1. Das Projekt Heliogaia
Abstract (Zusammenfassung und Ergebnisse)Aller Anfang ist schwer. Anders bei der Energiewende. Ihr Anfang war leichter als es das Ende sein wird. Bisher konnten noch vorhandene konventionelle Erzeuger wetterabhängig zurückgefahren oder zugeschaltet werden. So blieb die Speicheraufgabe den fossilen Trägern überlassen. Nach deren Wegfall wird alles anspruchsvoller, die Effektivität regenerativer Energien wegen nötiger Speicherung geringer. Bild 1 zeigt anschaulich, wie schmal deren Anteil noch ist.
Selbst Auge in Auge mit der Krise hat sich in vier Jahren nur wenig bewegt, wie der Vergleich zur Vorgängerversion zeigt (Bild 2 von 2019):
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)
Bioenergie ist allein durch das Flächenlimit ausgereizt. Feld und Wald sind heute kaum verantwortbaren Belastungen ausgesetzt. Eine energetische Rechtfertigung der aktuellen Maisfeldpraxis besteht nicht, angesichts der verheerenden Folgeschäden für Wasser, Boden und Biodiversität - 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, illegale Waldrodungen in Ost- und Südeuropa für Kaminholz und dergleichen. Wollen wir etwa im eigenen Land mit "Klimaschutz" brillieren, dafür aber verbrecherisch weltweit den größten Schaden anrichten? [98] [102] [129]
Auch Windräder haben nicht nur Freunde. Landschaftsbilder werden großflächig beunruhigt und zerstört [148], fliegende Wildtiere erschlagen. Die Größenordnungen dazu betrugen bereits 2019 in Deutschland:
- Jährlich hunderttausend Vögel,
- jährlich zweihundertfünfzigtausend Fledermäuse und
- zur Flugzeit täglich eine Milliarde Insekten.
Allein durch einen fortgesetzten Ausbau von Wind und Photovoltaik lässt sich unser Problem nicht lösen.
Wie füllen wir längere Dunkelflauten und das Winterloch?
Strom lässt sich in geringen Mengen durch Batterien und Pumpwerke angemessen effektiv speichern, allerdings mit sehr hohem Aufwand. Für größere Reserven brauchen wir die viel verlustreichere Umwandlung von Strom zu Gas.
Weitere Ideen und Initiativen sind gefragt.
In welchen Bereichen die größten Erfolge bei der künftigen 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.
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 etwa die Hälfte des Stromverbrauchs bereits regenerativ ersetzt ist (mit dem Vorbehalt der zuverlässigen Verfügbarkeit), hat sich in den anderen Bereichen kaum etwas getan.
Wegen ihres überragenden Anteils rückt die Wärme in den Fokus.
Der Bedarf teilt sich in ein Drittel industrielle Prozesswärme bei über 100°C und zwei Drittel für 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.
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 kommt nun erst richtig in Gang durch eine wesentliche Vergrößerung der Saisonspeicher und Versorgungsnetze. Größere kompakte Körper halten die Wärme länger. Aufwendige Dämmung wird überflüssig.
Je größer der Speicher, desto geringer die anteiligen Kosten und Wärmeverluste.
Diese banale Erkenntnis wird mit den unter Szenario geführten 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 Netze eingebunden werden:
- thermische Solarkollektoren und
- industrielle Abwärme
Neben der nun erst ganzjährig 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 zwei bis dreimal höher, im Vergleich zum Bioenergie sogar bis über hundert mal.
Das bedeutet, dass bei Wärmenutzung ein einziger Quadratmeter thermischer Sonnenkollektor immer zwei, oft drei Quadratmeter Photovoltaik oder mehr als hundert Quadratmeter Maisfeld ersetzt. Solarthermie muss folglich mit Priorität vorangetrieben werden. [Wirkungsgrade]
Bild 5 : Wirkungsgrade regenerativer Energien
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 mit Blick auf ihr ungeheures Einsatzpotential viel zu wenig Beachtung.
Ein dem Problem angemessener Schritt ist nun die zeitnahe Realisierung einiger Pilotprojekte zu Heliogaia mit 10.000 bis 100.000 Anschließern, bei voller Finanzierung aus öffentlichen Haushalten. Mit der Pionierleistung sind die einzelnen Städte überfordert. Die ersten Bauwilligen Kommunen bekommen den Zuschlag. Hat sich das System erst bewährt, sind kaum mehr Förderungen nötig, weil alle Gemeinden es nachbauen wollen.
Leider hat auch die letzte Regierung trotz großer Ankündigungen zu Wärmenetzen nichts Vergleichbares zustande gebracht. Stattdessen vergeudete man wertvolle Zeit damit, ökologisch fragwürdige, teure und stromvernichtende Wärmepumpen als das Mittel der Wärmewende auszurufen. (Siehe Kapitel 5.3.)
Bei entsprechendem Engagement wird es mit dem hier vorgestellten Szenario kurz- bis mittelfristig möglich sein, 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 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 mit der Zentralisierung vermindert.
- 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.
- Durch die Leuchtturmfunktion der Modellprojekte kommt es zu einer starken 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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