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.

Eine Zunahme des Stromverbrauchs in den Wintermonaten wird von Energiesparbemühungen zwar teilweise kompensiert, findet aber trotzdem statt. Der grossflächige Einsatz von Wärmepumpen sowie die angestrebte Elektrifizierung der Mobilität werden daher Investitionen der Energieversorger in den Ausbau der Versorgungsinfrastruktur auslösen. Die anfallenden Kosten werden in irgend einer Form 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.

 

Ein grosser Winterstrombedarf überfordert das in der Schweiz produzierte Angebot an erneuerbaren Energien schon heute bei weitem. Nicht nur die Solarenergie, auch die schweizerischen Wasserkraftwerke produzieren im Winterhalbjahr weniger Strom. Deshalb importiert die Schweiz im Winterhalbjahr Elektrizität in erheblichem Ausmass.

Nicht ganz unschuldig sind die Wärmepumpen, welche im Winter viel Strom verbrauchen. Der "zusätzlich" benötigte Strom fliesst aus den benachbarten Ländern, insbesondere aus Deutschland nach. Deutschland wiederum importiert bei Bedarf Strom aus diversen Nachbarländern, wie Tschechien oder Polen. Wenn die deutschen Windparks wenig Strom produzieren, liefern Kohlekraftwerke die Differenz (Regelenergie). Unsere Stauseen tragen dazu bei, aber deren Kapazität ist beschränkt. Nicht zu vergessen ist, dass der Ausbau und Unterhalt der Übertragungsnetze und neuer Kraftwerke mit entsprechenden Kosten und Ressourcen gekoppelt ist. Die Stromübertragung ist dabei auch mit Verlusten verbunden. Bei der Stromübertragung entstehen ausserdem Treibhausgase. Die Übertragungsinfrastruktur  kann mit einer einheimischen Stromproduktion und Effizienzmassnahmen auf einem vernünftigen Niveau eingefroren werden.

 

Diese Zusammenhänge suggerieren, dass wir bezüglich winterlichem Strommix in europäischem Massstab denken müssen. Europa weist auch viele strombasierte Heizungssysteme auf.

 

Grosse Abnehmer bezahlen aktuell nicht viel mehr als die Stromgestehungskosten. Analog zum Strassenverkehr wird der "Transport" für gewisse Teilnehmer quersubventioniert. Denn die privaten Haushalte bezahlen happige Netznutzungsgebühren. Schlussendlich ist Strom nur in geringen Mengen speicherbar. Die Kraftwerke sind eine Versicherung im Falle einer (unvorhergesehenen) Stromknappheit, bzw. dunklen Kälteflaute. Sie entstehen derzeit vor allem im Ausland. Was im Ernstfall dereinst geschehen wird ist ungewiss, wie auch unser Verhältnis zur EU relativ ungewiss ist. 

 

Eine Gesamtsicht dieser Ausgangslage zeigt auf,  dass die Auslandabhängigkeit negative Aspekte hat und dass der Stromverbrauch und die Bedarfsspitzen nicht beliebig anwachsen sollten. hinsichtlich kalte Winter, bzw. Dimensionierungsfall). Die Technologien der Niedertemperaturnetze sowie die Konvergenz der Energienetze müssten in diesem Sinn strategisch gefördert werden. Sie verbessern die winterliche Effizienz und reduzieren die Gefahr von Blackouts. Sie reduzieren zudem die Abhängigkeit der Stromversorgung und den Ressourcenverbrauch.

 

Kleine Energieversorger, welche die maximale bezogene Leistung bezahlen, haben einen gewissen Anreiz, ihre Strombezugsspitzen klein zu halten. Die ihnen vorgelagerten grossen Energieunternehmen kaufen die Elektrizität am Spotmarkt ein, wo allfällige Stromlieferengpässe nicht abgebildet werden. Der "Wert" der Versorgungssicherheit fliesst dort nicht ein. Denn die Preisbildung in Energiemärkten ist tagesaktuell: Potenzielle, zukünftige Probleme wie  Naturereignisse oder politisch-strategische Verwerfungen fliessen nicht zum Voraus ein. Soll vorausschauend lenkend eingegriffen werden braucht es regulatorische Eingriffe.

 

Daher bietet die Swissgrid (als Monopolist) für Spitzenenergie-Kapazitäten eine Prämie an. Aber entsprechende Anreize für winterlich-nachfragegedämpfte Systeme scheinen bloss in sehr geringem Umfang zu existieren.

 

Die Nutzung von See- und Grundwasser zu Heiz- und Kühlzwecken ist eine effizienzsteigernde Technologie, welche die Strombezüge entsprechender Kunden auf relativ moderatem, vor allem aber berechenbar stabilem Niveau verharren lässt. Insbesondere Stadtwerke sollten ein Interesse am Betrieb solcher Wärmenetze haben.