ETH-Klimablog - Energie - Monte Rosa Hütte – die Idee (Teil 1)

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Monte Rosa Hütte – die Idee (Teil 1)

29.07.2010 von

In diesem und dem nächsten Blogbeitrag erzähle ich Ihnen mehr über die Steuerung der Energieflüsse in der Neuen Monte Rosa-Hütte. Die Serie meiner Blogs zum Automobil werde ich zu einem späteren Zeitpunkt abschliessen.

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Komplexe Systeme am Anschlag?

Die technischen Systeme um uns herum werden immer komplexer, aber ich frage mich manchmal: Holen wir wirklich das Bestmögliche aus diesen Anlagen heraus?

Ein typisches aber noch überschaubares Beispiel eines solchen komplexen Systems ist die Neue Monte Rosa-Hütte, welche ihren Energie- und Wasserbedarf möglichst autark decken soll. Zu diesem Zweck verfügt die Hütte über Photovoltaik- (PV) und Solarwärmepaneele, bezieht das Wasser aus einer Schmelzwasserkaverne und reinigt das Abwasser selbst in einer hauseigenen Abwasserreinigungsanlage (ARA). Wenn die Sonne nicht scheint, wird der Strom aus einer Batterie entnommen und die Wärme aus Heisswasserspeichern. Auch die ARA verfügt über einen Speicher, um Abwasserspitzen auffangen zu können.

All diese Elemente sind sehr teuer und der Platz in der Hütte ist beschränkt, so dass die Elemente nicht beliebig gross sein können. Für den Fall, dass deren Kapazität nicht ausreicht ist zusätzlich ein Blockheizkraftwerk (BHKW) in der Hütte vorhanden. Mit diesem können gleichzeitig elektrische Energie und Wärme erzeugt werden. Leider benötigt dieser dieselelektrische Generator Treibstoff, der mit einem Helikopter zur Hütte gebracht werden muss. Das ist weder ökologisch noch ökonomisch sinnvoll. Es ist deshalb klar, dass das BHKW möglichst selten zum Einsatz kommen soll.

Mit Steuerungen das Potenzial ausschöpfen

Wir arbeiten deshalb im Labor an Steuerungen, welche das vorhandene Potenzial möglichst vollständig ausschöpfen können. Dazu braucht es zwei wichtige Voraussetzungen: Erstens müssen Informationen über die zukünftigen Randbedingungen bekannt sein. In unserem Fall sind dies der Wetterverlauf und die erwartete Gästezahl. Zweitens müssen wir in der Lage sein, den zukünftigen Füllstand der Speicher vorauszusagen. Dank unseren Projektpartnern haben wir dazu alle benötigten Informationen. Zu diesen Informationen entwickeln wir die mathematischen Modelle, mit denen wir auf leistungsfähigen Rechnern die erwarteten Füllstände berechnen können.

Wie die Steuerung der Energieflüsse funktioniert und wie sie alle Informationen optimal umsetzt, erfahren Sie in meinem nächsten Beitrag «Monte Rosa-Hütte – die Idee (Teil 2)». Der Beitrag wird kommenden Montag aufgeschaltet.

Zum Autor

Lino Guzzella ist Professor für Thermotronik an der ETH Zürich. Persönliches Zitat und Biografie

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Kommentare (4) >Alle Kommentare aufklappen>Alle Kommentare zuklappen

Sehr geehrter Herr Holzherr

Bitte entschuldigen Sie meine späte Antwort, nach den Ferien war der Pendenzenberg einfach sehr gross. Sie haben natürlich recht, dass Batterien zwar eine flexible aber doch recht teure Speicherung von elektrischer Energie ermöglichen (die viel diskutierten Li-Ionen Batterien liegen heute bei etwa 1’000 Fr. pro kWh und in 5 Jahren werden sie wohl bei etwa 500 Fr. pro kWh sein). Es werden viele andere Ideen zur Speicherung von elektrischer Energie diskutiert (neben den von Ihnen genannten Varianten kommen mir die Speicherung in Stauseen, die Speicherung von Druckluft in grossen Kavernen und die Speicherung als Wärmeenergie in den Sinn). Eine sehr interessante Art der Speicherung von Sonnenenergie ist zudem der vom PSI vorgeschlagene Ansatz über Metalle (siehe zum Beispiel http://weblb1.psi.ch/medien/Medienmitteilungen/mm_sonnenenergie/mm_sonnenenergie_e_bild.html). Sie sehen, es laufen viele Forschungsprojekte in diese Richtung. Für die Neue Monte Rosa-Hütte wollten wir aber auf möglichst bewährte Komponenten zurückgreifen und uns auf die Optimierung des Gesamtsystems konzentrieren. Daher die Wahl von konventionellen Batterien.

Freundliche Grüsse,
Lino Guzzella

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Hallo Martin,

mit dem Marchetti habe ich mal ein paar emails ausgetauscht. Er hat mir nach einem Vortrag eine mail geschrieben..

Nach einigem hin und her hat er mir in etwa geschrieben: „Gaskraftwerke haben eine Effizienz von 5% „.

Ich habe ihm geantwortet: heutige moderne Gaskraftwerke schaffen in etwa 60%

Hat er nochmal geantwortet: ah.. er waere zu alt um die Physik neu zu lernen und das war das letzte Wort von ihm an mich!

Soviel zu den Hypothesen von Marchetti..

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Sehr geehrter Herr Professor Guzella,

danke für den Artikel über einen interessanten Anwendungsfalls eines (teil-)autarken Systems. Ich formuliere unten einen Frage zur Wahl des Stromspeichers, vor allem weil die Wahl des Stromspeichers auch bei den sogenannten neuen erneuerbaren Energien eine wichtige Rolle spielt.

Zitat Artikel: Wenn die Sonne nicht scheint, wird der Strom aus einer Batterie entnommen und die Wärme aus Heisswasserspeichern.

Frage: Batterien als Stromspeicher sind effizient, aber recht teuer und haben eine begrenzte Kapazität. Bei den Energiequellen der Neuen Erneuerbaren Energien Wind+Sonne braucht es in Zukunft, wenn man nicht mehr auf fossile Backupkraftwerke zurückgreifen will, ebenfalls eines Stromspeichers. Batterien kommen allerdings kaum in Frage, da zu teuer. Am häufigsten werden zurzeit Wasserstoffspeicher beispielsweise in Salzkavernen als Energiespeicher genannt, wobei mit einem Wirkungsgrad um 45% gerechnet werden muss. Wäre dies in der Monte Rosa Hütte ebenfalls ein Option gewesen (eventuell ein Wasserstoffspeicher in einer Felskaverne) oder sind Wasserstoffspeicher noch mehr Forschungsgegenstände als praktisch verwendete Speicher?

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Die Idee des autarken Gebäudes oder gar der autarken Siedlung hat vieles für sich, scheint aber im Moment noch sehr teuer in der Realisation zu sein. Die Monte-Rosa Hütte ist allerdings ein besonderer Härtefall, muss die dort erzeugte Energie ja nicht nur die Dauerbewohner (den Hüttenwart), sondern auch eine variable Anzahl von Besuchern versorgen.

Die Energie- und Rohstoffautarkie eines umgrenzten Raumbereichs wurde vor Jahrzehnten schon angedacht und in den Begriff „Raumschiffökonomie“ gepresst (siehe http://en.wikipedia.org/wiki/Spaceship_Earth), wobei der Begriff Raumschiffökonomie meist die ganze Erde als Raumschiff auffasst.

Eine Zivilisation in einem Gleichgewichtszustand, wo es keine unentdeckten und ungehobenen Ressourcen mehr gibt muss zwangsläufig eine Raumschiffökonomie entwickeln, eine Ökonomie also, die alles ausser der solaren oder nuklearen Energie rezykliert.

Einen optimistischen Ausblick auf eine solch autarkes zivilisatorisches Subsystem, dass die Natur ausser in den bewohnten Zohnen vollkommen in Ruhe lässt, hat Cesare Marchetti als Reaktion auf das Buch „Limits to Growth“, in seiner Vision von selbstversorgenden Gartenstädten mit indoor-Landwirtschaft, vertical farming, volkommener Rezyklierung von Gütern (heute würde man sagen cradle-to-cradle Prinzip) bereits 1979 in seiner Arbeit 10^12 – A check on the carrying capacity of Earth (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Cesare_Marchetti) vorgestellt. Optimistisch ist sein Ausblick, weil er zum Schluss kommt, dass auf diese Weise 1000 Milliarden Menschen auf nur 10% der Erdobefläche leben könnten und somit 90% der Erdoberfläche in den Naturzustand zurückversetzt werden könnte. Vieles an seiner Arbeit (siehe http://www.cesaremarchetti.org/archive/scan/MARCHETTI-076.pdf) wird wohl immer gültig bleiben, allerdings ist er wohl zu opimtistisch, denn wirklich zu Ende gedacht läuft so eine Vision auf eine gigantische Art von Massenhaltung wie in einer Hühnerfarm hinaus. Interessant finde ich beispielsweise Marchettis Vision des zukünftigen Transportmittels, das die Megalopolis-Siedlungen verbindet: Es sind evakuierte Röhren, in denen Kapseln mit hoher Geschwindikeit zirkulieren.

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