Rückblick: Jahresanlass Energietechnologien

Die Aargauer Wirtschaft leistet einen gewichtigen Beitrag zur Umsetzung der Energiestrategie 2050. Am Jahresanlass des Schwerpunkts Energietechnologien und Ressourceneffizienz der Hightech Zentrum Aargau AG in Brugg präsentierten 12 Unternehmen ihre Lösungen. Keynote-Referent Prof. Christophe Ballif betonte, das Zeitalter der Solartechnik habe erst begonnen.

Der Aargau ist der Stromkanton der Schweiz, nicht nur von seinem Produktionsanteil her: Die Aargauer Wirtschaft hat auch dort viel zu bieten, wo es darum geht, die Schweiz in die Energiezukunft zu führen. Das Hightech Zentrum Aargau (HTZ) bot einem Dutzend Unternehmen aus dem Kanton – vom jungen Start-up bis zur Konzerntochter – die Möglichkeit, ihre Produkte, Dienstleistungen und Projekte zu präsentieren. Das Gros dieser Unternehmen hat im Rahmen von Forschungsprojekten bereits erfolgreich mit dem HTZ zusammengearbeitet. Einige von ihnen wurden auch vom Forschungsfonds Aargau finanziell unterstützt. Der Leiter des HTZ-Schwerpunkts Energietechnologien und Ressourceneffizienz, Dr. Peter Morf, erinnerte an das übergeordnete Ziel der Dekarbonisierung: Bis zum Jahr 2050 soll der CO₂-Ausstoss netto null betragen. Die neue Energiestrategie basiert auf drei Pfeilern: Verzicht auf Kernenergie, Steigerung der Energieeffizienz und Ausbau der Erneuerbaren Energien.

Breiter Themenbogen
Der thematische Bogen des gut besuchten fünften Energie-Jahresanlasses des HTZ war breitgespannt. Sämtliche Unternehmen richteten den Hauptfokus auf die Nutzung von Erneuerbaren Energien. Regionale Stromversorger und Netzbetreiber erörterten Geschäftsmodelle für die dezentrale Energieversorgung und thematisierten Chancen und Risiken, mit denen sie bei der Neugestaltung ihrer Produktpalette konfrontiert sind. Präsentiert wurden neuartige Speicherlösungen und Wege zur Optimierung des Energieeigenverbrauchs. Als Basis der Energieversorgung bietet die gebäudeintegrierte Photovoltaik grosses Potential. Um eine Aargauer Entwicklung handelt es sich auch bei jenem Motorentyp, mit dem sich aus Niedertemperaturabwärme Strom gewinnen lässt. Am Energie-Jahresanlass wurde auch über die ersten Tests mit einem Quartierspeicher informiert, der auf einer Tesla-Batterie basiert und mit Solarstrom gespiesen wird.

Aktuelle Erfolgsmeldungen
HTZ-Schwerpunktleiter Morf konnte auch zwei topaktuelle Informationen bekanntgeben. Der Freiämter Maschinenbauer Urs Giger hat in Polen einen „Letter of Intent“ unterzeichnet, um dort einen neuartigen Antriebsstrang für Windenergie-Anlagen bauen zu können. Als Investor engagiert sich die japanische Mitsui-Gruppe. Der zweite Fall betrifft ABB Schweiz: Deren Bereich Antriebe startet diese Woche im Werk Turgi mit der Produktion eines neuen Typs von Batteriemodulen für Schienenfahrzeuge und Elektrobusse.

Grosses Potential der Photovoltaik
Keynote-Referent Prof. Christophe Ballif ist Träger des Becquerel-Preises, der als „Solartechnik-Nobelpreis“ gilt. Ballif ist Direktor des Photovoltaik-Centers CSEM in Neuenburg und leitet auch das Photovoltaik-Lab an der EPFL in Lausanne. Er bezeichnete die Photovoltaik als „tragende Säule der Energiezukunft, im Aargau, national und weltweit“. Das Zeitalter der Solartechnik sei erst angebrochen. Das Entwicklungspotential dieser Technologie sei bei weitem nicht ausgeschöpft und die Bandbreite der Anwendungen gross. Die Schweiz sei sowohl im universitären und Hochschulbereich als auch in der Wirtschaft gut positioniert, um von der Photovoltaik zu profitieren. Schätzungen gehen dahin, dass die weltweit installierte Solartechnikkapazität von aktuell rund 600 Gigawatt bis zum Jahr 2030 auf zwei bis drei Terawatt steigen wird, das heisst sie dürfte um den Faktor vier bis fünf zunehmen. In vielen Ländern, so führte Ballif aus, sei Photovoltaik bereits heute die günstigste Energiequelle. Alternativen auf der Basis von Erdöl seien 15- bis 20-mal so teurer.

Der Leiter des Schwerpunkts Energietechnologien und Ressourceneffizienz des HTZ, Dr. Peter Morf, skizzierte den grossen Kontext der Schweizer Energiezukunft: Bis in 30 Jahren, d.h. nach Umsetzung der Energiestrategie 2050, soll der CO₂-Ausstoss auf netto null gesenkt werden. Ausstieg aus der Kernenergie, Steigerung der Energieeffizienz und Ausbau der Erneuerbaren Energien sind die drei Pfeiler der neuen Strategie. Das künftige Energiesystem wird eine dezentrale Struktur aufweisen. Die Schweiz ist heute kein Energieselbstversorger. Im Rahmen der nötigen fundamentalen Neuausrichtung muss das Potential an Erneuerbaren Energien wesentlich stärker als bisher ausgeschöpft werden.

Photovoltaik: Die tragende Säule
Keynote-Referent Prof. Christophe Ballif, Direktor des Photovoltaik-Centers CSEM in Neuenburg sowie Direktor des Photovoltaik-Labs an der EPFL in Lausanne:

Photovoltaik sei die tragende Säule der Energiezukunft – im Aargau, in der Schweiz und global. Das Zeitalter der Solartechnik hat erst begonnen. Das Entwicklungspotential ist bei weitem nicht ausgeschöpft. Die Bandbreite der Anwendungen („vom Wasser bis in die Luft“) ist gross. Die Schweiz ist technologisch sehr gut positioniert.

Die weltweit installierte Photovoltaik-Kapazität betrug Ende 2018 über 510 Gigawatt (GW). 2019 dürften 125 bis 130 GW (oder 700 km²) hinzukommen. Um 2030 dürfte die Marke von zwei bis drei Terawatt (TW) erreicht werden. Bereits im laufenden Jahr wird Europa an der Spitze von China abgelöst. In der Schweiz waren Anfang 2019 2,1 GW installiert (3,1 Prozent des jährlichen Stromverbrauchs). Die Energiestrategie des Bundes sieht für die nächsten 20 bis 30 Jahre vor, dass 12 bis 15 GW installiert werden.

Photovoltaik ist bereits heute in vielen Ländern die günstigste Energiequelle. Alternativen auf der Basis von Öl sind 15- bis 20-mal so teurer. Die Entwicklung geht weiter: Photovoltaik-Module werden in zehn Jahren (2029) schätzungsweise 40 Prozent günstiger und mindestens 20 Prozent effizienter sein als heute.
Eine Investition in Solar-Panels mit 50 GW für 30 Jahre Energie kostet aktuell 12,5 Milliarden Franken. Ebensoviel kostete es, für zwei Jahre Erdöl zu beschaffen.

Dezentrale Energieerzeugung
David Gautschi, Leiter Erneuerbare Energie der AEW Energie AG, Aarau:

Der Stromversorger, Netzbetreiber und Dienstleister weist mit Blick auf die eigenen Erzeugungsanlagen und Beteiligungen eine fortgeschrittene Dezentralisierung auf. Wasserkraft bleibt in absehbarer Zukunft der Hauptpfeiler. Sie wird ergänzt durch den Zubau von Photovoltaik (in Kombination mit Speichern). In geringerem Umfang leisten Wind und Biomasse einen Beitrag an den Stromverbrauch im Winterhalbjahr. Die Integration der Photovoltaik-Anlagen in das bestehende Netz ist unproblematisch. Dasselbe gilt im Prinzip für Biomasseanlagen. Für die Abnahme der thermischen Energie braucht es allerdings Wärmeverbunde. Nur auf dieser Basis können die Anlagen wirtschaftlich betrieben werden. Bei der Windenergie stellen die langwierigen Bewilligungsprozesse und politische Unwägbarkeiten gewichtige Handicaps dar.

Photovoltaik am Gebäude
Reto Miloni, Inhaber und Leiter der Miloni Solar AG, Baden-Dättwil:

Das Solartechnikpotential („low hanging fruit“) wird noch viel zu wenig ausgeschöpft. Der installierten Photovoltaik-Leistung von zwei TWh ist das Potential von 67 TWh gegenüberzustellen. Soll der Zubau im nötigen Mass, d.h. mindestens um den Faktor fünf, erhöht werden, müssen auch die Gebäudefassaden einbezogen werden. Zu den Herausforderungen gehört die saisonale Energiespeicherung. Effizienz und erneuerbare Energieproduktion an Gebäuden müssen auch für Metropolen verbindlich gemacht werden. Anlagentechnisch gilt den Schnittstellen zu den Peripheriekomponenten ein besonderes Augenmerk – in einer Zeit, wo das Geld nicht mehr „in der Solarzelle steckt“. Es gilt „unzeitgemässe regulatorische Hürden“ zu beseitigen.

Strom aus Niedertemperaturabwärme
Dr. Nikolaus Vida, CEO und Gründer der Swiss Blue Energy AG, Bad Zurzach:

Ein besonderes Instrument zur Energiegewinnung ist der Thermo-Magnetische Motor (TMM). Dieser Motor wandelt einen Teil der in der Temperaturdifferenz zweier Wasserströme enthaltenen thermischen Energie in elektrische Energie um. Der Schlüssel zur Technologie liegt in der Temperaturumschaltung innert Millisekunden. Als Energiequelle kommt bisher ungenutzte Niedertemperaturwärme unter 80 Grad Celsius in Frage. Dabei kann es sich um industrielle Abwärme handeln, um Photovoltaik-Hybrid-Systeme, Geothermie oder konventionelle Kraftwerke. Das weltweite Potential an industrieller Abwärme ist beträchtlich. Ein Konzeptdemonstrator befindet sich seit Anfang 2017 im Dauertestlauf.

Strategien der Natur
Beat Lehmann, CEO Power-Blox AG, Frick:

Die Maxime lautet: „Mit Strategien der Natur zum hochsicheren Stromnetz.“ Im Ansatz setzt dieses KMU auf die natürliche Schwarmintelligenz. Das Resultat heisst „Power-Blox“. Eine modulare Solarbatterie, die beliebig skalierbar ist, von einer Einheit bis zu einer Stadt („Swarm-Grid“). Überall, wo noch kein Netz besteht, sind Schwarmnetze geeignet. Zu den Referenzkunden gehört die DEZA, die Direktion für Entwicklung und Zusammenarbeit des Bundes, die in Katastrophensituationen auf diese Ad-hoc Mini-Grids setzt. Die Elektrifizierung eines Dorfes in Afrika mit acht bis 12 Power-Blox lässt sich innert nur drei Tagen realisieren.

Aktives Heizungs-Management
Felix Hug, CEO Electrojoule Erneuerbare Energiesysteme AG, Aarau:

Hier stehen jene Potentiale im Mittelpunkt, die mit aktivem Heizungs-Management ausgenützt werden können (was schon vor Jahren möglich gewesen wäre). Im besonderen geht es um die Analyse von Heizungen in Mehrfamilienhäusern. Daraus wurde ein „Business Case“ gemacht. Die Kosten lassen sich um den Faktor zehn senken. Bei der Einstellung geht es um die Optimierung des Verbrauchs und Verminderung des CO₂-Ausstosses. Beim Betrieb geht es um Wartung „on demand“ und um die Meldung von Störungen. Im Sanierungsfall ist datenbasierte Dimensionierung gefragt.

Regionaler Energieversorger
Dr. Hans-Kaspar Scherrer, CEO Eniwa AG, Buchs:

Für das Verbundunternehmen, das Aarau und rund 30 Gemeinden versorgt, besteht eine Herausforderung darin, selber zusätzliche erneuerbare Energie zu erzeugen (Anteil rund 51 Prozent). Zu den jüngeren Angeboten gehört das Dienstleistungsportfolio für integrale Areale. Für das Pilotprojekt „Im Erlifeld“ in Unterentfelden soll bis Ende 2019  eine „intelligente Abrechnungslösung“ funktionsreif sein. Teil des Pakets ist ein Batteriespeicher, der mit einer Photovoltaikanlage und einem Lastmanagement kombiniert ist. Der Speicher nimmt nichtverbrauchten Solarstrom auf und verringert die maximale Bezugsleistung. Nur in Niedertarifzeiten erfolgt die Ladung über das öffentliche Stromnetz. Im Projektstadium befindet sich „E-Cargovia“, ein Elektromobil-Sharing-Angebot für die Region.

Innovative Energiespeichersysteme
Ernst Roth, Bereichsleiter Antriebe, ABB Schweiz AG, Baden/Turgi:

Weltweit geht heute ein Drittel der gesamten Elektrizität in Bewegungsleistungen. Die Nachfrage nach Elektromotoren wird sich bis 2040 schätzungsweise verdoppeln. Elektrische Antriebe sind aktuell rund viermal so effizient wie fossile Alternativen. ABB ist in der Elektro-Antriebstechnik führend. Grosses Wachstumspotential bieten der Schienenverkehr, E-Busse und die CO₂-freie Logistik wie z.B. elektrifizierte Lastwagen. ABB hat als Ergänzung zum Antriebsstrang auch Batteriesysteme für Eisenbahnen und Busse im Fokus. An diese Systeme werden 20-mal so hohe Anforderungen gestellt wie an Elektroautos. Nach rund zwei Jahren Entwicklungsarbeit erfolgt Ende Oktober 2019 im stark digitalisierten Betrieb Turgi der Fabrikationsstart für einen neuen Typ von Batteriemodulen. Unterstützung leistete auch das Hightech Zentrum Aargau.

Tesla-Speicher im Quartier
Christian Gerber CEO, und Claudia Widmer, Teamleiterin Services, EWS Energie AG, Reinach:

Das regionale Versorgungsunternehmen will im Zusammenhang mit Speichertechnologie Erfahrung sammeln und Kompetenz aufbauen. Über einen Tesla-Akkuspeicher für Solarenergie wird ein ganzes Quartier (15 Einheiten) versorgt. Mit Unterstützung des Hightech Zentrums Aargau wurde eine Machbarkeitsstudie durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Speicheranwendungen untersucht und die Standortfrage abgeklärt. Im Frühling 2018 wurde das Tesla-Powerpack mit einer Lade- und Entladeleistung von 50 kW und einer Kapazität von 210 kWh angeliefert. Seit Juli 2018 ist die Anlage in Betrieb. Dabei geht es um die Optimierung des Eigenverbrauchs. 2019 wurde eine Projektarbeit gestartet. Ziel ist ein Vermarktungsmodell, das ab 2020 eingesetzt werden kann, und eine eigene Lösung für die Steuerung der Batterieanlage.

Unabhängiger Systemdienstleister
Gregor Martinovic, CTO, und Urs Seeholzer, CEO, Virtual Global Systems AG, Aarau:

Systemdienstleistungen sind jene digitalen Hilfsdienste, die Netzbetreiber zusätzlich zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie erbringen. Die Virtual Global Systems AG (VGLSY) erhielt 2015 von Swissgrid die Zulassung für die Tertiärregelung. Zu den Produkten der VGLSY gehören Geräte zur Selektion, Steuerung und Regelung von dezentralen Einheiten. Das Unternehmen nutzt Technologie, um bei grösseren Endverbrauchern und dezentralen Erzeugern die regelbaren Flexibilitäten zu poolen. VGLSY ermittelt z.B. die optimale Kapazität eines Batteriespeichersystems und das resultierende Einsparungspotential. Die Anlagenbetreiber stammen aus diversen Branchen. Das Spektrum reicht von Batterien, Notstromaggregaten und Wärmepumpen über Biogas- und Solaranlagen bis zu den diversen Arten von Kraftwerken. Aktuell bilden 272 Anlagen mit einer Leistung von 308 MW das virtuelle Kraftwerk.

Optimierter Eigenverbrauch (I)
Dr. Andreas Kuhn, Inhaber, Solar Manager, Muri:

Im Zentrum steht die Optimierung des Eigenverbrauchs an Solarenergie. Beim entsprechenden Tool „Solar Manager“ handelt es sich um eine Eigenentwicklung. Die Optimierung macht für den Stromkunden wirtschaftlich Sinn und trägt zur Minimierung der Netzbelastung bei. Grundsätzlich sind keinerlei technische Hilfsmittel erforderlich. Es genügt, die Verbraucher zur richtigen Zeit einzuschalten – möglichst in Zeiten, in denen Solarstrom vorhanden ist. Besitzer bzw. Bewohner von Einfamilienhäusern und kleinen Mehrfamilienhäusern bilden das Zielpublikum. In der Wahl der Geräte ist der Kunde frei. Bei der Entwicklung des „Solar Managers“ waren der Forschungsfonds Aargau und die FHNW involviert. Der Firmengründung ging der Bau einer privaten Photovoltaik-Anlage voraus. Derzeit sind 100 Kunden auf der Plattform.

Optimierter Eigenverbrauch (II)
Prof. Dr. David Zogg, Gründer und Inhaber Smart Energy Control AG, Brugg:

Auch die Smart Energy Control AG peilt die Optimierung des Eigenverbrauchs an. Als Projektpartner sind das Hightech Zentrum Aargau und das Bundesamt für Energie BFE involviert. Bei diesem System erhält Strom eine Farbe, z.B. Grün für Solarstrom. Damit soll ein Anreiz zur Nutzung dieser Energieform geschaffen werden. Seit Frühling 2019 läuft ein Pilotprojekt in Möriken-Wildegg. Es umfasst eine Strombörse mit Echtzeit-Preissetzung, vier Gebäude mit je einer Photovoltaik-Anlage und Wärmepumpe, E-Mobil-Ladestationen mit intelligentem Lastmanagement und rund 70 Haushaltgeräte, die solaroptimiert gesteuert werden. Die individuelle Erfassung des Eigenverbrauchs erlaubt die verursachergerechte Abrechnung.

Visualisierung von Windanlagen
Rajan Wegmann, Gründer und Inhaber, Echtzeit GmbH, Oberrohrdorf:

Dieses Start-up wurde vor dem Hintergrund der neuen Energiestrategie gegründet. Das erste Projekt heisst „AR-Wind“: „AR“ steht für Augmented Reality, womit die Erweiterung der realen Welt um virtuelle Inhalte umschrieben wird. Hier ging es um die visuelle Darstellung von Windturbinen. Auf diese Weise wollte man den Stimmbürgern in Bilten/Glarus Nord eine neutrale Entscheidungsgrundlage für oder gegen den projektierten Windpark geben. Auch dieses Projekt wurde vom Hightech Zentrum Aargau unterstützt.