Seethermie

Mit "Seethermie" ist die Gewinnung von erneuerbarer, thermischer Energie aus Seewasser gemeint.  Das Seewasser eignet sich sehr gut als Primärenergiequelle für Wärmepumpen oder zur Kühlung. Eine entsprechende Infrastruktur bietet vielseitige Nutzungsmöglichkeiten und ist sehr energieeffizient.

  

Seethermische Anwendungen

  • bereitstellen von Heiz- und Kühlenergie für Wohngebäude, Geschäftshäuser und Gewerbe
  • Wasserkühlung von Analgen und Maschinen
  • lokal verfügbare, erneuerbare Energie (Umweltwärme)
  • individuell gut kombinierbar mit Solarthermie oder PV
  • Energieverbund kann Abwärme integrieren 
  • mögliche Integration thermischer Energiespeicher (Pufferspeicher, latente Speicher, Erdsonden)
  • mögliche Integration von Wärme-Kraft-Kopplung (z.B. Bio-/Erdgas oder Biomasse)

 

Wieso Seethermie - was ist der entscheidende Vorteil ?

Seen sind natürliche Wärmereservoirs (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 effizienter als Luft.

 

Die jahreszeitlich variable thermische Schichtung 

In den obersten zwanzig bis dreissig Metern der Seen werden während der warmen Jahreszeit  gigantische Energiemengen eingelagert. In Seen tritt, vor allem infolge von Wind, eine vertikale Zirkulation auf. Die saisonal absorbierte Wärme wird dadurch mehrere zehn Meter in den Wasserkörper eingearbeitet.

Im Thuner- und Brienzersee sind die saisonalen Temperaturschwankungen beispielsweise bis in eine Tiefe von 50 - 60 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 sind infolge Wind und oft grossem Wasserdurchfluss andere, variablere Temperaturverhältnisse als in tiefen Seen mit grosser Wasseraufenthaltszeit wie beispielsweise dem Thuner- oder Brienzersee.  

 

                       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. Insbesondere in tiefen Seen wie dem Thunersee kann sich eine winterliche Wärmeentnahme bis in den Sommer hinein positiv auswirken. Dies kommt wärmeempfindlichen Fischarten zugute und hat zudem tendenziell auch positive Auswirkungen auf die Versorgung des Hypolimnion mit Sauerstoff.

 

Heizenergie
Der Wärmetransport vom See zu den Wärmepumpen der Nutzer erfolgt über Transportleitungen in denen Wasser zirkuliert. Diesem Primärkreislauf wird mittels Wärmepumpen Energie entzogen und so verdichtet, dass die objektspezifischen Vorlauftemperaturen bereitgestellt werden können. Die Wärme im Primärkreislauf stammt aus dem See- oder Grundwasser.

 

Wärmepumpen-Wissen 

Das Heizen mit Wärmepumpen ist besonders energieeffizient, wenn der erforderliche Temperaturhub möglichst gering bleibt. Eine Verdoppelung des Temperaturhubs bedeutet in erster Näherung eine Verdoppelung des Stromverbrauchs der Wärmepumpe.

 

Gegenüber von Luft/Wasser-Wärmepumpen bieten die Wasser/Wasser-Wärmepumpen höhere Wirkungsgrade. Ausserdem sind innovative Entwicklungen auf dem Markt mit Gütegraden über 60%.

 

Eine individuelle Auslegung der Wärmepumpen für jedes Gebäude ermöglicht eine individuelle Optimierung. 

 

Bei einer Heizungssanierung mit Wärmepumpe evaluieren:

  • Verbesserungspotenzial der Gebäudehülle
  • eventuell Nachrüstung mit Bodenheizungen / flächigen Heizkörpern / beheizte Wände

Kühlenergie

Der fortschreitende Klimawandel bewirkt  zunehmende Nachfrage nach Kälte, beispielsweise in der Gastronomie, in Spitälern, Altersheimen, Einkaufszentren, Bürogebäuden und so weiter. Kühlendes Seewasser kann entweder direkt eingesetzt oder als effizientes Rückkühlmedium für Kälte-maschinen verwendet werden.

 

 

Energiediskussion

Wärmepumpen erfreuen sich aufgrund ihrer Zuverlässigkeit steigender Beliebtheit. Sie sind sehr unterhaltsarm.

 

Für den Betrieb der Wärmepumpen wird in der Regel Elektrizität verwendet. Die benötigte Leistung hängt von der Effizienz des Wärmepumpensystems (Wirkungsgrade) und den Temperaturniveaus der Heizung und der Primärseite (Luft / Erdsonde / See) ab.

 

Die Substitution von bestehenden Ölheizungen mit Wärmepumpen führt zu einem spürbaren Anstieg des Stromverbrauchs im Winter. Die Gewährleistung der Versorgungssicherheit während der im Winter auftretenden Strombedarfsspitzen erfordert eine adäquate Dimensionierung der Elektrizitätsversorgung - angefangen bei der Produktion, über die Übertragungs- bis hin zu den Verteilnetzen.

Die Zunahme des Stromverbrauchs in den Wintermonaten wird von den laufenden Energiesparbemühung nur teilweise kompensiert. Der grossflächige Einsatz von Wärmepumpen sowie die angestrebte Elektrifizierung der Mobilität werden aber Investitionen der Elektrizitätswerke in den Ausbau der gesamten Versorgungsinfrastruktur zur Folge haben. Die anfallenden Kosten werden sozialisiert, das heisst, auf die Kunden überwälzt. Künftige Tarifmodelle sind in Diskussion.

Der bevorstehende Aufwand beim Umbau der Elektrizitätsversorgung ist massgeblich abhängig von der Effizienz der künftig verbauten Wärmepumpensysteme und der Elektromobilität. 

Ein grosser Winterstrombedarf überfordert das inländische Angebot an erneuerbaren Energien sowie die Stromnetze. Nicht nur die Solarenergie, auch die schweizerischen Wasserkraftwerke produzieren insgesamt im Winter weniger Strom. Deshalb exportiert die Schweiz im Sommer Strom, importiert aber im Winter Elektrizität insbesondere aus Europa.

 

Schweizer Energieunternehmen besitzen in Europa wiederum eigene Kraftwerke und Beteiligungen. Aber der Bau und Unterhalt jeglicher Kraftwerke sowie auch der Ausbau von Übertragungsnetzen erfordern einen Einsatz von grauer Energie und Ressourcen. Die Kosten für das schweizerische Übertragungsnetz inkl. Unterhalt belaufen sich auf 4.5 Mia. CHF (Quelle: ELCOM). Diese Wertschöpfung beinhaltet selbstverständlich auch einen gehörigen Anteil an Energieaufwand. Analog verursacht der Bau und die Entsorgung  jeglicher Speichertechnologien (Batterien, Staudämme etc.) einen Energieaufwand und verurscht entsprechend der Herstellungsprozesse Treibhausgase und CO2.

 

Aus diesen Gründen wäre es aus einer Gesamtbilanzierung am nachhaltigsten, die Energieverbrauchsspitzen bzw. den Dimensionierungsfall zu optimieren, welcher im Winter (Januar / Februar) auftritt. Die betriebswirtschaftliche Sicht der Energieversorger ist nicht zwingend Deckungsgleich mit der übergeordneten Sicht der Gesellschaft, weil die Stromwirtschaft grundsätzlich nicht unter der Stromknappheit und volatilen Strom-Spotmarktpreisen leidet.  Die Gesellschaft hat aber ein Interesse daran, dass die Infrastruktur nicht aufgrund der Wintermonate massiv ausgebaut werden muss.

Die Technologie der Niedertemperaturnetze (Anergiesysteme) weisen eine maximale winterliche Effizienz auf und reduzieren effektiv den Dimensionierungsbedarf - bzw. Strombedarf im Januar.

 

In der freien Marktwirtschaft werden bekanntlich individuelle Entscheide letztlich überwiegend aufgrund pekuniärer Kriterien gefällt. Diese Realität ist insbesondere auch bei Entscheiden zu beobachten, welche die Energiebeschaffung betreffen.

 

Wie bei der Etablierung der Trinkwasserversorgung vor hundert Jahren wird es trotzdem sinnvoll sein, den Drang des Individuums hin zur maximalen Autarkie zu überwinden und an gemeinschaftlichen Visionen festzuhalten. Denn gemeinschaftliche Lösungen sind in Zonen mit grosser Energiebezugsdichte kostengünstiger und effizienter.