Abstract, Zusammenfassung und Ergebnisse
Heliogaia ist das Klimaschutzprojekt mit dem zur Zeit größten Erfolgspotential, wirtschaftlich alternativlos, ein Quantensprung für die Energiewende:
Rund ein Drittel der in mittleren Breiten benötigten Endenergie ist Wärme bei Temperaturen unter 80 °C.
Dieser riesige Bedarf wird noch immer vorwiegend durch fossile Brennstoffe gedeckt.
Die jährlich hier eintreffende Sonnenwärme ist aber rund fünfhundert mal größer als der aktuelle Raumwärmeverbrauch.
Weil ein Teil dieses Überschusses aus dem Sommer in die Heizperiode gerettet werden kann, lässt sich damit unser Niedertemperatur-Wärmebedarf vollständig regenerativ absichern.
Das ist mit sehr großen, im Erdboden eingerichteten Jahreswärmespeichern besonders verlustarm und kostengünstig möglich. Die Grundzüge der benötigten Technik mit Speichervolumina von mehreren Millionen Kubikmetern und Speicherpreisen von durchschnittlich unter 0,003 € pro Kilowattstunde werden hier vorgestellt, dazu vier Kalkulationen konkreter Szenarien für die komplette Wärmeversorgung ganzer Städte bzw. Gemeindeverbände, am Ende ohne Einsatz von Kohle, Öl, Gas oder stromfressenden Wärmepumpen.
Zum Vergleich: Bisher gebaute Jahreswärmespeicher haben Inhalte von zehntausenden, maximal einigen hunderttausend Kubikmetern und kosteten zwischen 300 und 20 €/m³ Wasseräquivalent, Heliogaia-Speicher nur zwischen 2 und 10 €/m³. [110].
Alle Abschätzungen sind in den Kalkulationstabellen der Szenarien (Formate ods oder xlsx) bis zu ihren Quellen nachvollziehbar dargestellt, einige unter "Speicherverluste" exemplarisch erklärt. Die Rechentabellen dürfen mit Vorbehalt frei verwendet werden.
Die Plattform Heliogaia.de kann zur Organisationsbasis für die Erneuerung der gesamten Wärmewirtschaft ausgebaut werden. Sie zeigt Möglichkeiten zu Umsätzen in dreistelliger Milliardenhöhe und zur Schaffung sehr vieler sicherer Arbeitsplätze.
Die Veröffentlichung wendet sich nicht nur an Experten, Geschäftsleute, Kommunen und Politiker, sondern an alle Menschen mit Interesse an einer zügigeren Energiewende.
Ohne weiterführende Aktivität dieser Gruppen bleibt Heliogaia ein rein informativer Text im Netz.
Ergebnis der Kalkulationen:
Die Wohnungen und Gewerberäume von angenommen 10.000 Menschen, beispielsweise Tutzing/ Bayern, Luckau/ Brandenburg oder Lollar/ Hessen, können mit dem System 'Heliogaia' über zwei Fernheizungsleitungen komplett durch regenerativ erzeugte Wärme versorgt werden. Das Netz mit einer Ausdehnung von etwa 15 m pro Anschließer wird im Vorlauf zwischen 80 und 40 Grad und im Rücklauf mit ca. 28 Grad betrieben. Zusätzlich sind für 10.000 Abnehmer nötig:
- ein Viertel Quadratkilometer Kollektorfläche (pro Abnehmer knapp 25m²),
- ein im Erdboden mit 2% der Gesamtkosten eingerichteter Wärmespeicher, 130 m Durchmesser, 130m tief (pro Abnehmer 170 m³) sowie
- ein Elektroenergieeinsatz für Umwälzpumpen in Höhe von etwa 3% bezüglich der Heizleistung.
- technischem und energetischem Aufwand für eine Absenkung des Energieverbrauchs an Gebäuden und
- einem andererseits etwas erhöhten Installationsaufwand in Heliogaia-Fernheizsystemen
Die Jahresverluste aus dem ungedämmten Speicher, der im Oktober bei 80 Grad mit 40 Millionen kWh geladen ist, bleiben unter 20%, bei Systemen ab 50.000 Abnehmern sogar unter 10% der pro Saison eingelagerten Energie.
Im Schnitt sollen die Gebäude dazu auf einen Wärmebedarf von 80 kWh/m²/a (Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr) saniert sein. Auch ältere Gebäude sind im Durchschnitt enthalten und können mit diesen niedrigen Vorlauftemperaturen versorgt werden (nach Einbau einer passenden Flächenheizung bis zu einem Wärmebedarf von 180 kWh/m²/a: ungedämmte Ziegelmauer, ältere Doppelfenster, 10cm Dämmung im Dach).
Dieser bei mittlerem Aufwand gut erreichbare Wert von 80 kWh/m²/a wurde willkürlich gewählt, um die Abschätzungen hier durchführen zu können, ein anderer ist mit anderen Ergebnissen selbstverständlich auch möglich.
Zum Vergleich: Der gegenwärtige Durchschnitt beträgt in Deutschland 160 kWh/m²/a, bei weniger als 70 kWh/m²/a spricht man von Niedrigenergiehäusern, ... Klassifizierungen in [104].
Bis das Sanierungsziel 80 kWh/m²/a erreicht ist, helfen Heizkraftwerke oder Wärmepumpen über eine zweite Vorlaufleitung mit angehobenem Temperaturniveau, dass jedes Gebäude sofort durch Heliogaia versorgt werden kann. Der Deckungsgrad mit Solarenergie beträgt so einstweilen etwa 50%, wächst aber schließlich bis nahe 100%.
Für den bundesweiten Aufbau eines solchen Heizsystems bräuchte man 0,03% der Fläche für Speicher und maximal 1,5% für Kollektorfelder, falls keine Dächer oder Fassaden einbezogen würden, ansonsten auch deutlich weniger.
Zum Vergleich: Verkehrsflächen belegen 5%, für die Produktion von Biogas wurden 2017 sogar 7,5 % der Flächen vorgehalten, teilweise zu Heizzwecken. [103]
Für die Komplettversorgung mit Heizung und Warmwasser in privaten, öffentlichen und gewerblichen Gebäuden ergibt sich ein mittlerer laufender Aufwand von 60 € pro Person und Monat ( 81€ in der Übergangsphase mit Heizkraftwerk).
Darin enthalten sind die Installation der Anlagen, 20% Nebenkosten sowie Reparatur und Wartung.
Kapitaldienst, Fördergelder und CO2-Abgaben wurden in der Rechnung nicht beachtet. (siehe dazu Finanzierung)
Zum Vergleich: In der vergangenen Dekade haben wir ohne CO2-Abgaben monatlich 65 € pro Kopf für Gebäudeenergie aufgewandt. [10] S.7
Die rein solare Beheizung der Privathaushalte allein kostet 29 € pro Person und Monat, günstiger in Ballungszentren.
Kosten und Preise beziehen sich auf die letzte Dekade. Eine ständige Anpassung an inflationäre Entwicklungen wäre zu aufwendig und auch nicht zielführend. Die ermittelten Relationen und darauf beruhende Aussagen bestehen fort.
Andere Zahlen zum Durchschnittsverbrauch der Gebäude würden in den Szenarien andere Ergebnisse liefern.
Eine wirtschaftliche Optimierungsrechnung zwischen
Die beschriebene Technik entspricht ökologisch und ökonomisch den Anforderungen der Zukunft. Sie ist sauber, langlebig und fehlerfreundlich, ohne fragwürdige und unerprobte Hochtechnologien. Nahezu alle eingesetzten Materialien können in geschlossenen Kreisläufen geführt und nach Ablauf wieder verwendet werden, da es sich weitgehend um klassische Stoffe der Sekundärrohstoffwirtschaft handelt.
Die durch eine rasch wachsende Zahl kleiner und uneffektiver Einzelprojekte in dicht besiedelten Gebieten bereits mit Sorge betrachtete Gefährdung des Trinkwassers (durch thermische Störungen und Vermischung der Grundwasserhorizonte) wird mit der lokalen Zentralisierung kontrollierbar eingeschränkt.
Die Anfangsinvestition wird durch marktübliche Mietanteile für Heizung und Warmwasser in der Abschreibungszeit von 25 Jahren getilgt. (siehe Finanzierung)
Wer die Investition scheut, lese dazu auch: Klimawandelkosten.
Eine stark pauschalisierende Gesamtabschätzung über die rein interne Machbarkeit einer konsequenten und nachhaltigen Energiewende in Deutschland gibt es zum selber nachrechnen unter Energiewendeplan.