Einsatz regenerativer Energieträger im Mehrfamilienwohnbereich

Diplomarbeit von Thomas Kellner

Zusammenfassung:

Das Ziel dieser Arbeit ist es zu erläutern, welche regenerativen Energieträger nicht nur theoretisch, sondern auch praktisch für Mehrfamilienwohnanlagen im Pinzgau eingesetzt werden können. Zunächst wird der Pinzgau, als Gebirgsregion näher erläutert und es wird auf die klimatischen Gegebenheiten (Heizgradtage, Sonneneinstrahlung) des Gaues eingegangen. Im Folgenden werden die theoretisch zur Verfügung stehenden regenerativen Energieträger erläutert: Biomasse, Wasserkraft zur Stromgewinnung, Erdwärme, Umgebungsenergie, Solarenergie und Windenergie zur Stromgewinnung.

Diese Arbeit zeigt, dass von den theoretisch zur Verfügung stehenden Energiequellen nur drei Energieträger wirklich für Mehrfamilienwohnhäuser im Pinzgau geeignet sind.

Im Raum Pinzgau stehen jährlich rund 370.000 Schüttraummeter an Biomasse zur Energiegewinnung zur Verfügung, das entspricht rund 37 Millionen Liter Öl. In Form von Pellets ist der Einsatz von Biomasse auch im Mehrfamilienwohnbereich technisch einfach realisierbar. Vorhandene Öltankräume können nach der Entfernung des Tankes als Lagerraum genutzt werden. Hackschnitzel sind (wenn genügend Lagerplatz vorhanden ist) eine weitere mögliche Alternative zu Erdöl.

Die Nutzung von Umgebungswärme (Erde, Wasser, Luft) ist durch den Einsatz von Kollektoren zum Entzug der Energie und der Verwendung von Wärmepumpen zur Erreichung technisch nutzbarer Temperaturen, möglich. Im Erdreich kommen dabei Flächenkollektoren bzw. Erdsonden zum Einsatz.

Aufgrund geologischer Gegebenheiten verfügt der Pinzgau über großes Potential an Wasserkraft, welche zur Stromgewinnung heran gezogen werden kann. Im Pinzgau sind vor allem Speicherkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke zur Stromgewinnung im Einsatz.

Für Mehrfamilienwohnhäuser sind als Alternative zu Erdöl sowohl der Einsatz von Biomasse, Strom aus Wasserkraft und die Nutzung von Umgebungswärme möglich. Diese Energieträger sind Alternativen zu Erdöl, die Technologie ist bereits ausgereift und bei Wohnanlagen, die über eine Zentralheizung verfügen, ist ein Umbau einfach durchzuführen.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 5.1.4, Vor- und Nachteile Nutzung Biomasseanlagen: Durch die Photosynthese wird die Energie der Sonne zur Umwandlung anorganischer Materie herangezogen, um damit Leben zu erzeugen bzw. zu vermehren. Die Biomasse ist damit die wesentliche Komponente des Kohlenstoffkreislaufes und ist somit auch für die Existenz menschlichen Lebens mitverantwortlich. Somit stellt Biomasse einen fast unerschöpflichen Rohstoff dar. Bei der Nutzung von Biomasse ergeben sich nun auch gewisse Vor- und Nachteile.

Vorteile der Biomasse: regional regenerativ, CO2 neutral, gut zu verarbeiten und einfach zu transportieren, gute Lagerfähigkeit, vollständige Verwertbarkeit des Rohstoffes Nachteile der Biomasse: Verlust der Substanz bei nicht fachgerechter Lagerung ,räumliche und zeitliche Angebotscharakteristik, jährliche Abgasüberprüfung der Heizanlagen ist nötig (generell für alle Brennstoff-Anlagen) Nachdem sich Kapitel 5.1 mit Biomasse beschäftigt hat, wird in Kapitel 5.2 näher auf die Stromerzeugung aus Wasserkraft eingegangen. Dabei wird auch das derzeitige Potential bzw. das noch zusätzlich ausbaufähige Potential der Wasserkraft im Bundesland Salzburg beschrieben.

Kapitel 5.2, Stromerzeugung aus Wasserkraft: Wasser ist der Motor unseres Lebens. Jedes Lebewesen auf dieser Erde ist in irgendeiner Form auf Wasser angewiesen. Darum ist die Verwendung von Wasserkraft zur Stromerzeugung auch ein heikles und politisch umkämpftes Thema. Grundsätzlich ist die Nutzung der Wasserkraft, ebenso wie andere Energieträger, an die Sonne gebunden. Ohne Sonne verdunstet kein Wasser, welches danach wieder als Regen vom Himmel fällt und somit potentielle Energie enthält. Durch die Speicherfähigkeit von Wassers, z.B. in Form von Stauseen oder einfachen Rückhaltebecken, kann diese Energie auf Bedarf abgerufen werden.

Allerdings stehen Niederschläge in einem bestimmten Gebiet nicht unmittelbar in Zusammenhang mit dem zur Verfügung stehenden Energiepotential. Dies ist darauf zurück zu führen, dass der Regen oft nicht gleich abfließt, sondern zwischengespeichert wird (z.B. im Moos oder in unterirdische Höhlen) und dadurch erst verzögert abgegeben wird. Es kann auch vorkommen, dass der Regen aufgrund unterirdischer Bachläufe an völlig anderen Orten wieder zu Tage kommt.

Kapitel 5.2.1, Verfügbarkeit Wasserkraft: Die Verfügbarkeit von Wasserkraft ist an Niederschläge (sowohl im Winter als im Sommer) gebunden. Laut Neubarth / Kaltschmitt liegt die jährliche durchschnittliche Niederschlagsmenge in Österreich bei ca. 1.000 mm. Abweichungen von diesem Mittelwert entstehen aber zum Beispiel in den Alpen. In Abbildung 13 wird das langjährige (1971-2000) Niederschlagsmittel zweier Pinzgauer Gemeinden mit den Städten Salzburg und Wien verglichen.

Wie in Abbildung 13 ersichtlich, schwankt die Niederschlagsmenge im jährlichen Mittel stark. Vor allem in den Sommermonaten Juni und Juli werden die höchsten Niederschlagsmengen erreicht. Das langjährige Niederschlagsmittel Pinzgauer Orte und der Stadt Salzburg ist durchaus sowohl im Auftreten als auch in der Menge des Niederschlages vergleichbar. In der Bundeshauptstadt Wien hingegen liegen völlig andere Niederschlagsverteilungen bzw. auch Niederschlagsmengen vor. In Summe liegt die langjährige jährliche mittlere Gesamtniederschlagsmenge in Saalbach etwa bei 1338 mm, in Wien hingegen nur bei 620 mm. Damit liegt Saalbach deutlich über dem österreichischen Mittel von 1000mm Niederschlag pro Jahr.

Das Abflusslinienpotential des Bundeslands Salzburgs liegt bei rund 9.300 GWh. Derzeit werden davon rund 3.400 GWh durch bereits errichtete Kraftwerke genutzt. Abzüglich des ökologisch nicht vertretbar nutzbaren Potentials (z.B. in Nationalparks) bleiben noch rund 1.600 GWh Restpotential übrig. Somit könnten im Bundesland Salzburg ca. 5.000 GWh / a aus der Kraft des Wassers gewonnen werden.

Kapitel 5.2.2, Technische Hintergründe Nutzung Wasserkraft zur Stromgewinnung: Wasser fließt von größerer Höhe zu einem Ort niedriger Höhe und besitzt somit kinetische Energie. Zur Umwandlung der kinetischen in elektrische Energie bedarf es zusätzlicher Komponenten, wie z.B. einem Stauwerk, den Wassereinlauf, Zu- und Ableitungen für das Wasser zur bzw. von der Turbine und einen Generator zur Stromerzeugung. Grundsätzlich unterscheidet die Literatur Wasserkraftanlagen nach ihrer Fallhöhe (Niederdruck-, Mitteldruck- und Hochdruckanlagen) und zwischen Lauf- oder Speicherwasserkraftanlagen.

Niederdruckanlagen werden vor allem bei Flusskraftwerken mit einer Fallhöhe bis zu 20m eingesetzt bzw. auch bei Ausleitungskraftwerken. Flusskraftwerke werden in das eigentliche Flussbett eingebaut und erfüllen weitere Aufgaben, wie z.B. Hochwasserschutz, Grundwasserstabilisierung, oder z.B. Schleusenbetrieb für die Schifffahrt. In Österreich werden diese z.B. an der Donau, am Inn oder an der Mur gebaut. Niederdruckanlagen verarbeiten das fließende Wasser praktisch ohne Speicherung.

Mitteldruckanlagen werden üblicherweise mittels einer Talsperre und einem an deren Fuß befindlichen Krafthauses ausgelegt. Hierbei werden Fallhöhen von 20 - 100m realisiert.

Hochdruckanlagen weisen eine Fallhöhe von 100 - 2000m auf und werden oft mit großen Speichern (Jahresspeicher) realisiert. Zur Vergrößerung der natürlichen Zuflüsse werden oft Bäche oder Flüsse aus Nachbarregionen zugeleitet. Zur Umwandlung der kinetischen Energie in elektrischen Strom ist eine Turbine (Drehbewegung der Turbine) zum Antrieb des Generators wichtig. Aufgrund der unterschiedlichen Fallhöhen und der damit verbundenen Geschwindigkeit des auftreffenden Wassers, werden verschiedene Turbinenformen verwendet.

Gleichdruck- oder Aktionsturbinen (Pelton- u. Durchströmturbinen): die potentielle Energie des Wassers wird vollständig in kinetische Energie (Geschwindigkeitsenergie) durch das auftreffende Wasser auf das rotierende Laufrad umgesetzt. Im Inneren der Turbine herrscht in etwa der gleiche Druck wie vor der Turbine, daher Gleichdruckturbine.

Überduck- oder Reaktionsturbinen (Franics- u. Kaplanturbinen): hier wird die potentielle Energie des Wassers über einen Leitschaufelapparat, rotierende Turbinenschaufeln sowie über das nachfolgende Saugrohr abgearbeitet. Beim Weg durch die Turbine verringert sich der Druck des Wassers und es entsteht beim Einlauf ein Überdruck, daher Überdruckturbine. Die meisten Wasserkraftwerke sind an das Stromnetz angebunden. Große Anlagen können direkt vom Stromanbieter je nach Strombedarf gesteuert werden. So kann z.B. das Speicherkraftwerk in Kaprun zur Spitzenlastabdeckung (z.B. zur Mittagszeit) für wenige Stunden zugeschaltet und bei geringerem Bedarf wieder vom Netz genommen werden. Aber auch kleinere (private) Kraftwerke werden an das Netz angeschlossen.

Kapitel 5.3.3, Vor - und Nachteile Strom aus Wasserkraft: Die Stromgewinnung aus Wasserkraft wird als saubere und umweltfreundliche Energiegewinnung angesehen. Nachdem die Anlagen fertig gestellt sind, laufen diese meist ohne größere Zwischenfälle problemlos jahrelang. Bei der Energiegewinnung werden keine Schadstoffe frei gesetzt. Zusätzlich kann die potentielle Energie des Wassers gespeichert werden. Durch den Einsatz von Pumpspeicherkraftwerken kann z.B. ein vorhandener Energieüberschuss in der Nacht dazu genutzt werden, um Wasser wieder in ein höher gelegenes Becken zum pumpen, um es bei Spitzenlastbedarf wieder abzuarbeiten.

Bemängelt wird vor allem von Umweltschützern, dass durch den Bau von großen Speicheranlagen Lebensraum für Flora und Faun verloren geht. Durch den Bau von Flusskraftwerken werden oft die Wanderrouten von Fischen unterbrochen, die zum Laichen den Bachoberlauf erreichen müssen. Durch die verminderte Fließgeschwindigkeit oberhalb des Wehrs kommt es dort vermehrt zu Sedimentation von feinkörnigen Materialien bzw. auch von Schwermetallen. Auch wird grobkörniges Material zurück gehalten, was zur Folge hat, dass es Flussabwärts zu Sohlerosionen kommt. Mehrere Staustufen hintereinander können eine Veränderung des Grundwasserspiegels bewirken.

Das nun folgende Kapitel beschäftigt sich mit der Nutzung hydrothermaler Erdwärme. Nachdem grundlegende Informationen über den Aufbau der Erde gegeben werden, wird auch auf lokale Verfügbarkeit, die notwendigen technischen Voraussetzungen zur Nutzen und die Vor- bzw. Nachteile eingegangen.