ETH-Klimablog - Energie - Häuser als Kraftwerke

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Häuser als Kraftwerke

09.10.2012 von

Heute verschwenden Gebäude bis zu 70 Prozent des Energieverbrauchs. Heizwärme entweicht über Wände, Dach und Fenster in die Umwelt anstatt den Wohnkomfort zu verbessern. Ich bin überzeugt, dass wir die Klimaziele erreichen können, wenn wir vermehrt in effiziente Gebäudetechnik investieren. Neubauten zum Beispiel können sogar netto Strom ans Netz abgeben, falls wir den aktuellen Stand der Technik konsequent anwenden.

Der Minergie-Standard für Gebäude stellt sicher, dass Heizenergie effizient genutzt wird. Dank guter Wärmedämmung, dreifach verglasten Fenstern und Lüftungstechnik sinkt der Wärmebedarf auf unter 38 Kilowattstunden oder zirka 3.8 Liter Erdöl pro Quadratmeter Wohnfläche und Jahr. Inzwischen hat das Minergie-Label den strengeren Minergie-A-Standard definiert, welcher keine fossilen Energieträger für Heizung und Warmwasser zulässt.

Mit guter Wärmedämmung und optimaler Nutzung der Sonnenergie durch thermische Solaranlagen und Photovoltaik können moderne Gebäude sogar netto Energie produzieren. «Häuser als Kraftwerke», sogenannte «PlusEnergieBauten» werden bereits mit Erfolg gebaut. Ein Beispiel ist die Montagewerkstatt der Heizplan AG in Gams. Der Bau glänzt mit einer Eigenversorgung von annähernd 450 Prozent. Erreicht wird dieser Spitzenwert mit einer konsequenten Integration von Photovoltaik-Modulen in die Gestaltung von Dach und Fassade. Die Montagewerkstatt wurde 2011 mit dem Schweizer Solarpreis (www.solaragentur.ch) ausgezeichnet. Der Schweizer Solarpreis 2012 wird übrigens am 19. Oktober vergeben.

Null- oder Plusenergie-Standard

Effiziente und neue Gebäudetechnik kann einen entscheidenden Beitrag leisten zur Energiewende. Denn der politische Beschluss, die bestehenden Atomkraftwerke in der Schweiz nicht mehr zu ersetzen, ruft nach neuen Energiequellen. Diese sollen ökologisch unbedenklich, wirtschaftlich tragbar und gesellschaftlich akzeptiert sein. Die Photovoltaik erfüllt diese Bedingungen. Mit einer Dachfläche von etwa 400 km2 besteht in der Schweiz genügend Potential, einen grossen Teil der Stromproduktion aus AKWs durch Sonnenenergie zu ersetzen.

Den Ausbau der Solarstrom-Kapazität könnten wir unter anderem unterstützen, indem wir das Minergie-A-Label bei Neubauten zur Bedingung machen. Auch dem Klima wäre damit gedient, denn Minergie-A-Bauten verursachen ein Minimum an CO₂-Ausstoss.

Die Batterien haben wir

Regnerische Tage führen nicht nur zu depressiver Stimmung bei der Bevölkerung im Mittelland. Sie führen auch zu Produktionslücken von Solarstrom. Entsprechend muss eine Speichermöglichkeit her. Die Schweiz ist in dieser Hinsicht in einer privilegierten Lage. Die Kapazität der Pumpspeicherwerke in den Schweizer Alpen wird in den nächsten Jahren auf bis zu 5000 Megawatt ausgebaut1. Dies entspricht der Leistung von fünf AKWs. Die alpinen Stauseen sind entsprechend eine grosse Batterie, um Solarstrom zu speichern. Diese Dienstleistung zur Netzstabilisierung lässt sich sogar über die Schweizer Grenze hinaus verkaufen. Lediglich während der Wintermonate müsste Strom aus Blockheizkraftwerken zugeschaltet werden. Ich bin überzeugt, dass wir mit Häusern als Kraftwerke und Pumpspeicher als Batterien den Atomausstieg schaffen und gleichzeitig die CO₂-Bilanz der Schweiz verbessern werden.

1 Wüest (2012) Eawag News: Potenzial und Grenzen der Wasserkraft

Lesetipp
Zum Autor

Bernhard Wehrli ist Professor für Aquatische Chemie an der ETH Zürich und an der Eawag. Persönliches Zitat und Biografie





Kommentare (7) >Alle Kommentare aufklappen>Alle Kommentare zuklappen

was passiert wenn wir zusätzlich noch weitere pumpsdpeicherstauseen in den alpen anlegen und diese mit alpenwind füllen.
können wir also noch mehr energie speichern als wir benötigen.
haben wir kein platz mehr zur verfügung,
oder müssen wir die vögel schützen.
würde also genügend strom vorhanden sein,
könnte auch mit wasserstoff auto betreiben,co2 neutral
wäre technisch möglich.
mit viel energie könnte man aus der luft co2 gewinnen,
und daraus ein industriediamant herstellen .
auch haben wir im mittelland erdwärme die 1000 mal me3hr bringen wie wir brauchen.
wenn der meeresspiegel ansteigt,
haben wir schweizer ja nichts zu fürchten,
wir können dann aufs matterhorn gehen,
dort ist es gemütlich und hat auch kein windrädli,
wir können also dann die unverbaute aussicht geniessen.

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

Sehr geehrter Herr Professor Wehrli,
die Vision von der dezentralen Eigenversorgung mit Solarstrom, wobei allfällige Überschüsse die Schweizer Pumpspeichern „aufladen“, ist in der Bevölkerung weitverbreitet. Ein solche Lösung kann aber das Stromnetz instabil machen und/oder den Strom auf doppelte Art und Weise verteuern: Einerseits durch den teureren Solar-und Windstrom, andererseits durch die zusätzlichen Kosten für Backup und Speicher. Viele rechnen deshalb mit einer Verdoppelung der Endbenutzerpreise für Strom, was die Schweiz pro Jahr 12 Milliarden Zusatzkosten im Vergleich zu heute bescheren würde.
Doch ein Energiesystem mit vorwiegend erneuerbaren Energiequellen muss nicht wesentlich teurer sein als heute, wenn es kostenoptimiert geplant wird. Solar- und Windstrom müsste dann von den europaweit besten Solar- und Windstandorten kommen, was auch ein europaweites Ausgleichsnetz nötig machen würde.
Plant man aber vorwiegend mit lokaler Energieproduktion beim Privathaushalt – Solarpanel auf dem Dach, Wärmepumpe, etc – sollte man die Überlegungen, die Professor Leibundgut und auf diesem Blog angestellt hat, berücksichtigen. Er schreibt hier beispielsweise: „Würde man im Jahr 2050 alle Heizungen mit Luft/Wasser-Wärmepumpen betreiben, wäre ein Blackout in Europa [bei einem Winter wie 2011/12] vorprogrammiert. Deshalb – wegen der sicheren Stromversorgung während den kältesten 10 Tagen im Jahr – fordere ich die Erstellung von tiefen Erdsonden.“ Sein ZeroEmissionLowEx-Gebäudesystem benötigt keine Dämmung a la Minenergie, sondern eine saisonale Wärmespeicherung (Solarwärme wird tief im Boden gespeichert). In seinem System wird gleichzeitig Solarwärme und Solarelektrizität gewonnen und ersteres im Boden, letzeres in Batterien gespeichert. Das funktioniert ist aber für den Privaten nicht ganz billig. Ein System wie sie es vorschlagen funktioniert dagegen nicht.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 2 Daumen runter 0

Herr Hoerler,
das gleiche gilt auch fuer KKW.. nur in der Nacht ..

nur redet da niemand der das Problem bei Fotovoltaik gerne kritisert..

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

Minergiehäuser sind natürlich wesentlich für die „Energiewende“, solange die dafür investierte graue Energie nicht allzu gross wird. Zwei weitere im Artikel vertretenen Thesen sind aber weniger schlüssig.

Das Heizen mit Wärme- Kraft- Koppelung ist nur beschränkt möglich, wenn man an der „1 t CO2“- Gesellschaft festhält. Die fossilen Treibstoffe müssen ja für Lastwagen, Luftverkehr, Baumaschinen, Traktoren reserviert bleiben, einmal ganz abgesehen von den offenbar vorgesehenen Gaskraftwerken, und dadurch wird die Grenze fast ausgeschöpft. Die Biotreibstoffe reichen nicht sehr weit.

Die Heizung sollte also eher durch Wärmepumpen erfolgen, und der trotz Sparen dann kaum sinkende Gesamtstromverbrauch (auch für die Umstellung auf Elektromobile und die rasante Bevölkerungsvermehrung) müsste aus CO2- freier Quelle kommen, ausser Wasserkraft wohl hauptsächlich von Fotovoltaik. Und hier tönt eben der Begriff „Plusenergiehaus“ positiver als er ist. Wie bereits kommentiert, reichen unsere Pumpspeicherwerke sowohl von Leistung wie Energieinhalt nirgends hin für den nötigen hohen Solarstromanteil. Die schöne Fotovoltaik wird propagiert mit der Jahresstrombilanz und mit der Bemerkung, sie werde bald konkurrenzfähig bezüglich Strompreis. Da aber unzuverlässige hohe Stromspitzen erzeugt werden und in den schlechtesten Wintermonaten die Produktion einbricht, werden die dadurch bedingten Zusatzkosten auf die übrigen Netzbenützer abgewälzt (zusätzlich zu den Subventionen). Entweder müssen fossile Reservekraftwerke bereitstehen, deren Kapitalkosten auch bei Sonnenschein weiterlaufen, oder das ganze Netz und die Pumpspeicherwerke müssen gewaltig ausgebaut werden. Eigentlich ist eine Fotovoltaikanlage nur vollwertig, wenn die nötigen Speicherbatterien vorhanden sind, ev. sogar vom Sommer in den Winter! Klar ist dies finanziell nicht tragbar und auch von der Rohstoffsituation unserer Welt kaum denkbar.

Die *Energiewende“ scheint ohne KKW schwierig und noch nicht völlig…

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 5 Daumen runter 1

Sehr geehrter Herr Professor Wehrli

Ich glaube, dass Sie im Artikel von Wüest einige Dinge völlig falsch verstanden haben und auch sonst leider einiges durcheinander gebracht haben. Wüest spricht doch selbst von einem „Tropfen auf den heissen Stein“ und attestiert den Pumpspeicherkraftwerken (PSKW), dass diese – auch wenn einige Werke in den nächsten Jahren in der Schweiz und anderswo noch hinzukommen – niemals eine Batteriefunktion, d.h. Stromspeicherfunktion, übernehmen werden können, weder in geografischer Hinsicht (ausserhalb der Schweiz), noch in zeitlicher Hinsicht (über längere Zeitperioden, beispielsweise auch saisonal). Der zitierte Wert von 5´000 MWe sagt ebenfalls nichts aus (gefunden habe ich 6 GWe geplante Pumpleistung in vielen Jahren). Auch ein Vergleich mit der Leistung von 5 KKWs ist in diesem Zusammenhang völlig irrelevant. Er sagt wirklich rein gar nichts aus, schon gar nicht über das grosstechnisch dringend zu lösende Speicherproblem für stochastisch anfallenden Oekostrom. Man redet von völlig verschiedenen Aspekten.

Die reine Pumpspeicherung hat auch nichts mit unseren alpinen Stauseen zu tun. Diese Seen werden bekanntlich auf natürliche Weise gefüllt und verfügen über eine Stromspeicherkapazität von rund 9 TWh. Wenn Wasser aus diesen Seen bei Spitzenbedarf im Winterhalbjahr turbiniert worden ist so ist es weg. In reinen Stauseen kann das Wasser nicht wieder in das obere Becken zurückgepumpt werden wie in einem reinen PSKW. Es ergibt sich bekanntlich auch keine Mehrproduktion daraus, vielmehr ein Verlust (bei der Energie, nicht aber beim Gewinn). PSKW dienen einfach der zeitlichen Umlagerung von Strom in sehr beschränktem Masse bzw. in Fällen von plötzlicher Stromknappheit (aber eben auch immer nur dann, wenn die oberen Becken vorher mit überschüssigem Strom gefüllt worden sind).

Die entscheidende Stromspeicherkapazität aller im Alpenraum betriebenen PSKW beträgt im Moment nur etwa 300 GWh !! Sie ist somit total ungenügend.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 6 Daumen runter 0

Sehr geehrter Herr Professor Wehrli,
Bestehende Gebäude energetisch sanieren und neue Häuser emissionsfrei bauen ist die wichtigste Massnahme um die Schweiz bis 2050 weitgehend zu karbonisieren. Laut dem Direktor der Konferenz der kantonalen Energiedirektoren kostet allein die energetische Sanierung aller alten Gebäude 280 Milliarden Franken, also mehr als 1/3 des Schweizer Jahres-BIP. Ziel muss also sein, die Kosten möglichst tief zu halten und die Sanierungsquote mindestens zu verdoppeln (von 1 auf 2% pro Jahr). (Zitat) „Das Minergie-A-Label bei Neubauten zur Bedingung machen“ wäre zwar richtig aber ein grosser Schritt sind doch heute nur 15% der Neubauten Minergiebauten.

Photovoltaik auf jedem Hausdach ist dagegen keine gute Lösung, ausser das Haus speichert den Überschuss in Batterien. PV-Grossanlagen können so platziert werden, dass Leitungen genügend hoher Kapazität bereit stehen. Doch auch sie erzeugen keinen Strom, wenn es tagelang bedeckt ist. Dann können auch die Pumpspeicher nicht einspringen, denn ihre Speicherkapazität ist zu gering und reicht höchsten 1 bis 2 Tage.
Die Schweiz kann ihren Strom dann noch aus den grossen Staudämmen beziehen oder die Gaskraftwerke anwerfen, etwas was Deutschland in so einem Fall auf alle Fälle tun muss (in D sind es aber vor allem Kohlekraftwerke). Die beste Lösung für ein Europa, das auf erneuerbare Energien setzt, wäre aber ein Supergrid, ein Netz von Hochspannungsgleichstromübertragungsleitungen, das ganz Europa durchzieht. Das würde Produktionsschwankungen und damit auch den Speicherbedarf stark dämpfen würde.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 4 Daumen runter 1

Sehr geherter Herr Professor Wehrli,
würden 20% des Stromes in der Schweiz durch Photovolatik erzeugt (siehe Solarstrom macht das Netz instabil), wie das sich SwissSolar vorstellt, dann würde im Jahr 2025 (Zieldatum 20% Solarstrom Swisssolar) 12’000 Gigawattstunden Solarstrom erzeugt. Dies benötigt 12 Gigwatt installierte Leistung an Fotovoltaik, also die 12-fache Leistung des AKW Gösgens, denn die Durchschnittsleistung einer Fotovoltaikanlage ist nur 10% der Maximalleistung. (Zitat)„Die zusätzliche Fotovoltaikleistung würde an wolkenlosen Sommertagen in der ganzen Schweiz am Mittag die Produktionsspitze [von heute 12 Gigawatt] verdoppeln und dabei den Spitzenbedarf um das Zwei- bis Dreifache übertreffen“.
Um diese 12 Gigawatt an Überschussleistung zu speichern bräuchte es einen massiven Ausbau des Niedrig-, Mittel- und Hochspannungsnetzes und zwar dort wo die Solarpanel gerade hingebaut werden. Etwas was heute noch nicht voraussehbar ist. Die geplanten 5000 Megawatt Pumpspeicherleistung in der Schweiz würden dazu nicht ausreichen. Mir ist es ein Rätsel wie sie dann noch zusätzlich dem Ausland die Benutzung der Pumpspeicher erlauben wollen ((Zitat)„Diese Dienstleistung zur Netzstabilisierung lässt sich sogar über die Schweizer Grenze hinaus verkaufen“).
Im Tagesanzeigerartikel werden als Lösungsstrategien eine andere Bewirtschaftung der Pumpspeicher und die dezentrale Speicherung in aufladbaren Batterien genannt. Doch solche Batterien sind recht teuer, vor allem wenn man auf Lithiumionenbatterien zurückgreift.

Dieses Problem der massiven Stromproduktionsschankungen ist wohl der Grund warum Bundesräting Doris Leuthardt fordert, dass private Photovoltaikbenutzer zukünftig den Strom selber nutzen und ihn nach Möglichkeit nicht mehr ins Netz einspeisen sollen.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 5 Daumen runter 1

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