In der Schweiz wird mehr Wärmeenergie benötigt als elektrische Energie. Das legte Stefan Brändle (Amstein + Walthert) in seinen einleitenden Worten zum Workshop dar. Zudem ist der Bedarf für einen saisonalen Ausgleich von Produktion und Nachfrage bei der Wärmeenergie ebenfalls höher als für elektrische Energie. Deshalb plädierte Brändle dafür, die bereits verfügbaren Techniken zur saisonalen Speicherung von Wärme zu fördern.
Speichern mit Wasser
Eine seit vielen Jahren bewährte Technik für die saisonale Speicherung sind Wasser-Wärmespeicher, welche innerhalb des beheizten Gebäudes platziert und bis zu einem Temperaturniveau von 90 °C betrieben werden. In der Schweiz ist dieses Konzept vor allem durch die 100% solar beheizten Mehrfamilienhäuser der Firma Jenni Energietechnik bekannt. Firmengründer Josef Jenni präsentierte seine Konzepte und Erfahrungen beim Workshop an der HSR selbst und untermalte seine Präsentation mit Bildern vieler realisierter Projekte, in welchen die Solarwärme jeweils 50 – 100 % des Wärmebedarfs abdecken. Die Wirtschaftlichkeit dieser Projekte zeigt sich nicht beim Vergleich mit hypothetischen – d.h. eigentlich nicht bekannten - Ölpreisen der nächsten 30 Jahre, sondern beim Nachfrageüberhang nach Wohnungen in solaren Mehrfamilienhäusern, der grösser ist als für gewöhnliche Bauten.
Speichern mit Erdsonden
Ebenfalls in mehreren Projekten in der Schweiz umgesetzt ist die Speicherung von Wärme auf geringem Temperaturniveau in Erdwärmesondenfeldern. Florian Ruesch (SPF) präsentierte dazu seine Ergebnisse zur Eignung und Auslegung verschiedener Wärmequellen für die Regeneration von Erdwärmesonden in Anergienetzen, und Simon Summermatter (Lauber IWISA) präsentierte Ergebnisse aus Pilot- und Demonstrationsprojekten in Saas Fee und Blatten. Alternativ zu Erdsonden kann Wärme jedoch auch unter der Bodenplatte eines Gebäudes gespeichert werden, wie die Firma eTank darstellte, oder in Eisspeichern, die im Ausblick der Veranstaltung erwähnt wurden. Diesen Konzepten ist gemeinsam, dass sie im Winter auf eine Wärmepumpe angewiesen sind, welche das zur Verfügung stehende tiefe Temperaturniveau auf ein direkt verwertbares Niveau anhebt und im Sommer Abwärme oder Solarenergie zur Beladung nutzen.
PVT-Kollektoren zur Produktion von Strom und Wärme
Daniel Zenhäusern (SPF) erläuterte in einer Übersicht über die Technik der Photovoltaisch-Thermischen Kollektoren (PVT), welche Möglichkeiten zur Kombination von PV und Solarwärme in ein Strom- und Wärme lieferndes Panel bestehen und mit welchen Erträgen für verschiedene Anwendungen zu rechnen ist. Der Einsatz in konkreten Projekten wurde anhand eines Pilot- und Demonstrationsprojektes in Oberfeld aufgezeigt. Eine vom SPF verfasste Übersichtsstudie (siehe ee-news.ch vom 1.9.2017 >>) zeigt den Stand der Technik und des Marktes auf.
Wärmespeicher für Wärmenetze
In Dänemark, Kanada und Holland werden für grösseren Wärmebedarf, wie er in Wärmenetzen im Winter üblicherweise auftritt, auch grossvolumige Erdbecken- und Erdwärmesondenspeicher auf direkt nutzbarem Temperaturniveau betrieben. Aart Sneijders (IF-Tech International) präsentierte Erfahrungen aus Kanada. In der Drake Landing Solar Community wird ein Erdwärmesondenspeicher im Sommer bis auf 80 °C aufgeheizt, und damit im Winter direkt Raumwärme geliefert. Dieses System ist bereits seit über 10 Jahren in Betrieb, und liefert zuverlässig solare Deckungsgrade über 90%. In Dänemark bereits mehrfach umgesetzt ist die Technik der Erdbeckenspeicher, welche von Dadi Sveinbjörnsson (Plan Energi) präsentiert wurde. Beeindruckend ist das Speichervolumen von bis zu 200‘000 m3 für bereits in Betrieb genommene Erdbecken-Wasserspeicher in Dänemark, wo weitere 2 Mio. m3 Speichervolumgen für Wärmenetze in Planung sind.
Tiefe Speicherkosten
Eine Gemeinsamkeit dieser „warmen“ Erdwärmesonden- und Erdbeckenspeicher ist die Tatsache, dass sie auf Grund des grossen Volumens und des dadurch geringen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen keine Wärmedämmung gegenüber dem umgebenden Erdreich benötigen – das Erdreich selber dämmt und puffert die Wärme genügend. Obwohl diese Speicher nur gegen oben wärmegedämmt sind, betragen die Wärmeverluste über das Jahr im Falle grosser Erdbeckenspeicher weniger als 10%. Dies und die Tatsache, dass kein Behälter gebaut werden muss, senkt die spezifischen Speicherkosten solcher Projekte substantiell, und macht diese Techniken deshalb für Projekte entsprechender Grösse besonders attraktiv. Laut den Berechnungen von Plan Energi können Erdbeckenspeicher bereits zu einem Preis von 30 €/m3 realisiert werden, was einem Preis für die saisonale Speicherung von Wärme von 3.5 Eurocent/kWh entspricht. Im Vergleich dazu wäre eine saisonale Speicherung von elektrischer Energie mit Li-Ionen-Technik auch unter optimistischen Annahmen um über Faktor 100 teurer, und selbst eine Speicherung in Pumpspeicherkraftwerken wäre um ein Vielfaches teurer.
Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer im Zentrum
Die Fragen des Publikums drehten sich hauptsächlich um Kosten und Wirtschaftlichkeit, sowie um die Frage der Lebensdauer, Materialwahl, Systemintegration und thermische Speicherschichtung. Es wurde darüber diskutiert, dass eine Temperaturlimitierung der Beladung von Erdsonden auf 30 °C in der Schweiz häufig verlangt werde, jedoch nichts mit der Beständigkeit des Sondenmaterials oder mit der Migration von Wasser oder Feuchte bei einer korrekt hinterfüllten Sonde zu tun haben könne.
Text: Hochschule für Technik Rapperswil (HSR)
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