Fact sheet – Fuel cells
1.7 Research gaps, outlook and recommendations
Despite of the extensive amount of literature reviewed and used for the present technology evaluation, and despite of the comprehensive and broad range of expertise of the researchers contributing to this analysis, some research gaps and open issues potentially important in the context of the future Swiss energy policy can be asserted:
• Cost-potential curves: Based on the available literature and current state of knowledge, it is not feasible to provide a detailed quantification of electricity generation potentials vs. generation costs for technologies for which such a dependence is likely. Thus, in a number of cases the detailed specification of which fractions of the overall technology potentials could be realized at which generation costs, is not provided in the present work.44 This is potentially important for solar photovoltaics, hydropower, wind and geothermal power, electricity from biomass as well as building integrated combined heat and power generation with natural gas CHP units and fuel cells. Generation costs for these technologies are sensitive to site selection and local boundary conditions and these show large variations within the generation potentials provided. Based on the ongoing activities the corresponding differentiation should be relatively soon feasible for wind power plants while it won’t be achievable for a long time in the case of deep geothermal plants.
• Swiss specific cost data: It is well known that prices in Switzerland are higher than on the European/international market. This also concerns the quantification of electricity generation costs (LCOE), since the infrastructure purchase costs (e.g., for generation
44 However, such an explicit cost/potential curve is available for large hydropower, see Figure 6.19.
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units) as well as project implementation and maintenance in Switzerland are more expensive, which can have a substantial impact on LCOE. However, available data sources mostly provide prices/costs for non-Swiss markets and reliable Swiss-specific figures are not always available (e.g., the price of a natural gas Combined Cycle power plant, to be constructed in Switzerland, will most likely be higher than available data indicate). Within this analysis, these effects could only be considered to a limited extent and not in a completely consistent way for the different technologies. The issue is implicitly addressed by sensitivity analysis for LCOE showing the impact of different cost factors on LCOE.
• System aspects/electricity storage: The present analysis addresses only single electricity generation technologies. However, in the context of both economic and environmental evaluation, issues concerning the whole electricity supply system such as seasonal and daily generation patterns of specific technologies, potentially required extension of the transmissions and distribution grid, back-up generation or electricity storage need to be evaluated in detail by modeling the whole supply system.
• Environmental aspects: The evaluation of life cycle environmental burdens and potential impacts of electricity generation technologies was supposed to be based on existing inventory data; only limited additional analysis was performed. Therefore, some of the results for current technologies are slightly outdated and some incompleteness and some inconsistencies could not be avoided. Partial incompleteness and inconsistencies in available inventory data concerning future technologies prevent a detailed analysis of the future environmental performance of Swiss electricity supply.
• External costs: State-of-the-art quantification of external costs of Swiss electricity supply are not available and calculating these was out of scope of this analysis. Therefore, this issue could not be addressed.
The scope of this analysis, specified by the Swiss Federal Office of Energy, did not allow for addressing these open issues. Further research is recommended to close these gaps.
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1.8 References
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2 Zusammenfassung
Dieser Bericht enthält eine umfassende Evaluation der technologiespezifischen Potenziale und Kosten der Stromproduktion in der Schweiz sowie von Stromimporten bis ins Jahr 2050.
Zusätzlich werden die Umweltauswirkungen dieser Stromproduktion quantifiziert.
Potenziale, Kosten und Umweltauswirkungen sind jeweils für heute und die Jahre 2020, 2035 und 2050 angegeben. Die Evaluation beinhaltet folgende Technologien zur Stromproduktion:
• Grosswasserkraftwerke (GWK)
• Kleinwasserkraftwerke (KWK)
• Windturbinen
• Fotovoltaik-Anlagen (PV)
• Technologien zur Verstromung von Biomasse
• Geothermie-Kraftwerke
• Wellen- & Gezeitenkraftwerke
• Anlagen zur solarthermischen Stromerzeugung
• Kernkraftwerke
• Erdgas- & Kohlekraftwerke, Erdgas-BHKW
• Brennstoffzellen
• Neuartige Technologien
Systemaspekte, d.h. das Zusammenspiel der einzelnen Technologien innerhalb des gesamten Stromversorgungssystems, sind nicht Gegenstand dieser Analyse. Ausserhalb des Rahmens dieser Arbeit sind auch externe Kosten45.
Diese Arbeit wurde federführend von Wissenschaftlern am PSI46 durchgeführt; unterstützt durch Experten des WSL, der EPFL und der ETHZ. Auftraggeber war das Bundesamt für Energie (BFE). Die Analyse wurde im Rahmen der beiden „Swiss Competence Centers for Energy Research (SCCER)“ “Supply of Energy (SoE)”47 und “Bioenergy (BIOSWEET)”48 durchgeführt. Diese Arbeit stellt einen Beitrag zum „Technologiemonitoring“ des BFE innerhalb des Monitorings der Energiestrategie 2050 dar und die Ergebnisse der Analyse sollen in den kommenden Energieperspektiven genutzt werden.
Diese Zusammenfassung ist folgendermassen gegliedert:
Erst wird ein kurzer Überblick über die Stromproduktionstechnologien und die erwartete zu-künftige Entwicklung gegeben. Danach sind die Potenziale zur Stromproduktion bzw. zur Stromversorgung dargestellt, gefolgt von den Kosten und Umweltauswirkungen der Strom-produktion. Die wichtigsten Informationen und Daten zu den verschiedenen Technologien
45 Externe Kosten sind Kosten, die nicht vom Verursacher getragen werden müssen (Buchanan and Craig 1962).
Meist werden externe Kosten von der Gesellschaft getragen. Externe Kosten im Zusammenhang mit der Stromproduktion entstehen z.B. durch Gesundheitsschäden als Folge von Luftverschmutzung durch die Verbrennung von Kohle, Holz, oder Erdgas. Nicht versicherte Kosten, die aufgrund von potenziellen Unfällen anfallen könnten, können auch als externe Kosten bezeichnet werden.
46 Laboratory for Energy Systems Analysis (https://www.psi.ch/lea/); Laboratory for Thermal Processes and Combustion (http://crl.web.psi.ch/); Solar Technology Laboratory (https://www.psi.ch/lst/).
47 http://www.sccer-soe.ch/
48 http://www.sccer-biosweet.ch/
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sind in so genannten „fact sheets“ („Datenblättern“, Kapitel 1.5) zusammengefasst.
Abschliessend werden die Ergebnisse dieser Arbeit mit jenen aus früheren Studien verglichen sowie aktueller Forschungsbedarf aufgezeigt und Empfehlungen für weitere Arbeiten in diesem Zusammenhang gegeben.