ULISSE ist es, die Effizienz der Thermische Seenetzwerke (TSNs) zu verbessern, die möglicherweise in den 15 grossen Schweizer Seen installiert werden sollen, und gleichzeitig eine vorteilhafte Tiefensauerstoffanreicherung dieser Seen zu gewährleisten, die durch externe thermische Konvektion der ULISSE-Reservoirs induziert wird. CORSAIRE freie Heizung zielt darauf ab, die negativen Energieauswirkungen auf den Immobilienbestand zu reduzieren, die durch den winterlichen Temperaturabfall der Trinkwassernetze (TWN) verursacht werden. Das ULISSE-System besteht aus grossen saisonalen Wärmespeicherreservoirs, die am Seeboden verankert sind (Einheitskapazität: 2 Millionen m3 und 125 TJ). Im Sommer werden sie mit temperiertem Wasser gefüllt, entweder aus der von der Sonne erwärmten oberen Schicht des Sees oder aus Industrie- und Klimaanlagenabwärme. Die ULISSE-Reservoirs würden im Winter eine Wärmequelle aus dem Seewasser mit etwa 20 °C statt der üblichen 5-6 °C darstellen. Dadurch kann die Effizienz der Wärmepumpen verdoppelt und ihr Stromverbrauch halbiert werden, wodurch die Wassermenge um den Faktor 5 und die elektrische Energie, die zum Pumpen und Umwälzen des Wassers in den TSNs erforderlich ist, um 95 % reduziert werden. Die Studie liefert eine erste energetische Potenzial- und Machbarkeitsanalyse einer möglichen Struktur (Hülle, Verankerung) für das ULISSE-Reservoir, eine Skizze seines thermischen Lade-/Entladesystems und einige Hinweise zu seinen möglichen Wechselwirkungen mit der Seeumgebung (thermisch, hydrodynamisch, umweltbedingt). Genauer gesagt wurde auch eine Kreuzstudie (mit konvergierenden Ergebnissen) der Effizienz der saisonalen Wärmespeicherung des ULISSE-Reservoirs durchgeführt, wobei drei komplementäre Ansätze zum Einsatz kamen: die Konstruktion eines theoretischen Modells, ein Modell mit einer grundlegenden Analyse von der zeitliche Skalierungsfaktor und eine numerische Simulation (COMSOL). Als Beispiel, die Studie analysiert die Energieleistung des ULISSE-CORSAIRE-Systems, welches auf das TSN GeniLac und das TWN in Genf angewendet wird, und vergleicht sie mit dem saisonalen "terrestrischen" Solarwärmeerfassungs- und -Speicher System (Kollektorfeld + überdachtes Becken). Anschliessend wird es auf die nationale Ebene hochgerechnet. Als Ergebnis und Fazit des Projekts könnten rund 300 ULISSE-Reservoirs, die unsichtbar über die 15 grossen Schweizer Seen verteilt sind, in Kombination mit der freien Heizung von CORSAIRE (auch ausserhalb der Seeregionen) das Potential haben, fast 60 PJ oder 30 % der 200 PJ des nationalen Energie-Wärme-Bedarfs für Raumheizung und Warmwasser bereitstellen. Bei einer geschätzten Gesamtinvestition von rund 3 bis 4 Milliarden Franken (ULISSE-Speicher, CORSAIRE-Wärmetauscher, Rohrleitung) würde dies im Winterhalbjahr 2050 3 TWh Bruttostrom einsparen, also 1/3 des Winterstromdefizits von 9 TWh. Das entspricht der doppelten Winterproduktion des grössten Wasserkraftwerks der Schweiz, Grande Dixence (2 x 1,5 TWh). Schliesslich schlägt die Studie die Schaffung eines Pilot-ULISSE-Reservoirs vor, das mit den TSNs auf den EPFL-UNIL-Campussen verbunden ist, mit Beobachtungen durch das schwimmende LéXPLORE-Labor sowie eines Pilot-CORSAIRE der Cité du Lignon (6.500 Einwohner und Geschäfte), der mit thermischen Abfällen aus der Kläranlage Aïre in Genf versorgt.