Electrosuisse Expert Talk

Marcel Stoeckli, Elektroingenieur ETH bei Electrosuisse, begrüsste die Zuschauenden und moderierte den Expert Talk.

Wasserkraft nach dem Runden Tisch – wann folgt der erste Spatenstich

Andreas Stettler, Geschäftsführer des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbands, zeigte uns auf, wie man am runden Tisch divergierende Interessen zwischen Branche (technische Energieerzeugung), Kantonen (wirtschaftliche Interessen im Wasserrecht) und Umweltverbänden (Schutzgüter) durch Abwägen auf tragfähige Kompromisse entwickelte. Die Ist-Produktion 2020 von 36 TWh soll mit 15 Projekten um rund 3 TWh zusätzlich ausgebaut werden, davon rund 2 TWh zusätzlich steuerbare Winterproduktion. Über die Hälfte davon basieren auf den drei grössten Kapazitäten Gorner (650 GWh, Erweiterung mit neuer Staumauer), Grimselsee (240 GWh, Staumauererhöhung) und Trift (215 GWh, Neubau zur Ergänzung eines bestehenden Systems). In den weiteren 12 Projekten finden sich noch zwei Neubauten (Chummensee, Oberaletsch), der Rest basiert auf Erweiterungen mit Staudammerhöhung. Am Grimselsee, wo die bisherige Staumauer gerade neu gebaut wird und schon auf die Erhöhung vorbereitet ist, gab es Beschwerden, die einen ersten möglichen Spatenstich frühstens 2027 erwarten liessen und damit erste Inbetriebnahmen frühstens 2031.

Stolpersteine der Elektroplanung in Wasserkraftanlagen

Roger Belser von der Kasper Belser Elektroplanung und Installation konnte im Verlauf seiner bisherigen Berufskarriere bereits einige grössere Kraftwerksprojekte begleiten. Dabei waren ihm vor allem fünf grössere Stolpersteine aufgefallen, auf die er für die nun herannahenden Projekte sensibilisieren wolle. Er zeigte als erstes, wie Losaufteilungen und Subsystemgruppen über eine durchgängige übergeordnete Netzberechnung als Gesamtsystem geführt werden sollten. Zweitens lohne es sich, diese Durchgängigkeit auch beim Kabelmanagement sicherzustellen (Tragsystemvolumina, Belegung, EMV, Kabellängen). Drittens kämpften internationale Lieferanten und Dienstleister oft mit Unkenntnis zu spezifischen nationalen Normen und Kalkulationspraktiken, dem müsse man mit Information entgegentreten. Viertens würden Logistikaufwendungen im Untertagbau oft unterschätzt oder ungenügend einkalkuliert (Personalrekrutierung, Instruktionen/Schutzausrüstung, Sicherheitskonzepte). Als letzten Punkt erwähnte er einen Knowhow-Mangel für die DC-Stromversorgung (Batteriebetrieb, Schutzsysteme, Lieferbarkeit Betriebsmittel). Wenn man diese und weitere Risiken evaluiere, könne man adäquate Gegenmassnahmen treffen, die Projekte präzise ausschreiben und die Ausführungsqualität überwachen. Als wichtigsten Punkt empfahl er die sorgfältige Zusammenstellung eines unabhängigen und beständigen Elektroplanerteams möglichst aus mehreren Unternehmungen.

Dieser Expert Talk wird am 10. September 2024 auf Deutsch wiederholt. 

Retour sur l’Expert Talk consacré à l’approvisionnement énergétique

Karin Schröter, Ingenieurin bei Electrosuisse, begrüsste die Zuschauer und moderierte den Expert Talk.

Mehr Strom aus Wärme

Andyn Omanovic, CEO von etavalve GmbH zeigte, wie man Abwärme rückverstromen kann, welche unsere Industrie in riesigen Mengen als Nebenprodukt bereitstellt. Allein in der EU sind das über 900 TWh jährlich, womit sich über 110 Mio. EFH mit einem Marktwert von 43 Mrd. CHF beheizen lassen würden. Klassisch werden bei der Wärmeverstromung Gasturbinen eingesetzt, in denen die mit Abwärme erhitzte Luft die Turbine antreibt. Für einen hohen Wirkungsgrad werden hier allerdings Temperaturen von über 1000 Grad Celsius benötigt. In dem alternativen Kolbenprozess kann ein patentiertes variables Kolbengetriebe dynamisch an den Leistungsbedarf sowie die verfügbaren Temperaturen angepasst werden. Dies erlaubt schon bei tieferen Temperaturen einen deutlich erhöhten Wirkungsgrad und kann Leistungsbereiche von 100 kW bis 5 MW mit Temperaturen von 500 bis 900 Grad bedienen. Eine sehr empfehlenswerte Anwendung finden wir bei der CO2-negativen Herstellung von Pflanzenkohle (Pyrolyse). Das zugehörige Biomassepotential in der Schweiz liegt dafür bei rund 300-400 Anlagen. Mit IWB wird nun eine 100 kW Pilotanlage angestrebt, welche nach 8 Betriebsjahren und einem Strompreis von 25 Rappen / kWh einen ROI von 150% liefern soll.

Organische PV-Module (DSC) – eine versuchte Markteinführung

Thomas Friesen, CTO von Kromatix SA, beschäftigt sich mit der Herstellung von siliziumbasierten farbigen PV-Modulen für Gebäudefassaden. Am Expert Talk gab er jedoch Einblicke in die Markteinführung von Organischen PV-Modulen im Zeitraum von 2015 bis 2020, welche Professor Grätzel bereits 1991 an der EPFL erforschte (Thema: photosensible Farbstoffe). Diese Technologie erreicht heute Wirkungsgrade von 12%, obwohl theoretisch über 30% denkbar wären. Der Aufbau der Zelle ist gegenüber siliziumbasierten Modulen deutlich anspruchsvoller und eine sehr gute Abschirmung vor Umwelteinflüssen ist notwendig. Vorteile 2011 waren die günstige und energiearme Herstellung (Siebdruck) – seither sind die Produktionskosten mit Silizium rund zehnfach gesunken. Demonstrationsprojekte waren z.B. der Science Tower in Graz, eine Passarelle in Lausanne Ouchy oder das Gebäude Sottas in Bulle. Leider blieben Farbstoffe und Elektrolyte nicht stabil, die der Witterung ausgesetzten Zellen wurden zu rasch beeinträchtigt, was schliesslich zu einem Marktaustritt für Outdooranwendungen führte. DSC-Module werden jedoch weiterhin für energiearme Indoor-Anwendungen eingesetzt (Firma Exceger: Kopfhörer, Fernbedienungen). Als Learning für Start-Up-Gründer empfahl der Referent vor allem frühzeitige Praxistests und eine ehrliche Kommunikation über Probleme zu den Investoren.

Andreas Haas von Swissrail begrüsste die Bahnfans am flachen Bildschirm und moderierte den Expert Talk.

Elektrobusse als Teil des Energiesystems

Sandro Maciocia von Kiepe Electric aus Niederbuchsiten zeigt, wie die Elektrifizierung von Busbetrieben in eine wahre Materialschlacht ausarten kann: Dicke Kabel und grosse Transformatoren wollen angeschlossen werden. Doch es gibt elegante Auswege, so z.B. die Synergienutzung von weiteren Stromsystemen wie Bahn- Tram- und Busleitungen, welche bereits genügend hohe oder beim Bahnstrom sogar noch höhere Leistungsdichten in ihren Leitungen mitführen. Technisch betrachtet könnten in der Schweiz gut 100 Bahnhöfe für das Laden in Busbahnhöfen angezapft werden. Dadurch müsste die 50 Hz Infrastruktur vielerorts nicht oder deutlich weniger ausgebaut werden, was ebenfalls unnötige Grauenergie vermeiden helfen würde. Analoges gilt für die Berücksichtigung von 600V Netzen der Tram- und Busbetriebe. In den meisten Fällen ist diese Synergie vorerst aber noch regulatorisch blockiert: Bahnstrom ist für die Bahn als Endverbraucher gedacht und darf nicht weiterverkauft werden. Die Akteure arbeiten allerdings bereits daran, diese Effizienzchance gemeinsam mit ASTRA und BAV zu knacken.

SBB Predictive Maintenance: Messung und Diagnostik führt zu Prognostik

Marcel Zurkirchen von den SBB sensibilisiert uns, dass im Personenverkehr pro Woche «einmal die Schweiz» bewegt wird und zusätzlich täglich 180’000 Tonnen Gütertransport stattfinden. Zur Bahninfrastruktur gehören nebst Fahrzeugen auch über 3’000 Gebäude und über 3’000 Streckenkilometer. Dieser gesamte Zoo muss mit Sensorik ständig überwacht werden, einerseits nach regulatorischen Minimalvorgaben, andererseits aber auch für zusätzliche Sicherheit und Effizienz. Das Ganze darf jedoch nicht in einen unüberschaubaren Datenfriedhof münden, sondern in ein gut orchestriertes Zusammenspiel von Mensch und Maschine, welche die Bahninfrastruktur während dem laufenden Betrieb überwachen, pflegen und weiterentwickeln helfen soll. Selbstverständlich kommen dabei modernste Sensorik und Methodik bis hin zu KI zum Einsatz, als wesentlicher Erfolgsfaktor zeigt sich aber immer wieder, wie wichtig die Abstimmung solcher Systeme auf den Systemnutzer Mensch ist.

Die Dekarbonisierung von Wärme/Kältesystemen, Industrieprozessen und unserer Mobilität kann allein mit Elektrifizierung und Erzeugung aus PV und Wind nur suboptimal gelöst werden. Synthetische Brennstoffe – erneuerbar erzeugt – können helfen, unser Gesamtenergiesystem zu verbessern. Die Referenten präsentierten im Expert Talk die neusten Entwicklungen dazu. Sie vermuten, dass Importe aus dem Sonnengürtel der Erde nötig sein werden. Damit dürfte die Risikoanalyse zu langfristig politischer Stabilität in potenziellen Produktionsländern für die Schweiz wichtig bleiben.

Energieträger werden post-fossil

Christian Bach von der Empa machte einen Ausflug in die Welt der Moleküle, um aufzuzeigen, wie man Brennstoffe in nachhaltigen Kreisläufen nutzt. Diese Speicherform ist zwar nicht maximal effizient, hilft aber, in der richtigen Dosierung und in den richtigen Zeitabschnitten oder Anwendungen eingesetzt, das Gesamtsystem deutlich zu optimieren. Mit der heutigen, bereits stark fortgeschrittenen Erwärmung und der kurzen verbleibenden Zeit bis 2050 seien auch Importe nötig, da die erforderliche Menge nicht allein in der Schweiz produziert werden könne. Man müsse mittelfristig auch Wege suchen, um vorhandenes CO₂ wieder aus der Atmosphäre zu entfernen – möglicherweise auf vorindustrielles Niveau. Der Ausbau der Erneuerbaren direkt in der Schweiz bleibe jedoch weiterhin zentral, um grosse Energiemengen direkt vor Ort nachhaltig zu produzieren.

Wasserstoff als Eckpfeiler der Energiewende

Urs Cabalzar von H2 Energy zeigte auf, welche Anlagen in der Schweiz und in Europa bereits im Aufbau sind und welche Rolle diese Systemlandschaft für den Umbau spielen soll. In St. Gallen gibt es eine eher kleine 2 MW Anlage, welche mit ihrer Speicherfähigkeit ein Wasserkraftwerk optimal auszuschöpfen hilft. Mit 20 MW bereits etwas grösser ist eine im Aufbau befindliche Anlage in Wales, die 2025 in Betrieb gehen soll: Stromversorgung, Kühlung, Aufbereitung und Verdichtung zur Transportfähigkeit sind auch hier zu erkennen. Mit grosser Kelle will man in Dänemark anrichten – das Projekt Spedla soll – direkt am 400 kV Übertragungsnetz angeschlossen – 1 GW Leistung aufnehmen können, um zu helfen, das Stromnetz zu stabilisieren. Die grosse Energiemenge wird über Pipelines abgeführt. Die Inbetriebnahme ist für 2027 vorgesehen.

Die Elektrifizierung des Verkehrs birgt ein enormes Potential für dessen Dekarbonisierung. Damit ist aber nicht nur der Privatverkehr zu adressieren: Fahrzeugflotten von Betrieben, Bau- und Logistikunternehmen sowie für den öffentlichen Verkehr stellen sich zunehmend den Herausforderungen und passen ihre Mobilitätskonzepte an.

Electrosuisse hat für den elektrifizierten Individualverkehr bereits im Frühling 2023 erfolgreich das e-mobile Lade Forum ins Leben gerufen. Am 22. November folgt mit dem e-mobile Verkehrsforum ein zweites Mobilitätsformat, welches spezifisch Betriebe adressiert. Mit dem vorliegenden Expert Talk wurde die Thematik der neuen Tagung ein erstes Mal lanciert.

Automatisierte Fahrzeuge: Update aus der Schweizer F&E

Roland Scherwey, Institutsleiter an der HTA Fribourg, entführte uns mit viel Optimismus in die angewandte Forschung und Entwicklung von automatisierten Fahrzeugen: Herausforderungen als Chancen, sei es für Drohnen, Shuttles oder auch klassische Fahrzeuge, bei denen der Mensch zunehmend unterstützt oder gar ersetzt werden könne. Gesetzgebung und Regulierung hinkten den rasanten Innovationen naturgegeben hinten nach, das würde die Entwicklung aber nicht aufhalten. Am Fallbeispiel LOXO, einem Startup von Absolventinnen der HTA Fribourg, zeigte er, wie man sich künftig die automatisierte Warenzustellung auf der letzten Meile vorstellen kann. Es gäbe eine Vielzahl von weiteren Anwendungsfällen, die sich immer durch einen zentralen Aspekt auszeichnen: Interdisziplinarität – also das Zusammenführen von vielen verschiedenen Fachkompetenzen in ein Projektteam. Mit Beispielen aus der Sensorik illustrierte er diese Breite: optische und thermische Kameras, ergänzt mit Radar und optoelektronischen LiDAR Sensorsystemen. Die nachfolgende Datenverwertung dient dann der dynamischen Erkennung von Fahrspuren und Objekten in der Umgebung.

Nachhaltigkeit in der Logistik

Bernhard Guhl von Siemens Schweiz bot Einblick in die Fortschritte in der Entwicklung anhand des Logistikunternehmens Planzer. Zunächst ging er auf die Grundelemente für den Klimaschutz ein: Emissionsreduktion, erneuerbare Erzeugung, Elektrifizierung zur Effizienzsteigerung, Lastmanagement und Carbon Capture. Er zeigte, wie die Systemkomplexität in Energienetzen zunimmt und dass entsprechend verstärkt digitalisiert und automatisiert werden muss. Dieses Prinzip lasse sich auch bei der Definition eines Mobilitätssystems erkennen: Man schaffe nicht einfach Fahrzeuge und Ladestecker an, sondern plane von Anfang an ein integriertes System, das sich am spezifischen Bedarf der Flotte ausrichten soll. Es folgten Beispiele des Transportunternehmens Planzer, welches bereits ein integriertes System implementiert hat. Erkennbar wurden Mischsysteme von klassischen 22 kW Ladepunkten und Schnelladern bei 150 kW. Damit können die längeren Einsatzketten von Logistikfahrzeugen auch mit schnellen Ladevorgängen gestützt werden. Lastbezugsspitzen aus dem dahinterliegenden Versorgungsanschluss können fallweise mit Batteriespeichern gedämpft werden. Ein abschliessender Blick in die Zukunft zeigte, dass auch Roboter-Ladestationen und Wireless Charging weiterhin in Entwicklung sind.

Weiterführende Informationen:

Fachbericht Wireless Charging
e-mobile Verkehrsforum vom 22.11.2023 im Technopark Zürich
e-mobile Lade Forum vom 14.03.2024 im Technopark Zürich

Der Stand der Dinge beim Matter-Standard
Im ersten Vortrag gab Klaus Wächter, Standardisierungsmanager bei Siemens Schweiz AG, einen Überblick über die Situation etwas mehr als 100 Tage nach der Bereitstellung des Matter-Standards. Dieser wurde entwickelt, um die Interoperabilität zu gewährleisten und die Kommunikation zwischen Smart-Home-Geräten verschiedener Hersteller zu verbessern. Zwar kann Matter derzeit nur für bestimmte Gerätekategorien verwendet werden (Beleuchtung, Heizungs-, Klima- oder Lüftungssteuerungen, Schlösser, verschiedene Arten von Sensoren, Fernseher usw.), doch bieten einige Hersteller bereits neue Matter-Produkte an. Andere haben zunächst auf die Entwicklung eines Updates, einer Firmware oder eines Hubs gesetzt, der als Matter-Gateway fungiert, um die Kompatibilität von Matter-Produkten mit bereits installierten Produkten zu gewährleisten.
Klaus Wächter rät, bei der Einrichtung einer neuen Heimautomatisierungsanlage nur Matter-Produkte zu verwenden, um alle aktuellen und zukünftigen Funktionen nutzen zu können. Die Verwendung von Matter sollte in naher Zukunft auch für andere Gerätekategorien zugelassen werden (grosse Haushaltsgeräte, Staubsauger, Türklingeln, Kameras, verschiedene Sensoren, Energie- und Lademanagementsysteme usw.).

Das Verbot von Leuchtstofflampen
Im zweiten Vortrag wurde das bevorstehende Importverbot für Leuchtstoffröhren und Kompaktleuchtstofflampen (CFL) thematisiert. Denn in diesem Jahr werden Leuchtstofflampen und -röhren aus den Regalen der Geschäfte verschwinden. Was kann man also als Planer oder Verbraucher tun?
Stefan Gasser, Geschäftsführer der eLight GmbH und aktives Mitglied der SLG (Schweizerische Licht Gesellschaft), stellte fünf Lösungen sowie deren Vor- und Nachteile vor: einen ausreichenden Vorrat an Leuchtstofflampen kaufen, diese durch LED-Röhren ersetzen, alte Leuchten auf LED-Leuchten umrüsten, Leuchten durch LED-Leuchten ersetzen (Retrofit) oder eine neue Beleuchtung planen.
Sein Rat: Entscheiden Sie sich nicht für eine der ersten vier Lösungen, bevor Sie nicht die Realisierung einer neuen Beleuchtungsanlage in Betracht gezogen haben, selbst wenn Sie zunächst einen Vorrat an Leuchtstoffröhren anlegen müssen, um sich die Zeit für eine sorgfältige Planung nehmen zu können. Nur so ist es möglich, eine effektive, effiziente und nachhaltige Beleuchtung zu gewährleisten, die viele Jahre lang Freude bereitet.

Mark Wunderlich vom Energie-Engineering der Electrosuisse zeigte uns, worauf es bei der Optimierung von Energieflüssen in der Praxis wirklich ankommt: Da jedes Energiesystem sehr unterschiedlich ausgelegt ist, braucht es zu Beginn eine saubere Auslegeordnung des jeweiligen Gesamtsystems, also oft auch eine interdisziplinäre Systemanalyse. Danach wird das System in relevanten Aspekten auch messtechnisch ausgewertet (mindestens Viertelstundenwerte, mit etwas Glück ist ein Teil davon bereits vorhanden), damit je nach Zielsetzung ein quantifizierter Massnahmenplan aufgestellt werden kann. Das ganze Vorgehen wurde am Beispiel des Zoo Basel konkret illustriert. Mehr zum Energie-Engineering finden Sie auf www.electrosuisse.ch/ostral

Carina Lehmal von der TU Graz vertiefte diesen Systemblick auf einen Industriebetrieb, welcher seinen Produktionsbetrieb von gut 5 MW mit einer PV-Anlage von 8 MW ergänzen wollte. Die Regler der Frequenzumrichter sowohl beim Motor wie auch bei PV-Umrichtern werden von den Herstellern typischerweise nicht offengelegt. Also entwickelte sie eine Simulationsanlage für verschiedene auch dynamische Netzzustände, mit der sie die Stabilität des Gesamtsystems verifizieren konnte. Tatsächlich konnte so ein in Evaluation stehender PV-Umrichtertyp ausgeschlossen werden, welcher durch sein Regelungsverhalten das Industriesystem bei bestimmten Netzzuständen in eine Instabilität gebracht hätte. Der Industriebetrieb kann jetzt seine Energiekosten bei erhöhter Energieautarkie senken.

Roland Hasler von Bouygues E&S zeigte Lösungsansätze für grüne Netze: Treibhausgasbilanzen zeigen quantifizierte Handlungspotentiale, die beispielsweise bereits im Einkauf auf die Menge und Lieferkette von Materialien angewendet werden können: Alternative Baumaterialien und Anlagenkonstruktionen, SF6-freie Isoliergase und vieles mehr. Aber auch im Betrieb selbst zeigten sich Potentiale, zum Beispiel über verschiedene Betriebsarten von Transformatoren.

Noah Kim von der ETH Zürich entführte uns in eine potenzielle Alternative für Mittelstreckenflüge der Zukunft: Mit Hyperloop-Technologie könnte man mit Überschallgeschwindigkeit reisen und wäre so ab Zürich in 30 Minuten in Berlin oder in 45 Minuten in Rom. Dank Vakuumtechnologie und erneuerbarer Energieversorgung soll dies deutlich nachhaltiger gelingen, doch es gilt auch einige Hürden zu überwinden. Wo das seit 2016 aktive Team swissloop, eine Kooperation der ETH mit der Industrie, heute steht, zeigte er uns im Überblick und ging dann vertiefter auf die Aspekte der Energieversorgung des mobilen Fahrzeugs ein.

Sven Friedel, Physiker und Geschäftsführer der Schweizer Niederlassung von Comsol Multiphysics zeigte, wie verschiedene chemische Batterietechnologien über Simulationen auf Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit optimiert werden können.

Dominik Eller von der CKW baute eine erste Brücke in die Anwendungspraxis: Grossbatterien im MW-Bereich für den stabilen Netzbetrieb. Solche Systeme sind für Energieversorger wie auch für Industrieunternehmen mit grossem Verbrauch interessant.

Die zweite Brücke zur Praxis baute Torsten Berth von der Firma Haefely: Postautos sollen in Zukunft mit Solarstrom nachhaltig betrieben werden. Ein Sonnendach mit Solarzellen auf der Haltestelle füllt langsam einen stationären Batteriespeicher, der dann mittels Schnellladung innert weniger Minuten das kurz wartende Postauto betanken.

Kritische Infrastrukturen sind ein attraktives Ziel für potenzielle Angriffe und werden seit jeher mit den notwendigen physischen Vorkehrungen geschützt. Seit sie auch zunehmend digitalisiert werden, fehlt der angestammten Branche oft das notwendige Rüstzeug, diesen Schutz auch im virtuellen Raum herzustellen und aufrecht zu erhalten. Der Online Event wollte der Energiebranche konkrete Lösungswege für die Architektur und den Betrieb ihrer Systeme aufzeigen: Sascha Engel von Camille Bauer zeigte, wie man die Architektur von dezentralen Smart Grids schutzfähig aufbaut, gefolgt von Pierre-Alain Graf und Bernd Schäfer von Hitachi Energy resp. T-Systems, die als globaler Player für beliebige Netzbetreiber aus einer Hand komplette Security Lösungen vor Ort und Digital 7/24 nahtlos anbieten können. Andrina Brun von Open Systems kombinierte ihren EPFL Rucksack mit ihrer langjährigen IT-Berufserfahrung in gesicherten IT-Netzwerken und verdichtete die Erkenntnis, dass Vorbereitung auf Attacken und Planung der eigenen Reaktionen darauf schon weit mehr als die halbe Miete ist. Alban Hessler von ELCA Security bestätigte diese These, indem er die Übung von Cyber-Attacken in ihren typischen Abläufen beleuchtete: Detektion, Einleitung von Massnahmen und Wiederherstellung. In der Diskussion mit dem Publikum wuchs eine zentrale Erkenntnis: Oft sind die Entscheidungsträger mit der Technologie eher herausgefordert. Die einen weichen dem Thema dann noch möglichst lange aus, andere lassen sich richtigerweise sensibilisieren und beraten und sorgen so dafür, dass ihre schulbare Belegschaft und Ihre besser schützbaren Systeme hybrid für eine gute Resilienz gegen Angriffe sorgen. Schliesslich möchte ja niemand mit digital offenen Türen zum Zugriff auf systemrelevante Anlagen einladen.