1. Das Projekt Heliogaia
Abstract (Zusammenfassung und Ergebnisse)Aller Anfang ist schwer. Doch der Anfang der Energiewende war leichter als es ihre Vollendung sein wird. Bisher konnten die noch vorhandenen konventionellen Erzeuger wetterabhängig zurückgefahren oder zugeschaltet werden. So blieb die Speicherfunktion den fossilen Trägern überlassen. Die künftige Entwicklung wird ungleich anspruchsvoller, die Wirkungsgrade wegen der zunehmend nötigen Speicherung geringer. Eine Verfügbarkeitsgrenze für regenerative Energien innerhalb Deutschlands existiert bei absehbarem Energiebedarf zwar nicht, dafür aber Akzeptanz- und vor allem Speicherprobleme.
Neue Ideen und Initiativen sind gefragt.
Heliogaia ist das Klimaschutzprojekt mit dem zur Zeit größten Erfolgspotential.Etwa ein Drittel des momentanen Endenergieverbrauchs kann damit innerhalb weniger Jahre regenerativ ersetzt werden.
Bild 2 zeigt anschaulich, wie schmal der Anteil der regenerativen Energien im Vergleich zu den konventionellen in Wahrheit noch ist. Von 2493 TWh im Jahre 2019 bundesweit verbrauchter Endenergie wurden 470 TWh regenerativ erzeugt. Das ist ein Anteil von 18,8%. Die Erweiterung der vorangehenden 20 Jahre betrug etwa 400 TWh, also 16%.
Bei diesem Ausbautempo benötigte die Energiewende noch über hundert Jahre.
Bild 2: Endenergieverbrauch vor Corona in Deutschland nach Trägern: [96], Tabellen 6, 20.
Gesamt: 2493 TWh
1 TWh= 109 kWh= 3,6 PJ= 3,6*1015 J;
1 Terawattstunde= 1 Milliarde Kilowattstunden= 3,6 Petajoule= 3.600.000.000.000.000 Joule;
1 TWh sind etwa 12 kWh pro BRD-Bürger
10 TWh/a= 1,14 GW (etwa ein Atomreaktor im Volllastbetrieb)
Gewisse Grenzen sind bereits jetzt erreicht, Nebenwirkungen der Entwicklung werden sichtbar.
Beispielsweise kann der Biomasseanbau zur Energiegewinnung allein schon durch das gegebene Flächenlimit nicht wesentlich gesteigert werden. Und: Industriealisierte Landwirtschaft ist hauptverantwortlich für die Verarmung der Landschaften und die Vergiftung der Böden, mit allen bekannten Folgen, weltweit.
Eine insekten-, boden- und wasserfreundliche Betriebsführung muss in den Vordergrund treten. Biogasanlagen können zur Verwertung der dabei anfallenden Pflanzen und der organischen Reste aus anderen Bereichen nützlich sein. Eine energetische Rechtfertigung der aktuellen Maisfeldpraxis besteht nicht, angesichts der Folgeschäden und bei so grottenschlechten Wirkungsgraden von unter 1%.
Auch dürfen global keine schützenswerten oder indigen bevölkerten Gebiete mehr für Energieprojekte geopfert werden, neue Erdgasfelder, Ölplantagen und dergleichen.
Wollen wir etwa im eigenen Land mit "Klimaschutz" brillieren, zugleich aber verbrecherisch weltweit den größten Schaden anrichten? [98] [102] [129] Eine saubere Umstellung der Energiewirtschaft kann auf eigenem Boden erreicht werden.
Auch Windenergieanlagen haben nicht nur Freunde.
Landschaftsbilder werden großflächig beunruhigt und zerstört [148], fliegende Wildtiere erschlagen.
Die Größenordnungen dazu betrugen 2019 in Deutschland: Jährlich hunderttausend Vögel, jährlich zweihundertfünfzigtausend Fledermäuse und täglich eine Milliarde Insekten.
Windräder sollten künftig nur in unbedingt notwendigen Mengen aufgestellt werden, sinnvoll konzentriert und an industriell vorgeprägten Standorten.
Jeder Turm in der Landschaft ist ein weithin sichtbares Ausrufezeichen: Verbrauche nicht so viel Strom!
In welchen Bereichen die größten Erfolge bei der weiteren Entwicklung zu erwarten sind, zeigt ein Blick auf Hauptanteile am Endenergieverbrauch: Rundet man großzügig und ignoriert geringe Überschneidungen, so entfallen
- ein Viertel auf den Stromverbrauch,
- ein Viertel auf den Verkehr und
- die Hälfte auf den Wärmeverbrauch.
Die Werte ähneln sich in allen Industriestaaten des gemäßigten Klimas.
Bild 3: Endenergieverbrauch in Deutschland: gerundet 2500 TWh
(genauere Zahlen findet man in [151] zu Jahr 2019; [152] zu Jahr 2022 oder [69]), [96])
Während bereits etwa 50% des aktuellen Stromverbrauchs regenerativ ersetzt sind (mit dem Vorbehalt der zuverlässigen Verfügbarkeit), hat sich in den anderen Bereichen kaum etwas getan. Dort dominiert noch immer der fossile Energieträger.
Wegen seines überragenden Anteils rückt der Wärmeverbrauch in den Fokus.
Er unterteilt sich seinerseits wieder in ein Drittel industrielle Prozesswärme bei über 100°C und zwei Drittel Niedertemperaturanwendungen, vor allem Warmwasser und Raumheizung.
Auf letztere konzentriert sich Heliogaia, also auf etwa ein Drittel des
gesamten Endenergieverbrauches,
der kurz- bis mittelfristig einfach durch Sonnenwärme ersetzt werden soll.
der kurz- bis mittelfristig einfach durch Sonnenwärme ersetzt werden soll.
Das jährliche Energieangebot der Sonne ist auf der Fläche Deutschlands mit knapp 400.000 TWh rund fünfhundert mal größer als der aktuelle Raumwärmebedarf. Dennoch wird es wegen seiner ungleichen Verteilung auf die Monate bisher kaum genutzt.
Schon einige Jahrzehnte entwickelt und erprobt man Anlagen mit Langzeit- Wärmespeichern (Jahreswärmespeicher, saisonale Wärmespeicher, hier vorwiegend Saisonspeicher genannt). [123], [48] Damit wird es möglich, durch Beachtung einfacher physikalischer Prinzipien, Teile des gigantischen Wärmeüberschusses aus dem Sommer in den Winter zu retten.
Die bisher erprobten Projekte waren jedoch zu klein, zu aufwendig und bei künstlich niedrig gehaltenen Kosten der fossilen Energieträger noch nicht überzeugend konkurrenzfähig. Außerdem wurden die Speicher zumeist nur ergänzend oder im Zusammenspiel mit sehr stromintensiven Wärmepumpen betrieben. Probleme entstanden durch die hohen Anforderungen an feuchteempfindliche Wärmedämmung und durch den ungewöhnlich großen Masse- und Platzbedarf direkt am Einsatzort.
Dennoch, die Entwicklung der Wärmenetze kommt erst richtig in Fluss durch eine wesentliche Vergrößerung der Saisonspeicher und der zugehörigen Versorgungsgebiete. Größere kompakte Körper halten die Wärme länger. Aufwendige Dämmung verliert an Bedeutung oder ist gänzlich überflüssig.
Je größer der Speicher, desto geringer die anteiligen Kosten und Wärmeverluste.
Diese banale Erkenntnis wird mit den unter Szenario gerechneten Abschätzungen untermauert und hier vorweggenommen:| Szenario | Einwohner | Speichervolumen | Speicherverluste | Speicherkosten |
| zum Stichtag | m3 | % | €/kWh | |
| Berlin | 3.644.826 | 504.878.027 | 4,9 | 0,0008 |
| Cottbus | 100.219 | 18.066.692 | 7,5 | 0,0017 |
| Gemeinden um Röbel | 7.518 | 1.312.169 | 21,9 | 0,0038 |
| Gemeinden um Rietz | 3.414 | 629.510 | 28,3 | 0,0045 |
Das folgende Bild 4 zeigt auch graphisch die durch weitere Simulationen ermittelten Verlustanteile aus ungedämmten, ins Erdreich integrierten Saisonspeichern von mehreren Millionen Kubikmetern Speichermasse in Abhängigkeit von der Abnehmerzahl im Fernwärmenetz.
Bild 4: Verlustanteile aus ungedämmten Heliogaia-Saisonspeichern in Abhängigkeit von der Abnehmerzahl,
willkürliche Tiefenbegrenzung auf 140 m
Daraus ersieht man z.B., dass die Verluste ab 55.000 Abnehmern unter 10% sinken.
Ebenso wie große Saisonspeicher müssen Wärmequellen in die Erzeugerseite der Fernwärmenetze eingebunden werden:
- industrielle Abwärme und
- Felder thermischer Solarkollektoren
Neben der nun erst komplett verwertbaren Abwärme wird paradoxerweise der Treibhauseffekt zu einem wirksamen Mittel gegen den Klimawandel:
Solarthermiekollektoren nutzen den Treibhauseffekt, eine sehr lange bekannte und einfache Technik: die dunkle Fläche hinter Glas.
Ihre Effektivität ist im Vergleich zu elektrischen Solaranlagen bei den zur Raumheizung erforderlichen Temperaturen ungefähr dreimal höher, im Vergleich zum Biomasseanbau sogar bis über hundert mal.
Das bedeutet, dass bei Wärmenutzung ein einziger Quadratmeter thermischer Sonnenkollektor etwa drei Quadratmeter Photovoltaik oder mehr als hundert Quadratmeter Maisfeld ersetzt. Ihr Anteil an der Energiewende muss folglich mit entschiedener Priorität vorangetrieben werden. [Wirkungsgrade]
Um ein Verständnis für den Wert der hier behandelten Energieform Wärme im Verhältnis zur Elektroenergie zu erlangen, möge sich der Leser auf ein interessantes Gedankenexperiment einlassen und folgendes abschätzen:
Bis in welche Höhe kann sich ein erwachsener Mensch mittels eines elektrisch betriebenen Aufzuges hinaufziehen lassen, wenn dazu die gleiche Energiemenge zur Verfügung steht wie für zwei Minuten warmes Duschen? (Lösung)
In der Literatur und in Programmschriften der Politik finden die sehr großen Saisonspeicher für Wärme viel zu wenig Beachtung, mit Blick auf ihr ungeheures Einsatzpotential als Schlüssel zur Massenanwendung der unschlagbar effektiven Solarthermie- bzw. Hybridkollektoren.
Auch die Ampelregierung konnte sich im Koalitionsvertrag nur zu zwei Sätzen dazu durchringen: "Wir werden uns für eine flächendeckende kommunale Wärmeplanung und den Ausbau der Wärmenetze einsetzen. Wir streben einen sehr hohen Anteil Erneuerbarer Energien bei der Wärme an und wollen bis 2030 50 Prozent der Wärme klimaneutral erzeugen."
Immerhin!
Eine dem Problem angemessene Einlösung wäre nun die zeitnahe Realisierung einiger Startprojekte zu Heliogaia bei voller Finanzierung, wenigstens je Bauart-Variante ein Muster mit 7000 bis zu einmal auch wenigstens 50000 Abnehmern, also für rund 2 Milliarden Euro. Die ersten vier willigen und geeigneten Städte bekommen den Zuschlag.
Hat sich das System bewährt, sind kaum mehr Förderungen nötig, weil es alle Gemeinden nachbauen wollen.
Leider ist bisher noch nichts dergleichen geschehen. Stattdessen vergeudete man wertvolle Zeit damit, ökologisch fragwürdige, teure und stromfressende Wärmepumpen als das Mittel der Wärmewende auszurufen. (Siehe Kapitel 5.3.) Fernwärmegipfel und Gesetzesnovelle lassen wieder Hoffnung entstehen.
Bei entsprechendem Engagement wird es mit dem hier vorgestellten Szenario kurz- bis mittelfristig möglich, einen wirklich entscheidenden Schritt zur Lösung der Probleme zu gehen:
- Die Abhängigkeit von Energieimporten verschwindet.
- Die Ausbeutung der letzten fossilen Kohlenstoffverbindungen zu Heizzwecken wird abgebrochen.
- Eine erneut aufbegehrende Kernenergielobby verliert Argumente.
- Der Ausbau der Stromnetze, Elektrospeicher und der Windkraft kann durch weitgehenden Verzicht auf Wärmepumpen wesentlich geringer ausfallen als bisher avisiert.
- Formulierte Klimaziele lassen sich viel schneller erreichen und übererfüllen.
- Forderungen nach übertriebener Wärmedämmung und die wachsende Verteilung von Styropor & Co in unserer Umwelt werden einschränkt.
- Thermische Störungen des Untergrundes und Vermischung der Grundwasserhorizonte durch unzählige Einzelmaßnahmen werden durch die Zentralisierung minimiert.
- Das Kostenniveau für eine Bereitstellung von Raumwärme wird stabilisiert.
- Sehr viele Menschen bekommen eine sinnvolle Arbeit, was den Ausstieg aus veralteten Technologien erleichtert.
- Wir leisten einen Beitrag zu krisenfester Wirtschaft und nachhaltiger Wärmeversorgung.
- Bei internationaler Ausstrahlung der Modellprojekte kommt es zur entscheidenden Wirkung auf den globalen Klimaschutz.
Für Brennstoff und Heizung sind riesige Geldmengen in Umlauf (jährlich 65 Milliarden €). [10], S.7
Wegen der Bedeutung der hier vorgestellten Technik und ihres unglaublichen Anwendungspotentials birgt das Projekt Heliogaia in wenigen Jahren Möglichkeiten zu einem Milliardengeschäft, an dem sich jeder mit mehr oder weniger Gewinn beteiligen kann. Die Hauptgewinne aber sind:
Wärme und saubere Luft für alle.
---> Die Technik
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