ETH-Klimablog - Energie - Monte Rosa Hütte – die Idee (Teil 2)

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Monte Rosa Hütte – die Idee (Teil 2)

02.08.2010 von

Inzwischen kennen Sie die Grundidee der Neuen Monte Rosa-Hütte. Nun möchte ich Ihnen erklären, wie die Steuerung «vorausdenkt» und so die Energieflüsse optimal steuert.

Dazu zeige ich Ihnen in Bild 1 eine Musterwoche in der Neuen Monte Rosa-Hütte. Der voraussichtliche Wetterverlauf, die erwartete Belegung und die Speicherfüllstände werden dort für den Fall einer heuristischen (rot) und einer vorausschauenden (grün) Steuerung dargestellt. Nach einem schönen Wochenende mit vielen Personen sind am Montagmorgen die Abwasserspeicher ganz voll und die Batterie halbleer. Es stellt sich nun die Frage, ob die ARA mit der Reinigung des Abwassers beginnen soll oder nicht.

Variante «heuristische Steuerung»

Eine nicht vorausschauende heuristische Regelung hat logischerweise keine Informationen über die Zukunft und sie muss damit rechnen, dass vom Montag auf den Dienstag viele Personen in der Hütte übernachten wollen. Sie wird deshalb die ARA einschalten um den vollen Abwassertank leeren. Dies braucht aber sehr viel elektrische Energie. Leider scheint die Sonne am Montag nicht, so dass wenig Strom von der PV-Anlage kommt und damit die Batterie weiter entladen werden muss. Am Dienstagmorgen ist der Abwassertank immer noch halbvoll, so dass die heuristische Steuerung die ARA weiter arbeiten lässt.¹ Da die Sonne immer noch nicht scheint und die Batterie nun aber leer ist, muss das BHKW angeworfen werden, welches Treibstoff verbraucht. Am Dienstagabend ist dann der Abwassertank ganz leer und das BHKW kann abgestellt werden.

Der Treibstoffverbrauch des BHKWs ist nicht erwünscht, aber das ist nicht die einzige Schwachstelle der heuristischen Steuerung. Ab der Wochenmitte wird nämlich dank des schönen Wetters am Mittwoch zwar die Batterie noch voll geladen, aber leider ist diese dann am Donnerstag bereits voll. Die gesamte am Donnerstag und Freitag eingestrahlte Solarenergie kann somit nicht „geerntet“ werden. Eine heuristische Steuerung handelt also überstürzt, verbraucht deswegen wertvolle Ressourcen und verpasst später sich bietende Chancen.

Eine Woche auf der Monte Rosa-Hütte

Bild 1: Eine Woche auf der Monte Rosa-Hütte

Variante «vorausschauende Steuerung»

Ganz anders handelt die vorausschauende Steuerung. Diese «weiss» nämlich am Dienstagmorgen, dass heute und morgen nur ganz wenige Gäste erwartet werden und dass ab Mittwoch strahlendes Wetter zu erwarten ist. Also tut sie zunächst einmal gar nichts.² Erst am Mittwoch beginnt sie mit der Reinigung des Abwassers, dieses Mal aber mit der von der PV-Anlage gelieferten elektrischen Energie.

Der Clou an der ganzen Geschichte ist, dass die vorausschauende Regelung bereits am Montagmorgen den Verlauf für die ganze Woche vorausberechnen kann und somit «weiss», dass die Sonneneinstrahlung ab Mittwoch reichen wird, um alle Speicher in der Hütte am Freitagabend wieder in den gewünschten Zustand zu bringen. Diese Berechnungen werden natürlich nicht nur am Montagmorgen gemacht sondern sie werden laufend (zum Beispiel einmal pro Stunde) wiederholt und zwar immer mit den aktuellsten Wetter- und Besucherprognosen. Somit kann die Steuerung auf Prognosefehler flexibel reagieren, und das System wird dadurch deutlich robuster.

Wenn die Steuerung gut ist!

Wann ist das System mehr als die Summe seiner Komponenten? Wenn die Steuerung gut ist! Die Neue Monte Rosa-Hütte ist für uns ein Glücksfall, weil sie ein zwar komplexes aber doch noch überschaubares «Labor» darstellt. Sie verfügt über diverse Energie- und Stoffquellen, hat einige Energie- und Stoffspeicher, die zukünftigen Bedarfsverläufe lassen sich genügend genau voraussagen und das Verhalten des Systems lässt sich mit mathematischen Modellen vernünftig genau beschreiben. Damit können wir Ideen entwickeln, testen und verfeinern, die dann auch in der breiten Anwendung zum sparsameren Umgang mit kostbaren Energieressourcen führen.

¹Zugegeben: ich nehme hier die schlechteste Variante an. Aber ich bin alt genug, um keinen Zweifel mehr an der Gültigkeit von Murphys Gesetz zu haben…

²Ich weiss nicht mehr wer das gesagt hat, aber geblieben ist es mir: «Wenn es nicht nötig ist zu entscheiden, dann ist es nötig nicht zu entscheiden».

Weitere Informationen

Wenn Sie mehr zur Neuen Monte Rosa-Hütte erfahren wollen, dann schauen Sie sich den Link hier an. Und wenn Sie gleich eine Übernachtung reservieren wollen, dann ist dies möglich hier.

Zum Autor

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

Hinweis der Redaktion: Klima-Hörpfad

Auf dem Weg von Zermatt zur Neuen Monte Rosa-Hütte gibt es neu den ersten Klima-Hörpfad der Schweiz. Der Hörpfad ist ein gemeinsames Projekt von ETH Zürich, myclimate und dem Schweizer Alpenclub. Mehr zum Hörpfad erfahren Sie im Ratgeber von Radio DRS 1 (hier).

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

Hallo Peter,

Thorium Reaktor?

tja auf dem Papier sieht alles toll aus (wenn man das kleingedruckte nicht lesen will/kann etc)

In der Realitaet gab und gibt es immer wieder etliche Probleme die World Nuclear Association hat einen recht nuechternen Artikel dazu (siehe auch mein Chapter IV paper dazu )

aber ganz kurz

ein Problem scheint das Zwischenatom PA233 zu sein das absorbiert Neutronen bevor es in U233 zerfaellt danach entsteht das nicht spaltbare U234 was eher unangenehm ist. Der Zyklus U238+n ist viel einfacher hat aber seine eigenen Probleme ..

wie auch immer

man sollte heute Entscheidungen nach dem Stand der Dinge heute treffen. Forschung foerdern klar aber nur wenn mit offenen Karten gespielt wird!

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 1

Das Energieproblem ist offensichtlich gelöst…

Lösung I

http://www.spiegel.de/auto/aktuell/0,1518,710858,00.html

Angeblich soll in einem zweiten Schritt neben jener der organischen Ausscheidungen die energetische Verwertbarkeit auch des übrigen menschlichen Outputs geprüft werden: Beiträge, Charts, Modelle, Prognosen, Konferenzpapiere usw. usf.

Lösung II

Bin mal gespannt, was Michael Dittmar davon hält.
Den Link „Liquid Fluoride Thorium Reactors“ in der ersten Zeile des Editorials anklicken:

http://energyfromthorium.com/2010/07/01/welcome-american-scientist-readers

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Ein „Kamel“, das erst mal seinen Weg durchs Nadelöhr wird finden müssen, ist doch von all der reichlich investierten Grauenergie (Heli-Transporte, Werkstoffe etc.) zunächst mal keine Rede.
Es würde jedenfalls schwierig bis aussichtslos, etwas Ähnliches privat zu kopieren.

Nun gut, die rechnerische Leistungsfähigkeit eines iPhones hätte in den Vierzigern zig Hektaren Land verschlungen, die dicht bestellt mit zahllosen Zuse Z3s, kaum zu vergleichbaren Resultaten geführt hätten. Der weitere Verlauf der Geschichte in knapp 70 Jahren ist bekannt.

Ungewiss, ob sie sich die Erfolgsgeschichte der Mikroelektronik so ähnlich im Starkstrombereich wiederholen lässt. Zweifel an der Machbarkeit mal weggescheucht: es wird viel Zeit brauchen.

Bis dahin bleiben Monte Rosa Hütten nicht nur architektonisch und technisch betrachtet solitäre Erscheinungen, Ikonen und „Glänzlinge“: wertvoll – und wertlos zugleich.
Besser immerhin als egomane Solarflugprojekte im Namen angeblicher Weltrettung.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 2 Daumen runter 2

Aus einer höheren Sicht betrachtet geht es in diesem Artikel um Probleme der Verwaltung einer knappen Ressource. Eine der knappen Ressourcen ist die Batterieladekapazität. Die verschiedenen Steuerungen wollen Ressourcenknappheit vermeiden – im konkreten Fall eine Stromlücke.

Obwohl das Raumschiff „Monte Rosa Hütte“ sicher für die zu erwartenden Anforderungen optimiert wurde, braucht es nun so etwas wie vorausschauende Intelligenz um „Katastrophen“ zu vermeiden. Erstrebenswert wäre eigentlich das System so auszulegen, dass Katastrophen wie entleerte Batterien entweder nicht vorkommen oder von einem Reservesystem aufgefangen werden können. Das Problem sind die stark wechselnden Auslastungen der Hütte und damit die stark schwankende Nachfrage nach Strom. Die simpelste Lösung für dieses Problem nutzt einfache eine Batterie fast unbegrenzter Kapazität. Doch Batterien sind recht teuer.

Das Problem der stark schwankenden Energienachfrage und dem stark schwankenden Energieangebot kann letztlich in jedem System mit 100% erneuerbaren Energien auftreten. In einem autarken System wie hier kann eine Speicherhierarchie die Lösung sein.
Die teuren Kurzzeitspeicher für Strom wie Pumpspeicher,adiabate Druckluftspeicher und Batterien gleichen die typischen Tagesschwankungen aus, während die Langzeitspeicher Wasserstoff und synthetisiertes Methan grössere Schwankungen und saisonale Schwankungen ausgleichen.

Für die Monte Rosa Hütte wäre es also ideal gewesen, Batteriekapazität für einen oder zwei Tage bereitzustellen und alles was darüber hinaus geht über einen Wasserstoffspeicher (45% Wirkungsgrad) oder einen Speicher für synthetisiertes Methan (35% Wirkungsgrad) abzudecken. Bei einer genügend grossen Felskaverne für Wasserstoff, respektive Methan wäre so eine Stromlücke praktisch ausgeschlossen.

Soweit die Theorie, wie ich sie aus Publikationen über EE-System entnehme. Gleichzeitig finde ich in diesen Publikationen aber immer wieder Hinweise, dass erste Testanlagen z.B. für synthetisiertes Methan erst ab dem Jahr 2012 geplant sind. Man erhält also den Eindruck hier gehe es nicht um gestandene Technik, sondern um Projektionen für die Zukunft (siehe beispielsweise http://www.eurosolar.de/de/images/stories/pdf/SZA%201_2010_Sterner_farbig.pdf).

Seit ich Studien über Erneuerbare Energien studiere wundere ich mich immer wieder über den Stand der Technik. Viele Komponenten eines 100% Erneuerbaren Systems, die in solchen Studien beschrieben werden, hätte man schon in den 1980er Jahren realisieren können. Doch scheinbar sind viele Erprobungen dieser Technologien erst in naher Zukunft geplant. Es scheint, dass ein 100% EE-System aus Komponenten nach und nach zusammengesetzt wird. Zuerst stellt man ein paar Windturbinen auf und gleicht Produktionslöcher durch Pumpspeicher und fossile Kraftwerke aus, später hat man die Option ein länderübergreifendes Verbundnetz aufzubauen oder/und lokale Speicher wie adiabate Druckluftspeicher, Wasserstoffspeicher, EE-Methanproduktion einzubeziehen. Mir scheint allerdings, dass bei dieser Vorgehensweise die Kosten nicht voraussehaber und sicher nicht planbar sind.

Trotz allem – die Monte Rosa Hütte bietet gutes Anschauungsmaterial für autarke Systeme und ihre Probleme. Professor Guzella beschreibt in diesem Artikel wie man das System hegen und pflegen muss, damit es am Leben bleibt. Fast wie ein Tier, beispielsweise ein Kamel, das auch beizeiten wieder bei einer Oase vorbeikommen muss um nicht zu verdursten.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 3 Daumen runter 0

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