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011

Thomas NordmannTNC Consulting AGGeneral Wille-Strasse 59 CH-8706 Feldmeilen/Schweiz www.tnc.ch • nordmann@tnc.ch

Wie schaffenwir den Umstieg?

1

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TNC steht für: Solarstrom und GebäudeeffizienzDas sind seit 26 Jahren unsere Themen

Entwickeln und umsetzen

• 1989 erste Photovoltaikanlage auf einer Autobahn-Schallschutzwand (BFE P&D)

• 1996 Konzeption der weltweit ersten Solarstrombörsefür ewz, Elektrizitätswerk der Stadt Zürich

• Einsatz der Bifacial-Technologie (zweiseitige Solarzellen) als Schallschutzwand entlang Strasse & Schiene

• Prozessentwicklung und Umsetzung Nationales Gebäude-Sanierungsprogramm Energie Schweiz 1997/1999

• Vollzug „Das Gebäudeprogramm“ für 15 Kantone

Europäischer Solarpreis 1997

GV 2011 vom 18. Mai 2012

Uetikon

Erlenbach

Küsnacht

Herrliberg

Hombrechtikon

Oetwil a.S.

Meilen

Zumikon

Stäfa

Zollikon

Männedorf

Stadt Zürich/EWZ

ø Schweiz

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Solarstrom in den See Gemeinden Bezirk Meilen Umfrage R. Baggenstos März 2012/Berechnung & Grafik TNC

Gesamt installierte Leistung [W/Kopf]

PV Anlagen Öffentliche Anlagen ZSSAG Anlagen

3

Agenda

• Warum darf der „Umstieg“ viel Geld kosten?

• Vergleich von zwei Investitionsstrategien: Plan A GrosskraftwerkePlan B Stromeffizienz und erneuerbare Energien

• Warum sind 20 % Solarstrom in der Schweiz unbestritten?

• Wo steht die PV Nutzung heute in Europa

• Wie hoch ist der Landverbrauch von PV?

• Wie sind die ersten 10% PV möglich? (2011 - 2018)

• Was sind die technischen und ökonomischen Herausforderungen bis 20% Solarstrom? (2019 - 2025)

• Was leistet die Einspeisevergütung KEV?

• Warum hilft uns die Ressource „Zeit“?

• Sieben Thesen zum Schluss

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Lösungsvorschlag der Stromverbundunternehmen

Der «ni

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2035

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in. 30

Mia. CHF !

Gegen die „Stromlücke“

5

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2011

Das Dilemma: Am Anfang für 25 Jahre alles voraus bezahlen?

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012

Bundesrat, NR und SR 2011 Bundesrat beschliesst Atomausstieg auf Raten • Mittwoch, 25. Mai 2011

Der Umstieg der Schweiz

7

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WWaaasssssseeerrrkkkrrraaaffftt

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Übrige,

5%

250 TWh

* Holz, Kohle, Abfall, Fernwärme & erneuerbare Energien

Endenergie-Verbrauch und Kosten 2008

CO2 ProblemAKWProblem

CO2 Anteil Gebäude

Leibstadt GösgenBeznau 1 & 2Mühle-berg

Produktion 200522.08.7 5.8 7.5

AKW, nicht erneuerbare Energien

Stro

mm

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Strom aus Wasserkraft32.8 3.2

Atomstrom

andereKraftwerke*

22.0 38% 56.6%

5.4 %

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10.0

4.20

07

Total 58.0 TWh 2005

Strom Produktion Schweiz 2005

Laufkraftwerke16 Speicherkraftwerke 19

TW

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**dddaaavvvooonnn 111...555 TTTWWWhhh KKKVVVAAA uuunnndd11...000 TTTWWWhhh nnneeeuuueee EEErrrnnneeeuuueeerrrbbbaaarrree

Total 66.3 TWh 2010

26.1 37.538.1%

3.6

9.4 8.0

2035 2050

2010

8.4

7.5?

56.4%

8.8 8.0

25.23

Aktualisiert: Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2010 BFE/UVEK

9

12%

13%

7%

5%

13%5%

30%

Beleuchtung

-7.7-6.4 SerielleElektrische

A-Geräte

ElektrischeGeräte

Wirtschaft& Verkehr

wenigerNetzverluste

wenigerPumpspeicher

Strom -2.6

-1.3

IndividuelleEffizienz-

erhöhungder Geräte

undProzesse

AEnergie

900151200

LumenWatt

h

37%50%

Ausstieg aus der Stromverschwendung?

Haushaltgeräte

Elektrowärme

Haustechnik

Büro & Unterhaltung

KMU Anwendungen

Verschiedenes

13%

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1004

2007

Netz- und A-Geräte Effizienzgewinn

-18 keine Stromverschwendung

5%Bahnen

Industrie-Motoren

10%

-19

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ETH Studie Energiezukunft Schweiz

vom 15. 11. 2011

+6

+1.6+2.5

+5.5

+4.0

+14

BR +10.4

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BR

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Swissolar vor Fukushima!

10%

Solarstrom vom SchweizerStrombedarf!

Swissolar nach Fukushima! 20%

11

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NC

201

2

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6

Energiestrategie 2050: Zubau EE / WKK

Zubau EE bis 2050: 22,6 TWh

PV 10.4 TWh

Wind 4 TWh

Geothermie 4.4 TWh

Biomasse 1.1 TWh

Biogas 1.4 TWh

ARA 0.3 TWh

KVA 1 TWh

Zubau WKK rund 2 TWh

energo 23.05.2012 Daniel Büchel, BFE

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012

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100

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500

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Rumän

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Norweg

en

Wasserkraft Andere EE PV Fossile Kraftwerke Atomkraft

Quelle: UCTE Statistik 2007/2009/IEA 2007/2010

[TWh/a]

CO2

CO2

CO2

CO2 CO2 CO2

Atom-

Aussti

eg!

Atom-

Aussti

eg!

Der Strommix in Europa

PV 4.9%

38%

60%Wasser 3%

Wind/Bio. Masse

18%

PV 5.3%

13

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6Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop

Nuclear phase out impact

New production (RES in Green)Lost production

Source: EPIA analysis

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5Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop

Newly installed capacity in 2011

EU

Source: EPIA / EWEA

3rd in 2009, 2nd in 2010,

15

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TNC PV Anlagen Lernkurve: 1989-2011 Δ 22 Jahre

Tota

l CH

F/W

p

0

5

10

15

20

25

30

9.7 10.3 8.4 8.1 6.4 4.7 5.4 4.0 2.5

2.7 2.3

1.3 1.3

0.9

0.8 0.5

0.4

0.4

17.2

11.9

8.0

3.3

2.2

1.4 0.9

0.4

0.4Mark I Mark II Mark III Freilager Sonnenhof SwissMill III AMAG ZSSAG 2011

19981989 1995

107kW

103kW

104kW

70kW

126kW

2000

16

200720051992

Module [CHF/Wp] Inverter [CHF/Wp] BoS [CHF/Wp]

200kW21kW190kW

2009

-89%

200kW

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29Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop

Price experience curve• •

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Verkäufe Photovoltaik-Module CH [kW/a]

Quelle: Swissolar/BFE Statistik 2010/IEAPVPS

2009

25 M

W

1‘800 AnlagenØ 4 - 20 kW

Total CH install. 180 MW 22.8 W/Kopf

2010

37.1

MW

100

MW

+1

2.8

W/K

op

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Quelle: BSW/BNA Statistik 2011

80.0

MW

Total D Dez 2011 install. 24‘800 MW

7.5

00

2011

+9

1.7

W/K

op

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19

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Mit der Bahn von Zürich nach München Die (PV) Dachlandschaft in Bayern …

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4Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop

Share of PV in the electricity generation

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9Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop

2011 market development in Europe

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8Bruxelles, 21 March 2012. 7th EPIA Market Workshop

Evolution of cumulative capacity in Europe

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Totale 349 m2/Kopf Zivilisations- Fläche

Rest 1‘138 m2

Verfügbares Land in der Schweiz: 5‘161 m2/Kopf

Daten BA Raumplanung 2000

10 m2/Kopf =20% CH Strom

12 TWh Solarstrom brauchen eine

Fläche von 80 km2. Das d.h. 10 m2 pro Einwohner

ca. einem 1/5 des Flächen- bedarfs für Gebäude

LandwirtschaftWaldRestSeen

=1‘589 m2

10 m2

8 Mio

Der Weg zu 20% Solarstrom

0

2'000

4'000

6'000

8'000

10'000

12'000

14'000

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

0

300

600

900

1'200

1'500

Total Leistung MWp MW/a zusätzlich

Zubau Korridor wie

D 2010/12 W/Kopf

Für 20% Solarstrom braucht es nur 12 m2 Solarzellen pro Einwohner oder 12 GWp

ø 7 km2

25

Auf 7 km2 Fläche jährlich zusätzlich 1 Milliarde kWh Solarstrom produzieren

Jährlicher Zubbau Photovvoltaik

Genutzte Flächen (km2)

Flächepro Kopf (m2)

Nennleistung(MW)

Solarstromproduktion(Mio. kWh pro Jahr)

Neubauten 1.5 0.19 215 215

Gebäudesanierungen 1.5 0.19 215 215

Weitere Bauten* 2.5 0.32 360 360

Infrastrukturanlagen 1.5 0.19 215 215

Total 7 0.89 1005 1005

* Dachflächen von Industrie-, Gewerbe-, Landwirtschhafts- und Diensttleistungsbauten

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27

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S

E

W

N 0°

S 180°

E 90°W 270°

Warum ist der Himmel tolerant zu gebäudeintegrierter Photovoltaik?

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201

2

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100%

Südabweichung ± 30 Grad = 90% Ertragmax. um 9/15 Uhr

70%

90%90%

Thomas Nordmann Gesch ftsführer TNC Consulting AGThomas Nordmann Gesch ftsführer TNC Consulting AG

Warum der Himmel für Solarstrom tolerant?

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Wie funktioniert das solare Breithorn?

max.10:30 Uhr

Ost

maximum13:30 Uhr

West

Solarpreis 2011

Süden

Südabweichung ± 58 Grad = 80% Ertrag • Sun max. um 8/16 UhrSüdabweichung ± 30 Grad = 90% Ertrag • Sun max. um 9/15Uhr

31

Südabweichung ± 58 Grad = 80% Ertrag • Sun max. um 8/16 UhrSüdabweichung ± 30 Grad = 90% Ertrag • Sun max. um 9/15Uhr

© Fraunhofer ISE 33

Stromproduktion: Sonntag, den 08.05.2011

Grafik: Leipziger Strombörse EEX, http://www.transparency.eex.com/de/

Produktion von Solarstrom lässt sich sehr gut vorhersagen

Solarstrom ist hochwertiger Spitzenlaststrom

Solarleistung bis zu 13,5 GW

33

Warum sind die ersten 10% PV möglich? (2011 - 2018)

• Wir haben bereits einen Strom-Mix 60% Wasserkraft Deutschland nur ca. 3%!

• Die Solarstrom Produktion ist 24h im Voraus heute schon in Stundenschritten planbar (ERFA Deutschland)

• Der Tag-Nacht-Ausgleich ist bis 10% PV dank 60% Wasserkraft machbar

• PV Anlagen mehr nach Südwesten ausrichten …

• Lastspitze im Winter abbauen – Ersatz der Elektroheizungen Vollwärmeschutz und WP

• Ausbau der Netzebene 3 - 7

© Fraunhofer ISE 35

Prof. Dr. Volker Quaschning

Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000PV Wind (Offshore)Wind (Onshore) GeothermieBiomasse WasserkraftMittel- und Spitzenlast

MW

Mo Di Mi Do Fr Sa So

Mittel- und Spitzenlast

PV

Verlauf der Stromversorgung, künftige Entwicklung

6

Woche im Frühjahr 2020, 70 GW PV, 10 % Solarstromanteil ist 2012 24.8 GW

35

Fig. 13Verlauf des Speicherinhalts (Stand Ende Monat)

Fig. 13Variation du contenu des bassins d’accumulation (à la fin du mois)

Schwankungsbreite der hydrologischen Jahre 1972/1973–2009/2010

Ecarts au cours des années hydrologiques 1972/1973–2009/2010

S O N D J F M A M J J A S0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2009/2010

%

Füllgrad der Schweizer Speicherseen 1972 - 2010

Speichervermögen 8.7 TWh = 13%der 66.3TWh Landesproduktion 2010

trocken nass

2.4 TWh

Quelle: Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2010 BFE

mit Solarstrom

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• TN

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011

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A

B C

C

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D

Sonnen Einstrahlung

< 1‘200kWh/m2

>1‘200kWh/m2

< 36% Winter D B

> 36% Winter C A

Quelle: TNC Projekt Studie für BFE: PV Schallschutz Anlagen im Schweizer

Verkehrsnetz. Publiziert 8.9.1988 !

Sonnen Einstrahlung in der Schweiz

A13

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1

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Warum Solarstrom auf Wasserkraftwerken?

120 km2

© H

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2012

Gemeindeveranstaltung Marmorera 3. 7. 2012

einachsig zweiachsig

Globalstrahlung in kWh/m2/Jahr auf Marmorerasee GR

1‘985 2‘026Be

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201

2

1‘100 kWh/m2a Mittelland CH

1‘700 kWh/m2a Spanien

1‘700 kWh/m2a Sihlsee nachgeführt

2‘000 kWh/m2a Schweizer Alpen nachgeführt

Globalstrahlung in ø kWh/m2/aim VergleichSpanien - Schweiz

2‘000 kWh/m2a Spanienohne Nachführung

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• TN

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Speicher Kraftwerke

Höchstspannung(220/360 kV)

Hochspannung(110 kV)

Mittelspannung(6 - 30 kV)

Niederspannung(<1 kV)

Grosskraftwerk Offshore Windpark

Windpark

Windanlage

kleine PV Anlage

PV Anlage Park

+ -

Batteriespeicher Li-Ionen

+ -

HydroSun™

Einbindung von HydroSun™ PV Anlagen in`s Verbundnetz

Pumpspeicher

⤵-15%

-6%

Produktion Zwischen Speicher Verbraucher

(Schwerindustrie)

Industrie/Gewerbe

Wohnen/KMU

⤵-25%

41

Was sind die technischen Herausforderungen bis 20% PV? (2018 - 2025)

• Mehr PV Produktion im Winterhalbjahr > 40% Ertrag im Winter mehr Anlagen im Alpenraum.

• PV-Spitzenproduktion mit Smart Grid abregeln (-3%)

• WKK El. WP – Gas Spitzen Kraftwerke?

• Vorhandene Pumpspeicherkraftwerke und Anlagen im Bau sind ausreichend!

• Ausbau der Netzebene 1 - 2 notwendig.

• aber auch elektrische Speicherung (Lithium Batterien?) z. B ABB/EKZ

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20111971 2050

+ 40 Jahre- 40 Jahre

40 Jahre Vor und ZurückWarum hilft uns die Ressource „Zeit“ in der Diskussion mit den Zauderern?

43

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Warum hilft uns die Ressource „Zeit“?

40 Jahre2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

2030 2029 2028 2027 2026 2025 2024 2023 2022 2021

2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040

2041204220432044204520462047204820492050

⤵

⤵

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⤵

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Microsoft Gründung:4. April 1975Redmond, USASteve Ballmer, CEOMitarbeiter:ca. 90.412 (2011)Umsatz:69,94 Mrd. USD (2011)

-37 Jahre45

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Bau des ersten Sonnenkollektor-Prüfstand der Schweizam EIR (PSI) Würenlingen 1975

-37 Jahre

Informatik„PDP 11“

LochstreifenLochkarten

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Die Anfänge der Solar Energie Forschung in der Schweiz 1975 auf Diorit in Würenligen

Erster Sonnenkollektor-Prüfstand der Schweiz am EIR (PSI) Würenlingen 1975

-37 Jahre

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Apple Gründung 1976Cupertino, USATimothy D. Cook (CEO)Mitarbeiter: 60.400 (2011)Umsatz: 108,2 Mrd. USD (2011)Hardware- und Softwarehersteller

-36 Jahre

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-23 Jahre

http://www

Das Web entstand 1989 als Projekt am CERN bei Genf (Schweiz), an dem Tim Berners-Lee ein Hypertext-System aufbaute. Das ursprüngliche Ziel des Systems war es, Forschungsergebnisse auf einfache Art und Weise mit Kollegen auszutauschen.

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A13 bei Chur Oktober 1989 -23 Jahre

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Erneuerbarer Strom Förderung in Europa:

Wo? Wie?

EEGKEV

Handelbare grüne

Zertifikate

Investitions Förderung

Steuer-Anreize

MWp PV 2009

Quelle EPIASolargenration 6

Report 2011

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NC

2012

0

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Deutschland Umlage SchweizSchweiz max. möglich CH alle KEV Anmeldungen 2011[Euro ¢/kWh]

1 € = 1.20 CHF

KEV Umlage in Deutschland und der Schweiz 2003 - 2012

Kostendeckende Einspeisevergütung (KEV):Wirksame und kostengünstige Förderung

• Im CH-Schnitt bis 2017: Solarstrom unter 20 Rp. pro Kilowattstunde

• 20% Solarstrom: Umlage der Mehrkosten gegenüber Marktpreis von 7-8 Rp./kWh belastet die Konsumenten mit weniger als 10 Fr. pro Haushalt und Monat

• Nach 25 Jahren KEV-Vergütung liefern die Anlagen nochmals ca. 10 Jahre lang fast kostenlos Strom

KEV ohne Deckel als zentrale Forderung an Energiestrategie 2050

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Ihr Strompreis in St. Gallen (2013)Quelle: Eidgenössische Elektrizitätskommission ElCom

Netzbetreiber: St. Galler StadtwerkeH4 = 4'500 kWh/Jahr: 5-Zimmerwohnung mit Elektroherd und Tumbler (ohne Elektroboiler)

KEV in St. Gallenbei H4 0.45 Rp/kWh20.25 Fr/Jahr und Haushal

20.57 Rp/kWhCHF 925.65/Jahr

Strom Kosten925.- CHF/Jahr

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0

5

10

15

20

25

HeizölGasStromUnterhaltMiete

Für was brauchen wir unser Einkommen?Landesindex der Konsumentenpreise (Bundesamt für Statistik • Gewichtung 2010)

Wohnen & Energie Hausrat/HaushaltGesundheit VerkehrTel Komunikation Freizeit & KulturRestaurant/Hotel Nahrugsmitel & GetränkeBekleidung/Schuhe Übriges

SBB = 5%

Wohnen & Energie

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Update: BR/UVEK am 28.9.2012• Den Stromverbrauch ab 2020 stabilisieren

• Verbot von neuen AKW Strombedarf stabilisieren

• Sparzwang für Stromverkäufer „Weise Zertifikate“

• Nutzung von erneuerbarer Energie fördern

• KEV ohne Deckel • nur PV mit Kontingent 50 MW/a N.B: PV ist 2011 = 100 MW

• Konflikt mir dem Naturschutz wird verschärft: Mehr Wassser-, Wind - Kraftwerke und Hochspannungs-Leitungen (Netzausbau 7? oder 1 - 5?)

• Bis 2050 wird eine Halbierung des Energieverbrauch angestrebt

• CO2-Abgabe erhöhen (nur Brennstoffe!)

• 450 Millionen/Jahr für Gebäudesanierungen

• CO2-Ausstoss für neue Autos ab 2015 130 g/km. Ab 2021 max. 95 g/km Das 3 bis 4 -Liter-Auto wird damit langfristig zur Pflicht

Schneller PV-Ausbau oder neue Gaskraftwerke?

Gas-kraftwerke

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[ Watt/Kopf ]

2025

bis 10% bis 2020

= 180 MW PV bis 2011

Summe 25 GW

+ 7.5 GW

Deutschland Plan 70 GWp

Schweiz PV Total 12 GW

Der Umbau unsere Stromversorgung bis 2025

= 4% PV Strom 2011

= 8% PV Strom Anteil 2011

Solarstrom20% vom CHStrombedarf!

∑ 12,5 GW

BSW Prognos

geplante weitere 2.03 GW

2011

2011

PV

Pump-speicher

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Summe 6.6 GW

zum Vergleich AKW Summe 3.26 GW!

Leistung Pump Speicher 4.1 GW

Vorh. & Bau für 4.6 Mia. CHF

2011

Bayern Total 2011 = 8. GW

+ 1.74 GWPV

PV

PV

= 4.4 % PV Strom 2011

Summe 856

bis 2010 + 2011 2020 - 2025Vorh & Bau geplant

PhotovoltaikPumpspeicher CH

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2. Klasse Zürich - Bern <> SFr. 92.–1. Klasse Zürich - Bern <> SFr. 152.–

Das Solarstrom Dilemma: Am Anfang für 25 Jahre alles selber bezahlen?

1. Klasse 4‘850.- x 25 Jahre =SFr. 121‘250.–2. Klasse 3‘100.- x 25 Jahre =SFr. 77‘500.–

SBB

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Sieben Thesen• Montag

Beim Umstieg gibt es 2035 in der Schweiz keine Stromlücke von 30 TWh. Ohne Plan A starten wir bei Plan B mit einem Bonus von 35 Mia. CHF

• DienstagAuch bei 20% Marktanteil hat PV auch in der Schweiz kein Flächenproblem.Die Gebäudehülle Schweiz ist der wichtige Teil der Lösung! (48m2 + 9m2/Kopf)

• Mittwoch PV Produktion auch im GW Bereich ist für die EW`s auf 24h ± 5% genau planbar (Fahrplan

• DonnerstagBis 10% PV ist die Tag-Nacht Verlagerung dank der Wasserkraft leicht machbar.

• Freitag Die Sommer-Winter-Verlagerung braucht >10% PV weitere Massnahmen: Mehr Anlagen im Alpenraum, Ersatz Elektroheizungen, PV-Spitzen abregeln (-3%) und Pumpspeicher einsetze

• Samstag60% Strom aus Wasserkraft in Kombination mit Stromeffizienz und 20% Solarstrom sind dietragenden Säulen der Stromproduktion ab 2025.

• Sonntag100% Erneuerbar ist ökonomisch und technisch die bessere Lösung Die Vorfinanzierung zusammen mit dem politischen Willen sind die Herausforderungen.