Urs Elber - Energie
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17. März 2016 Abstract Urs Elber Dipl. Ing. FH /MBA HSG Geschäftsführer Forschungsschwerpunkt Energie, Empa Geschäftsführer Kompetenzzentrum Energie & Mobilität, PSI «NEST – Energie im System» Der grösste Teil des fossilen Energieverbrauchs geht in die Mobilität und die Gebäude. Ein wichtiger Teil der Empa – Forschungen bezieht sich deshalb auf die Forschung von neuen Materialien, Technologien und Sys-temen für diese Bereiche. Der Weg vom Labor bis hin zu ökonomischen und ökologischen Produkten und Systemen geht auch über Forschungsplattformen, Praxislabore und Demonstratoren. Empa arbeitet derzeit an drei dieser Plattformen: «NEST» für neue, innovative Gebäudetechnologien, «move» für die zukünftige Mobilität und «ehub» für die energetische Verknüpfung von Gebäuden und Quartieren mit Mobilität unter Einbezug von vielen Technologien für das Ernten, Speichern, Umwandeln und Transportieren von Energie. NEST – ein modulares Gebäude, wo neue Innovationen, Technologien, Methoden, etc. in verschiedenen Einheiten («Units») eingebaut und in eine Grundstruktur («Backbone») integriert werden können. In diesem Praxislabor arbeiten und leben Menschen. Damit wird die Tauglichkeit der in den Units integrierten Systeme getestet, das Zusammenspiel von Technologien, Methoden und den Erwartungen erprobt. Derzeit implementiert werden eine Unit «Meet 2 Create» für neue Formen der Zusammenarbeit, eine Unit «Vision Wood», wo verschiedene neuartige Holz-Materiealien integriert sind, eine «Solare Fitness- und Wellness» Unit, bei der mittels neuer Technologien und Kombinationen nur ein Bruchteil der Energie benötigt wird. In der Unit «Hi-Lo» werden neue Leichtbauweisen angewendet und mit Energieproduktion kombiniert. Nachdem eine Unit in ein paar Jahren ausgedient hat, wird dank der modularen Bauweise von NEST Platz für eine neue Unit frei. Dutzende von industriellen Partnern dokumentieren die Relevanz. Damit das energetische Zusammenspiel zwischen den Units und mit dem «move» für die zukünftige Mobilität funktioniert, ist der Energie – Hub zuständig. Hier erfolgt mit vielen neuen Technologien das Ernten, Speichern, Umwandeln und Transportieren von Energie. Die dynamische Optimierung nach unterschiedlichen Kriterien kann dabei live implementiert und getestet werden. Mit diesen Erkenntnissen lassen sich die Auswirkungen auf übergelagerte Energiesysteme modellieren. NEST dient dabei als «Quartiersimulator», wo beim Experimentieren mit Energie auch ein Ausfall nicht gleich dramatische Folgen hat. 17. März 2016 Urs Elber Dipl. Ing. FH /MBA HSG Geschäftsführer Forschungsschwerpunkt Energie, Empa Geschäftsführer Kompetenzzentrum Energie & Mobilität, PSI «NEST – Energie im System» Willkommen Welcome Bienvenue NEST - Energie im System Energie-Gipfel Aarau, 17. März 2016 Urs Elber Geschäftsführer Forschungsschwerpunkt «Energie» @ Empa Geschäftsführer CCEM (Competence Center Energy & Mobility) @ PSI 1 17. März 2016 Forschungsschwerpunkte der Empa Gesundheit & Leistungsfähigkeit Nanostrukturierte Materialien Nanotechnologie / Instrumente & Werkzeuge Analytische & messtechnische Methoden Nachhaltigkeit, Zuverlässigkeit & Sicherheit Adaptive Systeme Computermodellierung Natürliche Ressourcen & Schadstoffe Energie Sustainable Built Environment Forschungsschwerpunkt Energie Energieeffizienz: Effiziente Gebäude & nachhaltige Mobilität Gebäude-Technologien Retrofit Technologies Mobility & Fuels Technologies Energieproduktion: PV, Umwandeln & Speichern Photovoltaics (CIGS) Wärmespeicher-Technologien Wasserstoff-Speichertechnologien Integrierte MultiEnergie-Systeme Multi-Energie-Modellierung Energie-Management Integration Campus - Infrastruktur NachhaltigkeitsAssessments 2 17. März 2016 Situation Schweiz Fernwärme, KVA, Holz, eE Industrie, Landwirtschaft Mobilität und Gebäude sind die «Driver» Quelle: BfE, Analyse des schweizerischen Energieverbrauchs 2000 2014 nach Verwendungszwecken Aktuelle «move»-Projekte Future Mobility Demonstrator & Forschungsplattform PtX-Studie Schweiz 3D-Visualisierung: AtlasCopco Schweiz AG/Empa Realverbrauch / Carsharing Batteriespeicher für EVs 350 bar HCNGPraxiserprobung 350 Bar H2Kehrfahrzeug 700 Bar H2Personenwagen 3 17. März 2016 Modulares Gebäude NEST Praxislabor und Demonstrator Nächste Evolution in nachhaltigen Gebäude –Technologien Energie Raumklima Wasserverbrauch Smart Building Technologies Animation: 3D3W Umwelt Neue Materialien und Systeme GebäudeHülle Film unter: nest.empa.ch 4 17. März 2016 Unit Meet2Create Laboratory for Collaboration Räume und Produkte für Zusammenarbeit - Corprorate Collaboration Space Minimierung der Gebäudetechnik und Erhöhung des Komforts durch Einsatz von Materialien und Pflanzen (Passivkonzept) Sorbtion Energy Storage Diversitätsgerechts Arbeiten im Grossraumbüro PV – Fassadenmodule mit Streckmetallverkleidung Lichtsteuerung zur Erzeugung von Tageslichtatmosphären – und Spektren Personal Climate System Adaptive Gebäudehülle Flexible Möbilierung Cloud Automation Flexibel nutzbarer Boden Schalldämmende Textilien Unit Meet2Create - verbesserte Zusammenarbeit Neue Informatikmittel für verteilte Teams Hochschule Luzern, Technik & Architektur, CCTP Swisscom Im NEST und ausserhalb Weniger Mobilität Erhöhte Produktivität in verteilten Teams Bilder: Swisscom, istock 5 17. März 2016 Unit «Vision Wood» Holzinnovationen und modulares Bauen Verwendung von Holz im Nassbereich ohne Beschichtung Wasserabweisend bis in tiefere Schichten Verwendung von Holz im Aussenbereich mit umweltverträglichen Beschichtungen Magnetisches Holz … Unit «Solare Fitness Wellness» – Lebensqualität von der Sonne Fitness und Wellness sind ein Bedürfnis unserer Gesellschaft Generiert zusätzlichen Energieverbrauch Im Widerspruch zu den Anstrengungen für eine nachhaltige Entwicklung Solare Fitness und Wellness Unit: Komfort ohne Verbrauch fossiler Energien Modernen Technologien der Haustechnikbranche (Heizung, Lüftung, Klima, Sanitär, Solaranlagen, PV) Gesundheit und Lebensqualität für Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen 6 17. März 2016 Unit Solare Fitness & Wellness Photovoltaik / therm. Kollektoren Ruheraum Wellnessmodule Garderobe Fitness Technik Garderobe Lebensqualität von der Sonne 100% erneuerbar Empa, NTB, HSLU, Scheco, fwconcept, MGB, suissetec Unit SFW Neues Energie-System auf Basis CO2-Wärmepumpen – statt rein elektrisch Sauna, Bio-Sauna, Dampfbad Bilder: Schweizer Metallbau, Küng Sauna, Klafs 7 17. März 2016 Unit Solares Fitness & Wellness Innovation CO2-Wärmepumpe Wärme für Sauna und Dampfbad nicht mehr direkt-elektrisch, sondern mittels CO2-Wärmepumpe Temperaturen bis 130° 60-70% Energieeinsparung Wärmeabgabe über statische Heizelemente Exergetische Kaskadennutzung der verfügbaren Wärme Unit Solares Fitness & Wellness Weitere Innovationen Swiss Ecotap, mit bis zu 90% Wassereinsparung Hydrophobes Holzwaschbecken – Swiss Eco Sink Joulia Duschen mit Wärmerückgewinnung Regenwassernutzung für Toiletten Urinseparierung 4-fach verglaste Nordfassade (Ueff Okt-Mar: 0.163 W/m2K) Bilder: Bagno Sasso, Joulia 8 17. März 2016 Länger fit bleiben Energie spielerisch emotionalisieren Empa, Technogym Unit SFW Strom generierende FitnessGeräte Motivierende Anreize im Fitnessraum und ausserhalb Intelligente Vernetzung Bilder: Technogym Sozialwissenschaftliche Forschung Anreizsysteme für ressourcenschonendes Verhalten Anreiz: bevorzugter Zugang zu Wellness-Zonen Kriterien: Leistung im Fitness-Bereich CO2-Bilanz Verkehrsmittel für Arbeitsweg Anzahl vegetarischer Menüs in Kantine umgesetzte Vorschläge für Energieeinsparung auf Empa-Eawag Campus …. 9 17. März 2016 Unit «HiLo» Ultra-Leichtbau und adaptive Gebäudetechnik Leichtbau-Bodenkonstruktion Weniger Material, mehr Flexibilität Institut für Technologie in der Architektur, ETH Zürich, Holcim 70% weniger Material Modulare Vorfertigung und einfache Installation vor Ort Effiziente Integration von Lüftung, Kühlung und Niedertemperatur-Heizung Bilder: ETH Zürich 10 17. März 2016 Water Hub – in NEST integriert Forschungsplattform zur Mehrfachnutzung von Wasser und Abwasser Entwicklung innovativer Abwasserbehandlungsund Separationsmethoden Nutzung von Regenwasser und rezykliertem Grauwasser Wertstoffgewinnung aus Abwässern Energiegewinnung aus Grau- und Schwarzwasser Unit Pipeline ■ Meet2Create Das Bürolabor, Passivkonzept Sitzungszimmer, neue Fassaden ■ Vision Wood Innovationen mit Holz, modulares Bauen ■ Solares Fitness & Wellness Energie-Fassade und Energie-Dach, neue Technologien für Fitness & Wellness ■ HiLo Leichtbau Dach, Boden und adaptive Fassade ■ Urban Mining, SolAce, AAL ■ Digitale Fabrikation Mai 2016 Mai 2016 Herbst 2016 2017 2017 / 2018 11 17. März 2016 ehub – Energy Hub Demonstrator & Forschungsplattform Optimierung der Energieflüsse innerhalb aller Demonstratoren auf Stufe Quartier Analyse der Auswirkungen auf das Energiesystem Validierung von Technologien zur Erzeugung, Umwandlung, Speicherung und Verteilung von Energie Plattform für Energieforschung und Produktentwicklung Komponenten E-Hub: Wärmenetze NT, MT, HT WP‘s Anergie / Erdsonden (mehrere unterschiedliche Systeme) Eisspeicher Batterien Super Caps CO2 Wärmenetz Brennstoffzellen BHKW PV, Elektrolyseur, Wasserstoff-Anwendungen, etc. Beispiel Energiesystem Analyse 15000 Ganglinien ohne Batterie Leistung [W] 10000 PV Produktion 5000 0 00:15:00 ‐5000 Verbrauch Netzbezug 02:45:00 05:15:00 07:45:00 10:15:00 12:45:00 17:45:00 20:15:00 22:45:00 Netzeinspeisung Eigenverbrauch ca 30% ‐10000 Uhrzeit 15000 Leistung [W] 15:15:00 Ganglinien mit smarter Batterie 10000 140 90 5000 40 0 00:15:00 ‐5000 PV Produktion Verbrauch Netzbezug 02:45:00 05:15:00 07:45:00 10:15:00 ‐10000 12:45:00 15:15:00 17:45:00 20:15:00 22:45:00 Uhrzeit ‐10 Netzeinspeisung ‐60 Batteriestand [%] Eigenverbrauch bis zu 70% Leistung [W] 10000 Ganglinien ohne PV mit Batterie 8000 80 60 6000 40 4000 20 2000 0 00:15:00 100 0 ‐20 02:45:00 05:15:00 07:45:00 10:15:00 12:45:00 15:15:00 17:45:00 20:15:00 Verbrauch Netzbezug Netzeinspeisung Batteriestand 22:45:00 Uhrzeit 12 17. März 2016 Praxislabore, Forschungsplattformen und Demonstratoren auf dem Empa- Campus (in Planung) ESI Areal Energy System Relevanz durch Kooperation mit Industrie (PPP) Forschung, Wirtschaft und die öffentliche Hand Offizielle NEST-Partner und Firmen mit Absichtserklärungen 13 17. März 2016 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Empa – Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology @Empa_CH www.empa.ch [email protected] www.psi.ch [email protected] 14
