Der Weg zur zukunftsfähigen Energieversorgung
Wie schaffen wir den Umstieg zu einer nachhaltigen und damit zukunftsfähigen Energieversorgung unserer Gebäude und Siedlungen auf Basis erneuerbarer Energien?
Diesen Vorgang haben wir in einem Video beispielhaft dargestellt.
Betrachten wir ein Bestandsgebäude: Oft ist hier keine oder nur eine geringe Wärmedämmung vorhanden. Um Wärmeverluste in Zukunft zu reduzieren, ist der erste Schritt, eine energetisch zielführende Wärmedämmung nachzurüsten. Dabei sollte die Graue Energie, die für die Produktion der Dämmmaterialien aufgewendet werden muss, und die spätere sortenreine Trennbarkeit beim Rückbau des Gebäudes berücksichtigt werden.
Um die Energieversorgung nachhaltig zu gestalten, wird für den Strom eine Photovoltaik-Anlage auf dem Dach installiert. Gleichzeitig liefert eine Erdwärmesonde in Kombination mit einer Wärmepumpe thermische Energie aus dem Erdreich und ersetzt somit die Wärmeversorgung aus fossilen Energieträgern wie Öl oder Gas.
Um Wärmeverluste in Zukunft zu reduzieren, ist der erste Schritt, eine energetisch zielführende Wärmedämmung nachzurüsten.
Betrachten wir das Gebäude jetzt in seinem Kontext: Die Siedlung wird durch Neubauten erweitert, die bereits über einen hohen Dämmstandard, PV-Module sowie Erdwärmekollektoren mit Wärmepumpen verfügen. Diese schließen an bestehende Bestandsbebauung an, die dezentral und mit fossilen Energieträgern beheizt werden.
Ein Zwischenschritt zur nachhaltigen Lösung war es in den letzten Jahrzehnten, die Häuser mit einem Wärmenetz zu verbinden, das diese zentral mithilfe eines Heizkraftwerks mit Wärme versorgt und gleichzeitig Strom erzeugt. Denn wenn fossile Energien verbrannt werden müssen, dann immer zur Erzeugung der exergetisch höchsten Energieform, elektrische Energie. Durch die Nutzung der dabei entstehenden Abwärme zum Heizen der Gebäude wird der vollständige Primärenergieeinsatz zielführend genutzt.
Wenn fossile Energien verbrannt werden müssen, dann immer zur Erzeugung der exergetisch höchsten Energieform elektrische Energie bei gleichzeitiger Abwärmenutzung.
„Zentrale“ erneuerbare Energiequellen wie Windräder und PV-Großflächenanlagen (bestenfalls als Überdachungen von Parkplätzen oder auf großen Logistikhallendächern) werden ans Stromnetz angeschlossen. Zusammen mit den dezentralen Anlagen auf den Einzelgebäuden steigern sie den Anteil erneuerbarer Energien im öffentlichen Versorgungsnetz. Erdwärmekollektoren und Erdwärmesonden nutzen oberflächennaheste und oberflächennahe Geothermie und liefern mithilfe von zentralen Wärmepumpen Wärme ins Wärmenetz. Durch die Einspeisung der Wärmepumpen kann das Heizkraftwerk zunächst unterstützt und im Idealfall sogar ganz abgelöst werden. Durch die bessere Dämmung der Bestandsgebäude und der Nachrüstung von Flächenheizungen oder Niedertemperaturheizkörpern kann zudem die Netztemperatur in den Gebäuden abgesenkt werden, wodurch die Wärmepumpen effizienter laufen und weniger Strom benötigen.
Erneuerbare Energiequellen werden ans Stromnetz angeschlossen und der Anteil erneuerbarer Energien immer weiter erhöht.
Ein weiterer Schritt kann die Umstellung auf eine dezentrale Wärmeversorgung auf Basis eines Kalten Nahwärmenetzes sein: Anstatt die Temperatur mit zentralen Wärmepumpen zu erhöhen, wird die Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau zu den einzelnen Häusern transportiert und erst dort durch dezentrale Wärmepumpen auf das nutzbare Niveau zum Heizen und zur Trinkwarmwasserbereitung gebracht. So werden Wärmeverluste vermieden und teilweise sogar noch Wärmegewinne realisiert.
An dieses Netz können nun auch andere Gebäudearten, wie zum Beispiel Supermärkte und Rechenzentren, angeschlossen werden und nicht nur die Wärmeversorgung dieser übernehmen, sondern auch als natürliche Wärmesenke dienen. Der große Vorteil in einem solchen „Prosumer“-Netz ist, dass die verschiedenen Akteure interagieren und voneinander profitieren können: Wärme und Kälte können je nach Bedarf gegenseitig ausgetauscht und genutzt werden.
Ein weiterer Schritt kann die Umstellung auf eine dezentrale Wärmeversorgung auf Basis eines Kalten Nahwärmenetzes sein.
Gleichzeitig können diese Quartiere Regelenergie für das übergeordnete elektrische Versorgungsnetz zur Verfügung stellen. Jedes Quartier für sich alleine ist dabei noch nicht elementar. Wenn jedoch alle Quartiere mit entsprechender Technologie ausgestattet und diese intelligent miteinander gekoppelt werden ist auch dies ein elementarer Baustein der Energiewende.
Netze dieser Art können unterschiedlich aussehen: Je nach Lokalität und Standortbedingungen, Größe und Beschaffenheit des Quartieres eignen sich verschiedene Lösungen der Energiegewinnung. Ob es die Nutzung von Geothermie mithilfe eines großflächigen Erdwärmekollektors, der Nutzung von Abwasserwärme, von Gewässern oder der Luftwärme ist – Die Umwelt bietet überall Potenzial, das genutzt werden will.
Die Umwelt bietet überall Potenzial, das genutzt werden will.