Wie wurde SWEET Projekt PATHFNDR entwickelt?

Das SWEET Projekt PATHFNDR wurde als umfassendes Forschungsprogramm entwickelt, um Übergangspfade für die Integration erneuerbarer Energien in der Schweiz zu erarbeiten und zu analysieren. Die Entwicklung des Projekts erfolgte durch eine Kombination aus strategischer Planung, interdisziplinärer Zusammenarbeit und dem Einsatz fortschrittlicher Modellierungs- und Demonstrationstools. Hier sind die wesentlichen Schritte und Aspekte, die zur Entwicklung des Projekts beigetragen haben:

Initiierung und Finanzierung durch das SWEET-Programm:

Das Projekt ist eine Initiative des Schweizer Bundesamtes für Energie (BFE) und wurde im Rahmen der ersten Ausschreibung des SWEET-Förderprogramms (Swiss Energy Research for the Energy Transition) gestartet (Call 1-2020).

Das SWEET-Programm zielt darauf ab, Innovationen zu fördern, die wesentlich zur erfolgreichen Umsetzung der Energiestrategie 2050 und zur Erreichung der Schweizer Klimaziele beitragen.

PATHFNDR war eines von vier ausgewählten Konsortien unter dem Leitthema "Integration erneuerbarer Energien in ein nachhaltiges und resilientisches Schweizer Energiesystem". Das Projekt begann offiziell mit seinem Kick-off am 31. Mai 2021.

Festlegung der Kernziele und Forschungsfragen:

Die grundlegende Vision ist ein effizientes, flexibles, widerstandsfähiges, kostengünstiges und nachhaltiges Schweizer Energiesystem bis 2050 mit Netto-Null-Treibhausgasemissionen.

Das Hauptziel ist es, Übergangspfade für die Integration erneuerbarer Energien in der Schweiz zu entwickeln und zu analysieren, wobei der Schwerpunkt auf Flexibilität und Sektorkopplung liegt.

Fünf zentrale Forschungsfragen wurden formuliert, um diese systemische Herausforderung zu adressieren:

• Wie sieht ein solches Energiesystem bis 2050 aus?
• Welche rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen sind erforderlich?
• Welche Geschäftsmodelle und kommerziellen Wertbeiträge sollten entwickelt werden?
• Welche Massnahmen sind zur Sicherstellung der Akzeptanz und Partizipation der Bürger notwendig?
• Wie können Pilot- und Demonstrationsprojekte am besten genutzt werden, um das Verständnis technischer und sozioökonomischer Aspekte zu verbessern und eine breitere Akzeptanz auszulösen?

Zusammensetzung des Konsortiums und interdisziplinärer Ansatz:

Unter der Leitung der ETH Zürich wurde ein Konsortium aus acht Forschungspartnern (ETH Zürich, Empa, PSI, ZHAW, HSLU, UNIGE, EPFL und TU Delft) und 25 Kooperationspartnern (aus Industrie und öffentlicher Hand) gebildet.

Das Projektteam umfasst 69 Forschende.

Der Ansatz ist trans- und interdisziplinär, indem er technische, wirtschaftliche, regulatorische und soziale Disziplinen integriert, um realisierbare Pfade zu entwickeln, die über klassische technisch-ökonomische Analysen hinausgehen. Die Sozial- und Geisteswissenschaften spielen eine entscheidende Rolle für die Implementierung der Lösungen und die Akzeptanz in der Bevölkerung. 

Struktur in Arbeitspaketen (Work Packages - WPs):

Das Projekt ist in zehn Arbeitspakete unterteilt: sechs für Forschung und Entwicklung (WP1, WP2, WP3, WP6, WP7, WP10), zwei für Pilot- und Demonstrationsprojekte (WP4, WP5) und zwei für das Projektmanagement (WP8, WP9).

WP1 (Nationale und europäische Ebene): Quantifizierung grosser Energiepfade für die Schweiz im europäischen Kontext.

WP2 (Lokale Ebene): Bewertung von Energiepfaden auf lokaler Ebene (Städte, Dörfer, Quartiere, Standorte, Netze).

WP3 (Technologien): Analyse von Technologien aus verschiedenen Energiesektoren (thermisch, elektrisch und Gas).

WP6 (Geschäftsmöglichkeiten): Identifizierung von Störungen und Geschäftsinteressen sowie Strategien zu deren Bewältigung.

WP7 (Politik): Analyse der politischen Machbarkeit, öffentlichen Akzeptanz und Auswirkungen von Massnahmen in der Schweiz.

WP10 (Koordination und Synthese): Koordination der Szenarien sowie Integration und Synthese der Forschungsergebnisse.

Entwicklung und Einsatz von Modellierungs- und Simulationstools:

Nexus-e ist das zentrale Tool für das Konsortium, um Szenarien zu liefern und Pfade hinsichtlich technischer, wirtschaftlicher und sozialer Einschränkungen auf nationaler und regionaler Ebene zu bewerten. Es wird erweitert, um das gesamte Schweizer Energiesystem, einschliesslich Industrie, Heizung, Verkehr und Gasnetz, abzubilden.

Weitere Schlüsseltools sind Euro-Calliope (für europäische Energiesysteme), EXPANSE (für regional hochauflösende Analysen), ehub (für Planung und Steuerung von Multi-Energiesystemen in Gebäuden und Quartieren), SecMOD (für sektorgekoppelte Energiesysteme und Life Cycle Assessment), ReMaP (für die Entwicklung und Validierung von Steuerkonzepten in Multi-Energiesystemen) und CESAR-P (für die Modellierung des Energiebedarfs von Gebäuden).

Diese Tools werden miteinander verknüpft, um Synergien zu schaffen und übergreifende Analysen zu ermöglichen (z.B. Nexus-e mit Euro-Calliope und EXPANSE).

Pilot- und Demonstrationsprojekte (P&Ds):

Ein weiterer zentraler Pfeiler der Entwicklung ist die Demonstration der identifizierten realisierbaren Pfade durch das Design, den Bau, den Betrieb und die Untersuchung von zwei Energiesystemen, die mehrere Energieformen koppeln.

Drei Pilot- und Demonstrationsprojekte wurden initiiert: NeDeLa, nanoverbund und H2 districts. Diese dienen dazu, Marktdesigns und Technologien in der Praxis zu testen und das Verständnis für technische und sozioökonomische Aspekte zu verbessern.

Forschungsschwerpunkte zur Entwicklung von Pfaden:

Das Projekt erforscht Pfade, die die Auswirkungen der Flexibilität von Elektrofahrzeugen untersuchen, das Potenzial von Wasserstoff und Gas im Schweizer Energiesystem analysieren (inkl. Abwärmenutzung und Power-to-X Prozesse).

Es befasst sich mit der Aktivierung der Wärmepumpenflexibilität in Gebäuden und Top-Down-Analysen zu Wirtschaft und Umwelt, einschliesslich Winterstromdefiziten und Import synthetischer Brennstoffe.

Zusätzlich werden Methoden zur Abschätzung des Strombedarfs durch Elektromobilität, flexibilitätsbewusste Planung von Verteilungsnetzen und neue Geschäftsmodelle für Vehicle-to-Grid sowie die öffentliche Akzeptanz von Flexibilitäts- und Sektorkopplungsmassnahmen untersucht.

Wissens- und Technologietransfer (KTT):

Die Projektergebnisse und die entwickelten Pfade sollen den Entscheidungsträgern, Versorgungsunternehmen, Netzbetreibern, Standortbetreibern und potenziellen neuen Akteuren zur Verfügung gestellt werden.

Der Wissenstransfer erfolgt durch interne Seminare, Lunch Talks, Policy Briefs, Workshops und Kooperationen mit Industriepartnern. Die Kommunikation der Forschungsergebnisse an Wirtschaft und Politik ist ein wichtiges Element.

Insgesamt wurde PATHFNDR als ein umfassendes, multidisziplinäres Forschungsprogramm entwickelt, das sowohl tiefgehende technische Analysen als auch sozioökonomische und regulatorische Aspekte integriert, um realisierbare und akzeptierte Übergangspfade für ein klimaneutrales Energiesystem in der Schweiz zu identifizieren und zu demonstrieren.

Welche Transformationspfade für erneuerbare Energien in der Schweiz werden vom Projekt erforscht?

Das SWEET Projekt PATHFNDR erforscht umfassende Transformationspfade für die Integration erneuerbarer Energien in der Schweiz, um ein effizientes, flexibles, widerstandsfähiges, kostengünstiges und nachhaltiges Schweizer Energiesystem mit Netto-Null-Treibhausgasemissionen bis 2050 zu schaffen.

Diese Pfade gehen über klassische technisch-ökonomische Analysen hinaus und integrieren auch geeignete Geschäftsmodelle, politische Massnahmen und Massnahmen zur öffentlichen Akzeptanz. Sie berücksichtigen nationale und regionale Perspektiven im europäischen Kontext.

Das Projekt konzentriert sich dabei auf die Verbesserung der Effizienz erneuerbarer Energiesysteme durch Flexibilität und Sektorkopplung.

Die Erforschung der Transformationspfade wird durch fünf zentrale Forschungsfragen geleitet:

• Wie sieht ein effizientes, flexibles, widerstandsfähiges, wettbewerbsfähiges und nachhaltiges Schweizer Energiesystem bis 2050 aus?
• Welche rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen sollten angewendet werden, um die Wende zu diesem System zu ermöglichen, einschliesslich der erforderlichen Anreize für Flexibilitätsanbieter sowie Sektorkopplung?
• Welche Geschäftsmodelle und geschäftliche Wertbeiträge sollten entwickelt werden, um die notwendige Flexibilität und Sektorkopplung zu ermöglichen?
• Welche Massnahmen sind notwendig, um die Akzeptanz und Partizipation der Bürger und ihrer Organisationen zu gewährleisten?
• Wie können Pilot- und Demonstrationsprojekte flexibler Energiesysteme auf Quartiers-/Dorf-/Stadtebene am besten genutzt werden, um das Verständnis für technische und sozioökonomische Aspekte zu verbessern und eine breitere Akzeptanz auszulösen?

Die erforschten Transformationspfade umfassen verschiedene Ebenen und Aspekte:

Grosstechnische Energiepfade für die Schweiz im europäischen Kontext (Work Package 1):

Analyse von Szenarien, die die Auswirkungen der Flexibilität von Elektrofahrzeugen auf das Energiesystem untersuchen.

Potenzial von Wasserstoff und Gas im Schweizer Energiesystem zur Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, saisonalem Ausgleich und Nutzung überschüssiger erneuerbarer Energie. Studien zeigen, dass Wasserstoff bei begrenzten Netto-Übertragungskapazitäten (NTCs) unter 30% des aktuellen Wertes eine Rolle spielt, aber im Allgemeinen in einem gut vernetzten Schweizer Elektrizitätssystem keine grosse Rolle als Stromspeichermedium spielt.

Top-Down-Analyse von Wirtschaft und Umwelt, einschliesslich Stromdefizit im Winter, Import von synthetischen Brennstoffen und Skalierung der direkten Lufterfassung.

Forschung zu Import-/Exportbeschränkungen und deren Auswirkungen auf das Netto-Null-Ziel der Schweiz.

Untersuchung der Abhängigkeit der Schweizer Energiewende von Entwicklungen im Ausland und der Rolle des Stromhandels.

Energiepfade auf lokaler Ebene (Stadt, Dorf, Quartier, Standort, Netzwerke) (Work Package 2):

Identifizierung des Wertes und der Rolle verteilter lokaler Ressourcen (Erzeugung, Nachfrage, Technologien in verschiedenen Energieträgern) für ein flexibles und kohlenstoffarmes Energiesystem.

Entwicklung optimaler Infrastruktur-Ausbau- und Betriebsstrategien für lokale Energieversorger und Standortbetreiber, um Synergien zwischen Elektrizitäts-, Gas- und Wärmenetzen zu nutzen.

Quantifizierung und Vorhersage des Energiebedarfs von Wohn- und Geschäftsgebäuden.

Analyse der Flexibilität von E-Mobilität in Multi-Energiesystemen.

Forschung zur Wärmepumpenflexibilität durch direkte Laststeuerung und Wärmepumpenabschaltungen in Gebäuden.

Technologien aus verschiedenen Energiesektoren (thermisch, elektrisch und Gas) (Work Package 3):

Konzepte und Modelle für neuartige thermische Energiespeichertechnologien und deren techno-ökonomische Kennzahlen.

Bewertung der Flexibilität von Power-to-Hydrogen-to-Power (P2H2P) Systemen in Multi-Energiesystemen.

Modellierung und Steuerung von Multi-Energiesystemen in Mikrogrids.

Entwicklung von Steuerungsalgorithmen für die Wasserstoffproduktion und zur Spitzenlastreduzierung bei Elektrofahrzeugen.

Geschäftsmöglichkeiten, Innovationsstrategien und Politikmassnahmen (Work Packages 6 & 7):

Identifizierung neuer Geschäftsmöglichkeiten und Innovationsstrategien zur Nutzung neuartiger Flexibilitäts- und Sektorkopplungsoptionen.

Studien zu Geschäftsmodellen, politischen Massnahmen und neuen Vorschriften zur Förderung der Einführung von Vehicle-to-Grid in der Schweiz.

Analyse der öffentlichen Akzeptanz gegenüber Flexibilitäts- und Sektorkopplungsmassnahmen.

Vorschläge für die Gestaltung von Finanzkontrakten zur Differenzierung der Förderung erneuerbarer Energien.

Untersuchung von Netzwerk-Tarifen für flexible Lasten zur Vermeidung von Rückkopplungsspitzen und zur Förderung eines netzdienlichen Verhaltens.

Pilot- und Demonstrationsprojekte (Work Packages 4 & 5):

Drei Pilot- und Demonstrationsprojekte wurden initiiert: NeDeLa, nanoverbund, H2 districts. Diese dienen dazu, Marktdesigns und Technologien in der Praxis zu testen und das Verständnis für technische und sozioökonomische Aspekte zu verbessern.

Tools und Modelle wie Nexus-e, Euro-Calliope, EXPANSE, CESAR-P, ehub, ReMaP und SecMOD sind zentrale Instrumente des Projekts, um diese komplexen Pfade zu entwickeln, zu modellieren und zu analysieren.

Welches waren die Herausforderungen bei der Entwicklung von SWEET Projekt PATHFNDR?

Das SWEET Projekt PATHFNDR wurde entwickelt, um die Integration erneuerbarer Energien in der Schweiz voranzutreiben und Übergangspfade für ein effizientes und nachhaltiges Energiesystem zu identifizieren. Bei der Entwicklung und Umsetzung des Projekts wurden jedoch verschiedene Herausforderungen adressiert und berücksichtigt:

Komplexität des Energiesystems und der Energiewende: Eine zentrale Herausforderung besteht darin, das Schweizer Energiesystem bis 2050 als effizientes, flexibles, widerstandsfähiges, kostengünstiges und nachhaltiges System mit Netto-Null-Treibhausgasemissionen zu gestalten. Dies erfordert eine umfassende Neuausrichtung.

Integration verschiedener Energiequellen und Sektoren: Die Transformation des Energiesystems geht über den Stromsektor hinaus und muss alle Sektoren wie Verkehr, Heizung und Industrie umfassen. Dies führt zu einem erheblichen Anstieg des Spitzen- und Gesamtstrombedarfs. Die Kopplung verschiedener Energieformen und Sektoren (Sektorkopplung) sowie die Bereitstellung von Flexibilität sind entscheidend, aber auch komplex.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit und Datenintegration: Das Projekt verfolgt einen trans- und interdisziplinären Ansatz, der technische, wirtschaftliche, regulatorische und soziale Disziplinen integriert. Dies erfordert die Zusammenarbeit von acht Forschungspartnern und 25 Kooperationspartnern, und birgt die Herausforderung, die Erkenntnisse der verschiedenen Forschungsbereiche und Akteure zusammenzuführen und daraus Schlüsse zu ziehen.

Entwicklung und Verknüpfung von Modellierungs- und Simulationstools: PATHFNDR nutzt eine Vielzahl von Modellen und Tools wie Nexus-e, Euro-Calliope, EXPANSE und SecMOD. Eine grosse Herausforderung ist die Schaffung von Synergien durch die Verknüpfung dieser unterschiedlichen Plattformen und Tools. Beispielsweise musste Nexus-e erweitert werden, um das gesamte Schweizer Energiesystem einschliesslich Industrie, Heizung, Verkehr und Gasnetz abzubilden.

Berücksichtigung von Flexibilität und deren Auswirkungen: Das System muss mit variablen erneuerbaren Energiequellen umgehen können, was eine hohe Flexibilität erfordert, um die Nachfrage und das Angebot zuverlässig zu gewährleisten. Das Projekt untersucht die Auswirkungen der Flexibilität von Elektrofahrzeugen, das Potenzial von Wasserstoff und Gas, und die Aktivierung der Wärmepumpenflexibilität. Die Integration der Flexibilität von dezentralen Ressourcen und Endnutzern ist dabei essenziell.

Regulatorische und politische Rahmenbedingungen sowie Geschäftsmodelle: Es müssen legislative und regulatorische Rahmenbedingungen gefunden werden, die Anreize für Flexibilitätsanbieter und Sektorkopplung schaffen. Darüber hinaus müssen neue Geschäftsmodelle und kommerzielle Wertbeiträge entwickelt werden. Das Projekt untersucht, wie bestehende Regelungen oder institutionelle Interessen eine effiziente Nutzung der Flexibilität verhindern könnten.

Öffentliche Akzeptanz und Partizipation: Ein kritischer Aspekt ist die Sicherstellung der Akzeptanz und Partizipation der Bürger und ihrer Organisationen bei der Energiewende. Ohne diese Akzeptanz können selbst technisch und wirtschaftlich sinnvolle Lösungen nicht implementiert werden.

Transfer von Pilot- und Demonstrationsprojekten: Die Projektergebnisse sollen in die Praxis umgesetzt werden. Eine Herausforderung besteht darin, wie Pilot- und Demonstrationsprojekte (P&Ds) am besten genutzt werden können, um das Verständnis für technische und sozioökonomische Aspekte zu verbessern und eine breitere Akzeptanz auszulösen. Drei P&D-Projekte wurden zu diesem Zweck lanciert: NeDeLa, nanoverbund und H2 districts.

Reaktion auf aktuelle Energieherausforderungen: Das Konsortium befasst sich auch mit der aktuellen Energiekrise, um wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse für politische Entscheidungsträger und Medien bereitzustellen. Dazu gehören die Debatte um Preisobergrenzen und Zölle im Gasmarkt, die Abhängigkeit der Schweiz von ausländischen Energieentwicklungen, und Massnahmen zur Reduzierung der Energieimporte.

Datenqualität und -verfügbarkeit: Bei der Abschätzung des Wärmebedarfs von Wohngebäuden basierend auf öffentlichen Gebäudedaten wurde festgestellt, dass diese Daten in einigen Fällen unvollständig oder veraltet sein können, was die Genauigkeit beeinträchtigt. Es wird um Unterstützung beim Zugang zu grossflächigen Wärmeverbrauchsdaten gebeten.

Probleme bei der Gestaltung von Netztarifen: Dynamische Netztarife können Anreize für netzdienliches Verhalten schaffen, müssen aber entsprechend gestaltet werden, um Rebound-Spitzen und Wohlfahrtsverluste zu vermeiden.

Marktmacht von Anbietern: Insbesondere bei der Gestaltung einer Speicherreserve mit einer Kapazitätsanforderung können einzelne Anbieter Marktmacht ausüben und überhöhte Preise verlangen.

Koordination und Kommunikation der Ergebnisse: Die Koordination von Szenarien sowie die Integration und Synthese von Forschungsergebnissen sind eigene Arbeitspakete. Die Kommunikation der Forschungsergebnisse an Wirtschaft und Politik ist ebenfalls ein wichtiger Aspekt.

Insgesamt war die Entwicklung von PATHFNDR durch die Notwendigkeit gekennzeichnet, ein extrem komplexes, multidisziplinäres und dynamisches Energiesystem zu analysieren und dafür praktikable Lösungen zu finden, die nicht nur technisch und wirtschaftlich sinnvoll, sondern auch gesellschaftlich akzeptiert und politisch umsetzbar sind.

Welches sind die Ziele des SWEET Projekt PATHFNDR?

Das SWEET Projekt PATHFNDR hat das übergeordnete Ziel, Übergangspfade für die Integration erneuerbarer Energien in der Schweiz zu entwickeln und zu analysieren. Dies geschieht im Einklang mit der Vision eines effizienten, flexiblen, widerstandsfähigen, kostengünstigen und nachhaltigen Schweizer Energiesystems bis 2050, das Netto-Null-Treibhausgasemissionen erreicht. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Rolle von Flexibilität und Sektorkopplung.

Das Projekt, das von der ETH Zürich geleitet und vom Bundesamt für Energie (BFE) im Rahmen des SWEET-Programms gefördert wird, arbeitet mit einem Konsortium aus acht Forschungspartnern und 25 Kooperationspartnern zusammen. Es verfolgt einen trans- und interdisziplinären Ansatz, der technische, wirtschaftliche, regulatorische und soziale Disziplinen integriert.

Die Kernziele, die PATHFNDR durch die Beantwortung von fünf zentralen Forschungsfragen verfolgt, sind:

Verbesserung der Systemleistung: Es soll geklärt werden, wie ein effizientes, flexibles, widerstandsfähiges, wettbewerbsfähiges und nachhaltiges Schweizer Energiesystem bis 2050 aussehen wird. Dies beinhaltet auch die Identifizierung von Synergien und Kompromissen zwischen Effizienz, Widerstandsfähigkeit, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit des Energiesystems.

Detailliertes Ziel (O1): Bereitstellung konsistenter Pfade für Schweizer Energiesystem-Akteure, um Flexibilitätsoptionen über Sektoren und räumlich-zeitliche Skalen hinweg optimal zur Integration erneuerbarer Energien in allen Energieträgern zu nutzen.

Ermöglichung von Flexibilität: Es wird untersucht, welche legislativen und regulatorischen Rahmenbedingungen angewendet werden sollten, um den Übergang zu dem identifizierten System zu ermöglichen, einschliesslich der notwendigen Anreize für Flexibilitätsanbieter und Sektorkopplung. Dies umfasst die Bewertung von Flexibilitätsoptionen über verschiedene Sektoren und räumlich-zeitliche Skalen hinweg zur Integration erneuerbarer Energien. 

Detailliertes Ziel (O2): Bereitstellung evidenzbasierter Erkenntnisse für politische Entscheidungsträger und öffentliche Verwaltungen bezüglich politischer und regulatorischer Rahmenbedingungen für die technische Gestaltung und den Betrieb flexibler Multi-Energiesysteme, Geschäftsmodelle zur Nutzung von Flexibilität (einschliesslich Sektorkopplung), sowie Massnahmen zur Endnutzerakzeptanz und Bürgerbeteiligung.

Förderung der Sektorkopplung: Das Projekt analysiert, welche Geschäftsmodelle und kommerziellen Wertbeiträge entwickelt werden sollten, um die notwendige Flexibilität und Sektorkopplung zu ermöglichen. Dies beinhaltet die Bewertung von Technologien, Geschäftsmodellen, Innovationsstrategien und Endnutzerakzeptanz für die Sektorkopplung.

Detailliertes Ziel (O5): Bereitstellung von Geschäftsmöglichkeiten, Marktmechanismen und Strategien für bestehende und potenzielle neue Akteure (z.B. Aggregatoren, Akteure aus anderen Sektoren wie dem Transportwesen, Investitionen) zur Nutzung neuartiger Flexibilitätsoptionen.

Sicherstellung der öffentlichen Akzeptanz und Partizipation: Ein Ziel ist es, welche Massnahmen notwendig sind, um die Akzeptanz und Partizipation der Bürger und ihrer Organisationen zu gewährleisten.

Nutzung von Pilot- und Demonstrationsprojekten: Das Projekt untersucht, wie Pilot- und Demonstrationsprojekte flexibler Energiesysteme auf Quartiers-/Dorf-/Stadtebene am besten genutzt werden können, um das Verständnis für technische und sozioökonomische Aspekte zu verbessern und eine breitere Akzeptanz auszulösen.

Detailliertes Ziel (O3): Bereitstellung von Tools und Strategien für Versorgungsunternehmen und Netzbetreiber, sowohl für die langfristige Investitionsplanung als auch für den sicheren Betrieb verteilter Flexibilität mittels Digitalisierung.

Detailliertes Ziel (O4): Bereitstellung von demonstrierten Technologien und entsprechenden Planungs- und Betriebsstrategien für Industrie-, Gewerbe- und Wohngebäudeigentümer, um die Flexibilität lokaler Ressourcen zu nutzen.

Als erwartete Ergebnisse liefert das Projekt:

Realisierbare Pfade für die Energiewende auf internationaler, nationaler sowie Stadt- und Quartiersebene, die Flexibilität und Sektorkopplung fördern.

Planungs- und Betriebsinstrumente für die Planung und den Betrieb verteilter Flexibilität in Multi-Energiesystemen. Dabei dient Nexus-e als zentrales Tool zur Bereitstellung von Szenarien.

Pilot- und Demonstrationsprojekte für verschiedene Flexibilitätsmarkt-Designs und -Technologien. Dazu wurden drei Projekte lanciert: NeDeLa, nanoverbund und H2 districts.

Identifizierung neuer Geschäftsmöglichkeiten und Innovationsstrategien, um neuartige Flexibilitäts- und Sektorkopplungsoptionen zu nutzen.

Analyse potenzieller Politikmassnahmen für die Energiewende und Dekarbonisierung des Schweizer Energiesystems. 

Die Schwerpunkte werden durch die Struktur von PATHFNDR in verschiedenen Arbeitspaketen (Work Packages, WPs) konkretisiert:

WP1: Quantifizierung grosser Energiepfade für die Schweiz im europäischen Kontext.

WP2: Bewertung von Energiepfaden auf lokaler Ebene (Städte, Dörfer, Quartiere, Standorte, Netze), mit Fokus auf den Wert lokaler verteilter Ressourcen und deren optimale Nutzung.

WP3: Analyse von Technologien aus verschiedenen Energiesektoren (thermisch, elektrisch und Gas).

WP4 & WP5: Implementierung von Pilot- und Demonstrationsprojekten zum Testen von Marktmechanismen und Technologien.

WP6: Identifizierung von Störungen und Geschäftsinteressen sowie Strategien zu deren Bewältigung.

WP7: Analyse der politischen Machbarkeit, der öffentlichen Akzeptanz und der Auswirkungen von politischen Massnahmen in der Schweiz.

WP10: Koordination der Szenarien sowie Integration und Synthese der Forschungsergebnisse.

Als zentrales Tool für die Szenarienerstellung und -analyse dient dabei die Nexus-e-Plattform, die erweitert wird, um das gesamte Schweizer Energiesystem, einschliesslich Industrie, Heizung, Verkehr und Gasnetz, abzubilden.Die erwarteten Ergebnisse des Projekts spiegeln diese Schwerpunkte wider und umfassen:

Realisierbare Pfade für die Energiewende.

Planungs- und Betriebsinstrumente für verteilte Flexibilität in Multi-Energiesystemen.

Pilot- und Demonstrationsprojekte für verschiedene Flexibilitätsmarkt-Designs und -Technologien.

Identifizierung neuer Geschäftsmöglichkeiten und Innovationsstrategien.

Analyse potenzieller Politikmassnahmen für die Energiewende und Dekarbonisierung.

Insgesamt zielt PATHFNDR darauf ab, eine fundierte Basis für die Transformation des Schweizer Energiesystems hin zu Netto-Null-Emissionen zu schaffen, indem es sich umfassend mit technischen, wirtschaftlichen, regulatorischen und sozialen Aspekten der Flexibilität und Sektorkopplung auseinandersetzt.

Wie soll SWEET Projekt PATHFNDR umgesetzt werden?

Das SWEET Projekt PATHFNDR soll durch einen umfassenden, trans- und interdisziplinären Ansatz umgesetzt werden, der technische, wirtschaftliche, regulatorische und soziale Disziplinen integriert. Das Projekt, das von der ETH Zürich geleitet und vom Bundesamt für Energie (BFE) gefördert wird, strebt an, realisierbare Übergangspfade für die Integration erneuerbarer Energien in der Schweiz zu entwickeln und zu analysieren, um ein effizientes, flexibles, widerstandsfähiges, kostengünstiges und nachhaltiges Schweizer Energiesystem bis 2050 mit Netto-Null-Treibhausgasemissionen zu erreichen.

Die Umsetzung des Projekts erfolgt durch folgende Kernpunkte.

Beantwortung von fünf zentralen Forschungsfragen:

Wie ein effizientes, flexibles, widerstandsfähiges, wettbewerbsfähiges und nachhaltiges Schweizer Energiesystem bis 2050 aussehen wird.

Welche legislativen und regulatorischen Rahmenbedingungen zur Ermöglichung der Energiewende erforderlich sind, einschliesslich Anreize für Flexibilitätsanbieter und Sektorkopplung.

Welche Geschäftsmodelle und kommerziellen Wertbeiträge für die notwendige Flexibilität und Sektorkopplung entwickelt werden sollten.

Welche Massnahmen notwendig sind, um die Akzeptanz und Partizipation der Bürger und ihrer Organisationen zu gewährleisten.

Wie Pilot- und Demonstrationsprojekte flexibler Energiesysteme auf Quartiers-/Dorf-/Stadtebene am besten genutzt werden können, um das Verständnis technischer und sozioökonomischer Aspekte zu verbessern und eine breitere Akzeptanz auszulösen.

Struktur in Arbeitspaketen (Work Packages, WPs): Das Projekt ist in zehn Arbeitspakete unterteilt, von denen sechs der Forschung und Entwicklung, zwei den Pilot- und Demonstrationsprojekten und zwei dem Projektmanagement gewidmet sind.

WP1: Quantifizierung grosser Energiepfade für die Schweiz im europäischen Kontext.

WP2: Bewertung von Energiepfaden auf lokaler Ebene (Städte, Dörfer, Quartiere, Standorte, Netze), mit Fokus auf den Wert lokaler verteilter Ressourcen. Das Forschungszentrum für Energienetze (FEN) der ETH Zürich leitet dieses Arbeitspaket.

WP3: Analyse von Technologien aus verschiedenen Energiesektoren (thermisch, elektrisch und Gas).

WP4 & WP5: Implementierung von Pilot- und Demonstrationsprojekten (P&Ds) zum Testen von Marktmechanismen und Technologien. Drei P&D-Projekte wurden bereits lanciert: NeDeLa, nanoverbund und H2 districts.

WP6: Identifizierung von Störungen und Geschäftsinteressen sowie Strategien zu deren Bewältigung.

WP7: Analyse der politischen Machbarkeit, der öffentlichen Akzeptanz und der Auswirkungen von politischen Massnahmen in der Schweiz.

WP8 & WP9: Projektmanagement, einschliesslich der Verwaltung von Projektaktivitäten und Ergebnissen sowie des Wissens- und Technologietransfers an verschiedene Stakeholder.

WP10: Koordination der Szenarien sowie Integration und Synthese der Forschungsergebnisse.

Einsatz spezifischer Tools und Plattformen ("PATHFNDR Machine"):

Nexus-e: Fungiert als zentrales Tool für das Konsortium, um Szenarien auf nationaler und regionaler Ebene zu erstellen und zu bewerten, wobei technische, wirtschaftliche und soziale Randbedingungen berücksichtigt werden. Nexus-e wird erweitert, um das gesamte Schweizer Energiesystem, einschliesslich Industrie, Heizung, Verkehr und Gasnetz, abzubilden.

Euro-Calliope: Wird genutzt, um die Entwicklungen des europäischen Energiesystems als Randbedingungen für eine detailliertere Bewertung des Schweizer Energiesystems durch Nexus-e zu modellieren.

EXPANSE: Dieses Modell wird erweitert, um Flexibilitätsmassnahmen und Sektorkopplung (Wärme, Transport) einzubeziehen, und es wird eine zweiseitige Interaktion mit Nexus-e eingerichtet, um von der Komplementarität der Modelle zu profitieren (hohe räumliche Auflösung von EXPANSE und gesamtsystemischer Ansatz in Nexus-e).

ehub: Ein Tool für die Planung und Steuerung von Multi-Energiesystemen für Gebäude, Quartiere, Städte. Es soll die Darstellung von Flexibilitätsquellen wie Elektrofahrzeugen (Vehicle-to-Grid) und Demand-Side-Flexibilitäten verbessern.

CESAR-P: Ein Tool zur Modellierung von Energieszenarien, um den aktuellen und zukünftigen Energiebedarf von Gebäuden in Quartieren zu bewerten. Es wird eine Methodik zur Bewertung von Energie-Flexibilitätspotenzialen von Gebäuden entwickeln.

ReMaP: Eine Plattform zur Entwicklung und Validierung neuer Steuerungskonzepte und Komponenten in einer nahtlosen Prozessumgebung, die von der Softwareumgebung bis zur Hardwareumgebung reicht und bestehende Demonstrationsplattformen wie die Energy System Integration (ESI) Plattform am PSI und die ehub-Plattform bei Empa nutzt.

SecMOD: Ein Modell zur Analyse von Dekarbonisierungsstrategien gekoppelter Energiesysteme, das mit Nexus-e verknüpft wird, um Informationen über zusätzliche Sektoren (z.B. Heizung) zu liefern.

Kooperationen und Wissenstransfer: Das Projekt arbeitet mit einem Konsortium aus acht Forschungspartnern (ETH Zürich, Empa, PSI, ZHAW, HSLU, UNIGE, EPFL und TU Delft) und 25 Kooperationspartnern aus Industrie und öffentlicher Hand zusammen. Es werden regelmässige Workshops und Konferenzen organisiert, um den Austausch innerhalb der Forschungsgemeinschaft und mit externen Partnern zu fördern und Ergebnisse zu präsentieren. Die Ergebnisse werden zudem in Syntheseberichten, Fachartikeln, Policy Briefs und weiteren Formaten veröffentlicht und zugänglich gemacht. Die Zusammenarbeit mit CROSS (CooRdination Of Scenarios for SWEET) ist ebenfalls zentral, um die Vergleichbarkeit von Szenarioanalysen und die Glaubwürdigkeit der Ergebnisse innerhalb der SWEET-Konsortien zu gewährleisten.

Durch diese umfassende Umsetzung sollen realisierbare Pfade für die Energiewende bereitgestellt, Planungs- und Betriebsinstrumente entwickelt, Pilot- und Demonstrationsprojekte durchgeführt, neue Geschäftsmöglichkeiten identifiziert und potenzielle Politikmassnahmen analysiert werden.

SWEET Förderprogramm Schweiz.

Disclaimer / Abgrenzung

Stromzeit.ch übernimmt keine Garantie und Haftung für die Richtigkeit und Vollständigkeit der in diesem Bericht enthaltenen Texte, Massangaben und Aussagen.

Quellenverzeichnis (Juni 2025)

SWEET Projekt PATHFNDR 
(PATHways to an Efficient Future Energy System through Flexibility aND SectoR Coupling).


https://sweet-pathfndr.ch/

https://sweet-pathfndr.ch/about/

https://sweet-pathfndr.ch/partners/

https://sweet-pathfndr.ch/toolbox/

https://sweet-pathfndr.ch/the-machine/

https://sweet-pathfndr.ch/publications/

https://sweet-pathfndr.ch/energy-challenge/

https://sweet-pathfndr.ch/conference2024/

https://www.sweet-decarb.ch/news/article/2nd-decarbch-networking-conference

https://sweet-pathfndr.ch/past-events/

https://www.zhaw.ch/en/research/project/72874

https://nexus-e.org/pathfndr/

https://www.bfe.admin.ch/bfe/en/home/research-and-cleantech/funding-program-sweet/calls-for-proposals-overview/sweet-integration-of-renewables.html

https://www.fen.ethz.ch/activities/system-planning/pathfndr.html

https://rre.ethz.ch/research/academic-collaborations/pathfndr.html

https://www.aramis.admin.ch/Texte/?ProjectID=48860

https://nexus-e.org/news/4/

https://www.unige.ch/res/projects

https://energeiaplus.com/2021/09/16/sweet-konsortium-pathfndr-auf-dem-weg-zu-einem-nachhaltigen-energiesystem/

https://www.hslu.ch/en/lucerne-university-of-applied-sciences-and-arts/research/projects/detail/?pid=5747

https://www.psi.ch/en/cee/large-scale-projects

https://energeiaplus.com/2021/02/18/sweet-ausschreibung-zuschlag-fuer-vier-forschungs-teams/?translateto=en

https://www.swiss-economics.ch/project/items/cooperation-partner-for-sweet-pathfndr-236178.html


PDF
https://sweet-pathfndr.ch/wp-content/uploads/2022/09/PATHFNDR_Workshop2022_presentation_day1.pdf

https://sweet-pathfndr.ch/wp-content/uploads/2022/09/PATHFNDR_Workshop_Posters-1.pdf