Seethermie

Mit "Seethermie" ist die Gewinnung von erneuerbarer, thermischer Energie aus Seewasser gemeint.

  

Seethermische Anwendungen

  • Bereitstellen von Heiz- und Kühlenergie
  • Effizienzsteigerung beim Kühlen durch tieferes Temperaturniveau des Seewassers
  • Kombinierbarkeit mit Wärmerückgewinnung
  • Integration von Abwärmequellen in niedertemperaturige Wärmeverbünde
  • Kombinierbarkeit der Wärmepumpenheizungen mit Photovoltaik und Solarthermie
  • Kombinierbarkeit mit thermischen Energiespeichern (Erdwärmesonden u.s.w.)
  • Kombinierbarkeit mit Wärme-Kraft-Kopplung (z.B. Biomasse oder Gas/Biogas)

 

Wieso Seethermie - was ist der entscheidende Vorteil ?

Seen sind natürliche Wärme- und auch Kältereservoirs. Aus grossen Seen kann Umweltwärme auch in der kältesten Jahreszeit für zehntausende von Wärmepumpen auf einem vergleichsweise guten Temperaturniveau bezogen werden. Umweltwärme aus Wasser ist zudem für den Betrieb von Wärmepumpen an und für sich etwas effizienter als Luft.

 

Die jahreszeitlich variable thermische Schichtung in stehenden Gewässern

In den obersten zwanzig bis dreissig Metern eines Sees werden während der warmen Jahreszeit  gigantische Energiemengen eingelagert. Im Thuner- und Brienzersee sind die saisonalen Temperaturschwankungen sogar bis in eine Tiefe von mehr als 50 m messbar.

Stehende Gewässer weisen eine Temperaturschichtung (Dichteschichtung) auf. Die Wassertiefe und die Zuflüsse beeinflussen den jahreszeitlichen Verlauf der Wassertemperaturen und damit auch die sich einstellenden Temperaturschichtungen. In kleineren Seebecken herrschen infolge von Wind und oftmals grossem Wasserwechsel variablere Temperaturverhältnisse als in tiefen Seen mit grosser Wasseraufenthaltszeit.  

 

                       Schema einer klassischen, sommerlichen Temperaturschichtung in einem See

 

Generell ist die Auswirkung von seethermischen Werken im Vergleich zu den natürlich vorhandenen Einflüssen äusserst gering, was in verschiedenen Studien der Eawag nachgewiesen wurde.

Insbesondere wird in einschlägigen Berichten auch dargelegt, dass der Entzug von Heizenergie aus ökologischer Sicht  wünschenswert ist, um schädliche Auswirkungen der Klimaerwärmung zu lindern. Dies kommt wärmeempfindlichen Fischarten zugute und hat zudem tendenziell auch positive Auswirkungen auf die Versorgung des Tiefenwassers (Hypolimnion) mit Sauerstoff.

 

Heizenergie
Der Wärmetransport vom See zu den Wärmepumpen der Nutzer erfolgt über Transportleitungen. Zumeist wird Wasser als Transportmedium verwendet. Manchmal wird ein Zwischenkreislauf eingerichtet, welcher das wenige Grad warme Wasser zu Wärmepumpen transportiert. Die  dem Wasser entzogene Wärme wird durch die Wärmepumpen verdichtet und an das Heizsystem oder einen Wärmeverbund abgegeben. Leicht abgekühltes Seewasser wird wieder zurück in den See geleitet.

 

Wärmepumpen

Das Heizen mit Wärmepumpen erfordert Strom als Antriebsenergie. Daher ist der Temperaturhub möglichst gering zu halten. Eine Verdoppelung des Temperaturhubs bedeutet in erster Näherung eine Verdoppelung des Stromverbrauchs der Wärmepumpe. Eine individuelle Auslegung der Wärmepumpen für jedes Gebäude ermöglicht eine individuelle Optimierung. Wärmepumpen sind besonders energieeffizient in gut gedämmten Neubauten mit Flächenheizung (Bodenheizung).

 

Gegenüber von Luft/Wasser-Wärmepumpen bieten die Wasser/Wasser-Wärmepumpen insbesondere während der kältesten Tage und Wochen des Jahres deutlich höhere Wirkungsgrade. Dies mindert die notwendige, elektrische Anschlussleistung.

 

Bei einer Heizungssanierung mit Wärmepumpe soll evaluieret werden:

  • Ist die Vorlauftemperatur der Heizung optimierbar?
  • Ist Verbesserungspotenzial bei der Gebäudehülle vorhanden?
  • Ist ein Nachrüsten der Heizverteilung, bzw. von kritischen Heizkörpern denkbar?

 

Energiediskussion

Wärmepumpen erfreuen sich aufgrund ihrer Zuverlässigkeit grosser Beliebtheit. Als Antriebsenergie für den Betrieb der Wärmepumpen wird normalerweise Elektrizität verwendet. Die benötigte Leistung hängt von der Wärmequelle (z.B. See oder Aussenluft) und der Effizienz des Wärmepumpensystems ab (Wirkungsgrade, COP und Temperaturniveaus der Heizungsverteilung).

 

Die Substitution von bestehenden Ölheizungen mit Wärmepumpen führt zu einem spürbaren Anstieg des Stromverbrauchs einer Immobilie im Winterhalbjahr. Die Nutzung von Oberflächenwasser bringt dem individuellen Nutzer eine Effizienzsteigerung seiner Anlage. Dies zahlt sich beispielsweise in Kombination mit Photovoltaik aus. Und bei grösseren Objekten mit entsprechenden Tarifmodellen fallen die Leistungsgebühren geringer aus.

 

Da immer mehr Heizsysteme mit Wärmepumpen gebaut - oder umgerüstet werden, ergibt sich insgesamt ein zunehmender Winterstrombedarf. Dies hat Auswirkungen auf das Stromversorgungssystem. Die Photovoltaik sowie auch die schweizerischen Wasserkraftwerke produzieren im Winterhalbjahr etwas weniger Strom als im Sommerhalbjahr. Die Gewährleistung der Versorgungssicherheit während der im Winter auftretenden Strombedarfsspitzen erfordert eine entsprechende Dimensionierung der Kapazitäten der Elektrizitätsversorgung. Die Spiecherkapazität der Stauanlagen wäre nicht aussreichend für eine autarke Versorgung der Schweiz mit elektrischem Strom.

 

Da das Inlandangebot im Winter seit einigen Jahren manchmal zu gering ist, wird Strom aus Europa bezogen. Heute importiert die Schweiz im Winterhalbjahr ungefähr 5'000 GWh Elektrizität aus den Nachbarländern.  Diese freien, europäischen Kapazitäten müssen regelbare Anteile aufweisen, um beispielweise bei wenig Wind die europäische Nachfrage abdecken zu können. Hierzu stehen weitgehend thermische Kraftwerke zur Verfügung, welche mit fossilen Brennstoffen oder nuklear betrieben werden. Aus diesen Technologien möchte man aber aussteigen und daher ist das Dämpfen der winterlichen Nachfragespitzen ein wichtiges Kriterium, das für die Nutzung von Seethermie, Umgebungswärme und Geothermie spricht. 

 

Ohnehin werden grössere Investitionen der Energieversorger in den Ausbau der Versorgungs-infrastruktur notwendig sein, insbesondere auch, um den Anteil der erneuerbaren Stromproduktion zu steigern. Die Stromnetze müssen verstärkt und digitaler, bzw. "smart" werden. Insbesondere Strombedarfsspitzen sind für eine Versorgung ungünstig, die stark auf Wind- und Sonnenenergie abstützen will, da entsprechend noch mehr Netz- und Speicherkapazitäten gefordert werden.

 

Die anfallenden Kosten für diesen Ausbau der Infrastruktur werden in irgend einer Form durch die Allgemeinheit getragen. Künftige Tarifmodelle sind in Diskussion, welche den bevorstehenden Aufwand beim Umbau der Elektrizitätsversorgung finanziell abdecken können.

 

Der dämpfende Einfluss auf die Stromnachfrage zu Spitzenzeiten ist ein Vorteil der Seewärmenutzung, welcher sich insbesondere bei grossen Wärmepumpen und grossem Wärmebedarf stark auswirkt. Eine Verringerung der Bezugsspitzen ist im Interesse der lokalen Verteilnetzbetreiber. Es ist aber auch für übergeordente Transportnetze vorteilhaft.

 

Die Seewasserwärmenutzung wird, wie auch andere Technologien, indirekt gefördert. Die Stiftung KliK unterstützt beispielsweise Projekte mit ihrem Programm Wärmeverbünde.

Der Beitrag der Seewärmenutzung an die Verminderung des Bedarfs an Speicher- und Regelkapazitäten und die Möglichkeiten, die darüber hinaus hinsichtlich der Stabilisierung der Netze bestehen, werden leider (noch) nicht direkt gefördert.