Nach den stromsteuerrechtlichen Vorgaben des
Bundesfinanzhofes (BFH) mit Urteil vom 07.06.2011 (Az. VII R 55/09)
sind Stromerzeugungsanlagen wie das hier beschriebene
ENERGIEKRAFTWERK
2 MW
mit einer Nennleistung bis zu 2 MegaWatt von der Stromsteuer befreit - sofern der erzeugte Strom in räumlichem Zusammenhang zu dieser Anlage entnommen und vom Betreiber der Anlage an Verbraucher geleistet wird.
SCIODAT STUDIE
FOSSILE versus ERNEUERBARE ENERGIE
AUFGABENSTELLUNG Ultimo Ratio
Gesetze, gesellschaftliche Präferenzen und stetig steigende Preise zwingen Eigentümer die bewährten fossilen Energieträger Braunkohle, Steinkohle, Torf, Erdgas und Erdöl in ihren Gebäuden gegen Erneuerbare Energieformen wie Solar, Wind oder Geothermik zu tauschen.
Bisher werden am Markt zur Umrüstung auf erneuerbare Energie überwiegend Photovoltaikanlagen, Wechselrichter und kurzzeitige Batteriespeichern für Strom sowie Wärmepumpen oder Klimaanlagen als Heizung eingebaut.
Dies liefert jedoch nur an sonnenreichen Tagen ausreichend Strom und somit auch Energie für Wärme. Im Winter, bei Nacht oder bei Verschattung ist diese Strom- und Wärmeversorgung nicht ausreichend und macht zudem weiter vom Import zusätzlicher immer kostspieligere fossile Energieträger abhängig.
SCIODAT forscht daher nach adäquaten tatsächlich autark-nachhaltigen Energieträgern für Gebäude.
MACHBARKEIT
Aufgabe dieser Energieeffizienz- und Nachhaltigkeits-Studie ist es, aus einem intelligenten Mix mechanisch, thermisch, chemisch oder physikalisch ausgereifter und innovativer Energieträger effiziente, möglichst autark-nachhaltige und finanzierbare Energieversorgung von Gebäuden zu konzipieren.
Um ein dahingehendes autonom-energetisches Inselsystem zu entwickeln, benötigt man derzeit noch großdimensionierte Stromerzeugungsanlagen, die den überwiegenden Teil des Jahres so viel mehr an erneuerbarer Energie produzieren und vor allem zu speichern in der Lage sind, um auch in Zeiten mit hohem Bedarf ausreichend Energie abgeben zu können.
SCIODAT testete mit einschlägig ausgebildeten Technikern und Energie-Experten bei Herstellern und Endverbrauchern direkt vor Ort kompatible, derzeit am Markt erhältliche, möglichst nachweislich emissionsfreie Serienkomponente für eine imaginäre autark-nachhaltige energetische Revitalisierungslösung von Gebäuden.
Basierend auf bautechnischen Vorgaben des Gebäudeenergiegesetzes (GEG 2024) war der Fokus auf eine vergleichende Qualitätsprüfung der Funktionsweise, des Wirkungsgrades, der Energieeffizienz und der nachgewiesenen Nachhaltigkeit der dahingehend meist bereits behördlich zertifizierten Anlagen, Geräte und Systeme gerichtet. Die bei dieses Tests erfassten wertvollen evolutorischen Analysedaten haben Informatiker mit speziellen KI-Algorithmen rechnerisch auf eine derzeit bautechnisch mögliche Umsetzung eines individuell kombinierbaren hochwirksamen ENERGIEKRAFTWERK 2 MW ausgerichtet.
Das Ergebnis dieser empirischen Arbeit mit qualitativer Methodik haben wir hier in leicht lesbarer Form zusammengefasst.
Quellen: Interdisziplinäre Ressortforschung, Webcrawler-Recherche , KI-gestützte Analyse, RecongGPT
KI-Lösungsvorschlag
Konzeption
SCIODAT ENERGIEKRAFTWERK
2 MW
Das SCIODAT Expertenteam für innovativen Energiemix in Form eines technisch machbaren, möglichst autarken ENERGIEKRAFTWERKES 2 MW, besteht aus einschlägig erfahrenen Spezialisten der Fachgebiete Bauwesen, Energieeffizienz, Analyse und Nachhaltigkeits-Anforderungen.
„Die Ergebnisse dieser aufwendigen Forschungsarbeit tragen durch eine gesamtheitlich analytische Immobilienbetrachtung entscheidend zur Entdeckung neuartiger individueller Energiequellen bei”, ist Walter Wilhelm Legenstein, CEO der SCIODAT GMBH, überzeugt: „Physikalische Experimente mit energetischen Möglichkeiten werden uns laufend eine Reihe Erkenntnisse nachhaltiger Technologien für neue Energieträger modifizieren."
Walter Wilhelm Legenstein
CEO SCIODAT GMBH
Das bei dieser darauf aufbauenden privaten Forschungsarbeit entstehende Energie-Datenarchiv ermöglicht eine KI-gestürzte Analyse bei der Suche nach flexiblen neuen energetischen Synergien und Anlagen mit immer optimaleren Wirkungsgraden konventioneller, erneuerbarer und freier Energieträger.
Ausgangspunkt dieser Überlegungen ist die Erkenntnis, dass jede Materie eine Form von Energie ist, die aus Elementarteilchen besteht, welche Energie in Form von Materie beinhalten.
Materie ist nach Albert Einstein demnach eine Art "eingefrorene" Energie (!) und kann wiederum laut dem Energie-Genie Nikolas Tesla mittels spulendynamischer Kraftimpulse wieder als Energie freigesetzt werden.
VORBEREITUNG
Ein
ENERGIEKRAFTWERK
2 MW ist bevorzugt autark und emissionsfrei. Voraussetzung dafür ist ein vorab bauphysikalisch-technisch nachhaltig revitalisiertes Gebäude im Einklang mit der Natur.
Das setzt voraus,
bestimmte Bauteile mit umweltneutralen Materialien zu dämmen und dabei einen U-Wert (Wärmedurchgangs-Koeffizient) von maximal 0,24 W/ (m²K) einzuhalten. Das beinhaltet eine kompromisslose Dämmung des Daches beziehungsweise der obersten Geschossdecke, die Isolation der Heiz- und Warmwasserrohre speziell in unbeheizten Räumen, eine möglichst 3-fach
Verglasung der Fenster
und vor allem eine gedämmte vornehmlich ganzheitlich verklinkerte Fassade. Darüber hinaus sollte idealerweise eine im Estrich verlegte Fußboden- oder Wandheizung alle bewohnbaren Räume wärmen – und kühlen.
Bevor für ein Gebäude mit einem autark-nachhaltigen ENERGIEKRAFTWERK
2 MW konzipiert werden kann, bedarf es wie im Vorfeld einer gründlichen Analyse des Gebäudes.
Eine von SCIODAT technisch-wissenschaftlich erstellte Analyse zur Energieeffizienz liefert das notwendige Wissen, um die Anforderungen des deutschen Gebäudeenergiegesetzes (GEG 2024) korrekt in die Praxis umsetzen zu können. Mit konkreten Planungshinweisen helfen wir nachhaltig energietechnisch konzipierte Bauwerke GEG 2024-konform zu planen und auszuführen.
EINE GEG-EXPERTISE der SCIODAT legt für Gebäude die Anforderungen des jeweils aktuellen GEG 2024 praxisbezogen aus und erleichtert damit die absolut korrekte Umsetzung (autark-nachhaltiger) energiespezifischer Vorhaben.
Kommentierung des GEG 2024 Eine individuell erstellte Kommentierung zeigt auf, wo vorgeschriebene Paragrafen und Anlagen der EnEV im aktuellen GEG 2024 zu finden sind und welche Änderungen, Verschärfungen, aber auch Vereinfachungen dadurch zu beachten sind:
Rechnerischer Nachweis
Entwurf und Konstruktion
Haustechnik
Leistungs- und Energieausweis
Zusätzliche Inhalte der GEG-Analyse
Checkliste:
Energieberatung
Formulierungen
Förder-Unterlagen der KfW
Gesetze, Verordnungen und Bekanntmachungen
Photovoltaik (PV)
Solarzellentechnik ist ein wichtiger Baustein eines klimaneutralen Gebäudebestandes. Information über Aufbau, Wirkungsgrad, Speichertechnik etc. sind dabei entscheidend, denn wenn eine Solaranlage geplant wird, sollte eine möglichst hohe Wirtschaftlichkeit der verbauten Module erzielt werden.
Dieser wird von zahlreichen Punkten beeinflusst:
Auswirkungen unterschiedlicher Wärmebrückenansätze im Rahmen des GEG-Nachweises
Im Rahmen der energetischen Berechnung nach GEG stellt die Berücksichtigung von Wärmebrücken eine wichtige Größe dar.
Dabei können unterschiedliche Wärmebrückenzuschläge angesetzt werden:
Wärmebrückenzuschläge wirken sich unterschiedlich auf den End- und Primärenergiebedarf und den spezifischen Transmissionswärmeverlust eines Neubaus aus - und welche Konsequenzen dies für die Planung und Ausführung hat.
Vereinfachte Datenaufnahme im Wohngebäudebestand
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und das Bundesministerium des Innern für Bau und Heimat haben die Regeln für die vereinfachte Aufnahme und Verwendung von Gebäudedaten auf Grundlage des GEG aktualisiert und werden bei der ANALYSE von Experten der SCIODAT kommentiert. Damit hat der Auftraggeber alle Neuerungen im Überblick und erhält Rechtssicherheit bei der Anwendung.
UMSETZUNG
Die Bereitstellung einer betriebssicheren, wirtschaftlichen und umweltverträglichen Energieversorgung sind die Grundpfeiler des energetischen Gesamtkonzeptes eines funktionablen
ENERGIEKRAFTWERKES
2 MW.
Das Dach eines Gebäudes ist die Basis für eine wichtige solarthermische Primärenergieausbeute. Zusammen mit einer ausreichenden Solarpanelenbestückung werden darunter zusätzlich Röhrenkollektoren montiert, was den Sonnenenergieertrag wesentlich erhöht. Beide Gewerke stehen auf einem sauber isolierten Dach zum Auffangen von Regenwasser - für die spätere Wasserstoff-Elektrolyse.
Neben diesem zeitgemäßen Solarnutzen auf dem Dach erzeugen zusätzlich noch bei Bedarf Wind-, Wasserkraft- oder Erdwärmeanlagen erneuerbaren Strom für den Strom-Eigenbedarf eines Gebäudes. In den Sommermonaten erzeugt Solarenergie mehr Strom, als genutzt werden kann, wohingegen bei Nacht, im Winter und bewölktem Wetter (Dunkelflaute) nicht genügend Photovoltaik-Strom zur Verfügung steht. Im Falle der Windkraftnutzung schwankt der Wirkungsgrad durch große Unterschiede der Luftdruckverteilung oder wird durch morphologische Strukturen wie Berge, Täler und Canyons stark beeinflusst – Sonne scheint und Wind weht nicht ständig. In diesen Flaute Zeit wird zum Ausgleich des erneuerbaren Energieertrages in der Regel immer noch (fossile) Energie von externen Zulieferern zugemischt.
Um aber autark und nachhaltig eigene Solarenergie oder Windkraft unabhängig von Tag, Nacht, Dämmerung, Wind oder sonnenarmem Winter, rund um die Uhr und ganzjährig nutzen zu können, fehlte bisher eine geeignete Lösung. Mit einer Photovoltaik-Anlage, Windräder auf dem Dach, Boden-Geothermie mit Wärmepumpen etc. sowie einem leistungsstarken Wasserstoff-Speichersystem, das zudem im Gebäude die gewonnene Gleichspannung direkt in Wechselspannung umwandelt, kann man bereits heute eine eigene kontinuierliche Energiewende vollziehen und damit den entscheidenden Schritt in eine selbstbestimmte, sichere und emissionsfreie Energiezukunft machen.
WASSERSTOFF (H2) kann dafür der Energieträger der Zukunft sein. Dieses chemische Element hält Lösungen für die wichtigsten Aufgaben und größten Herausforderungen der kommenden Generationen bereit. Mit Wasserstoff lässt sich absolut umweltfreundlich theoretisch die gesamte globale Energieversorgung sicherstellen, ohne dass die Ressourcen knapp werden, denn Wasser für die Wasserstoffherstellung ist weltweit im Überfluss vorhanden.
Wasserstoff ist mit 98% das häufigste Element des Universums. Allein 70% der Erdoberfläche bestehen aus ihm. Wasserstoff ist das simpelste aller Elemente, ist farb-, geruch- und geschmacklos und vierzehnmal leichter als Luft. Bei -252,9° C wird Wasserstoff flüssig. In Reaktion mit Sauerstoff verbrennt er unter Freisetzung von Energie zu reinem Wasser. Diese Reaktion ist, wie bereits erwähnt, im Gegensatz zu Kohlenstoff, dem offensichtlichen Hauptverursacher des Klimawandels, vollkommen frei von Emissionen. Wasserstoff ist sauber und als Energieträger zugleich äußerst effektiv.
Aber Wasserstoff kommt in der Natur nie isoliert vor, sondern immer nur in Verbindung mit anderen Elementen. Die häufigsten Verbindungen sind die mit Kohlenstoff in Form von Erdgas 48%, Erdöl 30%, Kohle 18% und mit Sauerstoff in Form von Wasser 4%. Um Wasserstoff nutzen zu können, muss dieser chemisch isoliert werden.
Der Großteil des heute produzierten Wasserstoffs kommt wie erwähnt, mit 96% aus der Reformierung von sog. fossiler Energie. Nur 4% des benötigten Wasserstoffs wird derzeit mithilfe reiner (grüner) Elektrolyse gewonnen, indem reines Wasser unter Zufuhr elektrischer Energie in seine elementaren Bestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff, elektrolytisch zerlegt wird.
Ein Kilogramm Wasserstoff hat einen Energiegehalt von 33 kWh. Zum Vergleich hat ein Liter Diesel nur 10 kWh Energiegehalt.
ELEKTROLYSE spaltet Wasser mithilfe von elektrischem Strom in seine molekularen Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff auf. Die Reinheit von Wasserstoff wird in Maßzahlen angegeben. Dabei gibt die erste Zahl an, wie oft die Ziffer 9 im Prozentwert vorkommt. So entspricht Wasserstoff 3.0 einer Reinheit von 99,9 Pro-zent, Wasserstoff 5.0 hingegen weist eine Reinheit von 99,999 Prozent auf.
Die Elektrolyse zur Gewinnung von grünem Wasserstoff ist ein chemischer Prozess, bei dem elektrischer Strom (optimal aus erneuerbarer Energie) eine Redoxreaktion erzwingt. Zum Einsatz kommt hier die sogenannte Proton Exchange Membrane (PEM), die natürliche Schwankungen in der Stromzufuhr ausgleicht.
Die gängigste Elektrolyse-Methode ist derzeit die Dampfreformierung von Erdgas. Das ist ein sog. "Graues" Energie-Verfahren, bei dem neben Wasserstoff allerdings auch CO₂ produziert wird. Nur wenn der dazu benötigte Strom aus Erneuerbaren Energien kommt, gewinnt man klimaneutralen grünen Wasserstoff (99,999 Reinheit).
Die BRENNSTOFFZELLE als Heizsystem benutzt das Funktionsprinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (kWk). Das heißt, sie erzeugt sowohl Strom als auch Wärme. Für diese Strom- und Wärmeproduktion benötigt die Brennstoffzelle Sauerstoff und Wasserstoff. Dies wird ihr von der Elektrolyse zugeführt. Wasser (H2O) = Wasserstoff (H2) + Sauerstoff (O2) und als „Nebenprodukt“ entsteht wieder reines Wasser.
Bei der BRENNSTOFFZELLE handelt es sich technisch gesehen um ein abgeschlossenes Bauteil, das aus zwei Elektroden (Anode/Kathode) und einer Trennschicht (Membran oder Elektrolyt/Ionenleiter) besteht. Während die Elektronen über einen elektrischen Leiter zwischen den Elektroden wandern und Strom fließt, schlüpfen die Protonen durch die Trennschicht und verbinden sich auf der anderen Seite mit Elektronen und Sauerstoff zu Wasser.
Der Gesetzesentwurf für das Gebäudeenergiegesetz (GEG) sieht vor, dass fossile Gasheizungen weiterhin eingebaut und eingesetzt werden dürfen, sofern sie technisch dazu in der Lage sind, klimaneutralen Wasserstoff zu verarbeiten (H2-ready).
Eine optimale nachhaltige Heiz- und Kühlleistung einer Brennstoffzellenheizung ist jedoch ohne zusätzliche externe (fossile) Gaszufuhr konzipiert. Sie erzeugt nicht nur Strom zur Deckung des eigenen Bedarfs, sondern auch Warmwasser und Wärme für das Gebäude.
Brennstoffzellenheizungen, die gegen alte Heizungssysteme ausgetauscht werden, macht das Einsparpotential für die Gebäudebesitzer enorm. Gerade in Beständen, wo der energetische Zustand nicht den neuesten Anforderungen entspricht, bietet die Brennstoffzellenheizung eine zukunftsfähige Alternative zu anderen Heizsystemen. Reversible WÄRMEPUMPEN sind effiziente und durchaus ökologisch nachhaltige Lösungen, wenn sie keine umweltschädliches fluoriertes Treibhausgase verwenden. Luft/Wasser-Wärmepumpen decken den Leistungsbereich von 3 bis 510 kW Kühl-leistung und 4 bis 440 kW Heizleistung ab.
Die Effektivität einer Wasser/Wasser Wärmepumpen (mit den neuen HFO-Kältemitteln R-515B) reicht aktuell von 25 bis 1.760 kW Kälteleistung und 30 bis 2.030 kW Heizleistung. Mit einer modernen effizient konzipierten Wärmepumpe kann man die Heizkosten um rund 30 Prozent reduzieren.
In einem Gebäude mit ENERGIEKRAFTWERKES 2 MW werden sie ebenso wie Klimaanlagen nur auf Kundenwunsch zur bevorzugten Brennstoffzellen- oder Infrarotheizung verbaut. So lässt sich für jedes Gebäude, vom Bürogebäude, Hotel oder Bildungszentrum über Einkaufszentrum, bis zum Krankenhaus individuell eine nachhaltige autark-energieeffiziente Strom-/Heizlösung in Gebäuden einbauen.
LEITLINIE
Die Programmatik eines ENERGIEKRAFTWERKES 2 MW ist ein nachhaltiges autarkes Inselsystem mit einer technisch und administrativ machbaren Konzeption Gebäude zur Gänze selbst mit (vornehmlich erneuerbarer) Energie zu versorgen, um vollkommen unabhängig von externen Energieimporten zu sein und damit die Wertschöpfung im Gebäude zu belassen und zudem in geschlossenen nachhaltigen Kreisläufen absolut umwelt- und klimaschonend zu bleiben.
Die bisherige Kritik an dieser innovativen Orientierung richtet sich primär gegen die Wirtschaftlichkeit energieautarker Gebäude. Denn obwohl die dafür benötigten technischen Lösungen existieren und funktionieren, sind sie in der Anschaffung und Installation immer noch um einiges kostenintensiver als die meisten herkömmlichen Versorgungssysteme.
Die optimale Lösung ist ein vernünftiger nachhaltiger Energiemix.
FUNKTIONSPRINZIP
Ein
ENERGIEKRAFTWERK
im herkömmlichen Sinn ist eine technische Anlage zur Stromerzeugung. Es wandelt kinetische Energie (Wasser-/Windkraft), thermische Energie (Dampf-, Gasturbinen) oder chemische Energie (Kohle, Erdöl, Kernkraft) mittels mechanischer Energie (Generatoren) in elektrischen Strom um. Die dafür eingesetzte Energie bildet die Primärenergie und der daraus in Kraftwerkanlagen und Umspannwerken generierte Strom die Sekundärenergie.
Großangelegte Photovoltaik-Freiflächenanlagen und -Parks mit gleichartigen PV-Modulen sind kraftvolle nachhaltige autarke Energiekraftwerke die, im Gegensatz zu den oben erwähnten, keine aufwendigen, meist umweltschädlichen, Umwandlungsprozesse der Primär- in eine Sekundärenergieform benötigen. Diese Art der Energieerzeugung setzt den Wirkungsgrad der Energie emissionsfrei direkt in Strom um und diente daher als Leitlinie für die hier ermittelte Insellösung eines möglichst autarken ENERGIEKRAFTWERKES 2 MW für einzelne Gebäude, per Definition eine dahingehende nachhaltige Energiezentrale mit allen dafür notwendigen Komponenten.
Seit Einsteins Relativitätstheorie ist uns auch bekannt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet, aber wie gesagt, jeweils wieder in Materie und umgekehrt umge-wandelt werden kann. Damit hat SCIODAT sich intensiv beschäftigt und wir wissen daher auch, dass dabei infolge Thermodynamischer Prozesse zwar die Menge der Energie in einem abgeschlossenen System, wie einem Speicher, konstant bleibt, der nutzbare Anteil der Energie aber je nach weiterer Umwandlung unterschiedlich hoch ist.
Einfacher zu verstehen ist, dass nicht alle Primärenergieträger, wie Stein- und Braunkohle, Mineralöl, Erdgas, Sonnenenergie, Windkraft, Wasserkraft, Erdwärme oder Gezeitenenergie für den Endverbraucher direkt verwendbar sind. Sie müssen vorher verbrauchergerecht aufbereitet werden.
Mit so einer zur nutzbaren Endenergie umgewandelten Heiz- und Prozesswärme, Kälte und Licht sowie mechanischen Energieträgern ist das individuelle Modulsystem eines
ENERGIEKRAFTWERK
2 MW konzipiert.
ENERGIE UMWANDELN & SPEICHERN
Wir sind mit anderen Experten der Überzeugung: WASSERSTOFF kann mit erneuerbarer Energie den Energiebedarf der Zukunft decken. Ein energieeffizientes SOLAR-WASSERSTOFF-SYSTEM nutzt zwei Technologien, um Strom genau dann verfügbar zu machen, wenn er gebraucht wird.
Mit einen Kurzzeitspeicher für den Tag/Nacht-Bedarf wird mit der bewährten Batterie-Technologie der Solarstrom vom Tag gespeichert und am Abend nutzbar gemacht. Am Tag lädt die Sonne die Batterie, damit auch am Abend genug Sonnenstrom zur Verfügung steht.
Mit einen Langzeitspeicher für den Sommer/Winter-Bedarf wird, um den im Winter oder bei Bewölkung/Regen fehlenden oder verminderten Solarertrag auszugleichen, verwendet das ENERGIEKRAFTWERK 2 MW Wasserstoff (H₂). Das heißt, es nutzt Stromüberschüsse im Sommer, um aus Wasser Wasserstoff zu produzieren. Im Winter wird dieser Prozess umgekehrt und aus Wasserstoff wird Strom gewonnen. Die nachhaltige Speicherung und Nutzung erfolgt vollständig emissionsfrei.
Der wichtigste Faktor einer autark-nachhaltigen Energieversorgung ist STROM bei TAG und NACHT:
Ultimo Ratio
ENERGIEZENTRALE
365 Tage selbst erzeugten Strom aus WASSER.
Angetrieben von Sonnenenergie und mit WASSERSTOFF als natürliche Ressourcenspeicherung.
Die kompakte modular aufgebaute Zentrale eines ENERGIEKRAFTWERKES mit max. zwei MegaWatt Nennleistung steht vornehmlich im Heizraum. Auf standardgemäß nur 1,62 m² findet alles Platz, was man für eine ganzjährige Stromversorgung benötigt.
o Wasseraufbereitung und Elektrolyseur für die Wasserstofferzeugung
o Brennstoffzelle für die Rückverstromung des Wasserstoffs
o Batterie mit einer Kapazität von 17 kWh (netto) Kurzzeitspeicherung
o Hybrid-Wechselrichter
o H2 –SPEICHER (steht außerhalb des Gebäudes)
o Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung
Saisonale Energiespeicherung
Elektrolyseur, Wasserstoffspeicher, Brennstoffzelle
Effiziente Abwärmenutzung
Kraftwärmekopplung via Lüftungsgerät
Kurzzeit-Energiespeicherung
Batteriespeicher, Batteriemanagement
Einfache PV-Einbindung
Hybridwechselrichter
Intelligente Steuerung
App, Energiemanagement, Monitoring
WASSERSTOFF LANGZEITSPEICHER
Der für die ENERGIEZENTRALE des ENERGIEKRAFTWERKES notwendige H2–SPEICHER wird vornehmlich außerhalb des Gebäudes aufgestellt. Je nach Bedarf werden genügend Wasserstoffspeichereinheiten installiert. Die Größe des Speichers wird rechnerisch angepasst, um den Stromjahresbedarf vollständig unabhängig abdecken zu können.
Das Gesamtsystem der ENERGIEZENTRALE wird durch ein intelligentes Energiemanagement gesteuert und überwacht.
ALTERNATIVEN: Im Handel gibt es derzeit zudem mechanische Energiespeicher wie Pumpspeicherkraftwerke, Druckluftspeicher, Schwungräder oder elektrochemische Speicher wie Batterien und Akkumulatoren, Brennstoffzellen und thermische Speicher wie Warmwasser und Wärmespeicher sowie elektrische Speicher wie Kondensatoren, Supraleiter.
Zu Photovoltaikanlagen erhältliche Batteriespeichersysteme erreichen aktuell eine Teilversorgung von 50% - 70%. Auch im Winter, bei Dunkelflauten und Windstille muss demnach zusätzlich auf fossilen Strom externer Zulieferer zurückgegriffen werden.
Für ein ENERGIEKRAFTWERK 2 MW hat sich ein autark nachhaltiges Wasserstoffvorratssystem am effizientesten erwiesen, zumal dieses neben sauberen grünen Strom auch noch für eine konstante Wärme- und Frischluftversorgung sorgt.
HEIZEN & KÜHLEN
Die Abwärme der
ENERGIEZENTRALE
reicht meist alleine nicht aus, um ein Gebäude ganzjährig zu beheizen.
Deshalb ist ein
ENERGIEKRAFTWERK
2 MW auf die sinnvolle Kombination mit innovativen Heizsystemen wie eine
WÄRMEPUMPE (Erd-/Luftwärme ohne giftige, klimaschädliche F-Gase-Kältemittel) ausgelegt. Diese nimmt für ein nachhaltiges Heizen + Warmwasser + Kühlen des Gebäudes den dafür benötigten Strom absolut Wartungsfrei aus eigener Erzeugung. So entsteht ein ganzjährig nachhaltiges emmisionsfreies Heiz-, Warmwasser- und Kühlsystem (und vermindert den sog. ökologischen Fußabdruck).
Selbstverständlich kann für ein nachhalties Wärmemanagement auch reine Stromheizungen Verwendung finden:
Sie erzeugen beim Betrieb keine Gase oder Dämpfe und geben auch keine Schadstoffe an die Umwelt ab.
EIS-ENERGIESPEICHER
Ein alternative Ergänzung zum
H2
–SPEICHER
und einer WÄRMEPUMPE ist die im Erdboden vergrabene oder im Tiefgeschoss eines Gebäudes installierte, mit Wasser gefüllte Betonzisterne, in der Leitungen verlegt sind, durch welche eine frostsichere Flüssigkeit fließt, die dem Wasser im Speicher die Wärme entzieht.
Die Wandlung von Kälte zu Wärmeenergie erfolgt ähnlich wie bei einem Kühlschrank, nur umgekehrt.
KÜHLEN: Das Wasser in der Zisterne gibt seine Wärme an einen Entzugswärmetauscher ab. Dadurch sinkt dessen Temperatur und gefriert allmählich.
HEIZEN: Der Regenerationswärmetauscher führt der Zisterne Wärme aus dem Solar-Luftabsorber zu.
Sinnvoll ist der Einsatz eines Eis-Energiespeichers, der ausreichend Platz (Tiefgeschoss oder Freifläche) benötigt, generell bei Neubauten, die mit Flächenheizungen wie Fußboden- oder Wandheizungen konzipiert sind.
Fazit
GRÜNEN STROM ERZEUGEN + HEIZEN + KÜHLEN
Es ist ratsam, ein Gebäude ganzjährig mit selbst erzeugtem Solarstrom zu versorgen. Die ENERGIEZENTRALE und der WASSERSTOFF LANGZEITSPEICHER des ENERGIEKRAFTWERKES 2 MW machen vollkommen unabhängig von Strompreisschwankungen und Brown- oder Blackouts. Das ist ohne Frage wirtschaftlich klug und leistet zudem einen nachhaltigen Beitrag für Klima und Umwelt.
Bei einem nachhaltig energieeffizient konzipierten Gebäude mit einem
ENERGIEKRAFTWERK
2 MW erzeugen je nach Möglichkeiten Solar-, Wind-, Wasserkraft- oder Erdwärmeanlagen zusammen mit gespeicherten WASSERSTOFF erneuerbaren grünen Strom für den Eigenbedarf (Licht, Geräte. Wasserstoff-/Elektroheizung, Wärmepumpe).
ENERGETISCHE WESENSERKLÄRUNGEN
ENERGIE
(Abkürzung: E) verlangt beispielsweise als quantitative Bemessung der für vorgenanntes Projekt relevanten Wärmemenge zum Heizen/Kühlen eines Bauwerkes die internationalen Einheiten Joule und Watt. Mit der Energie von einem Joule kann eine Sekunde lang die Leistung von einem Watt erbracht werden (1 Joule [J] = 1 Wattsekunde [Ws] = 1 VAs = 1 N m = 1 kg m2 s−2).
LEISTUNG (Abkürzung: P) zeigt, welche Energiemengen in einer bestimmten Zeit umgesetzt werden. Die Mengeneinheit von Energie in Form von Strom wird zumeist in Watt gemessen. 1.000 Watt entsprechen einem Kilowatt (kW). 1.000 Kilowatt wiederum einem Megawatt (MW). Ihre Einheit ist Joule pro Sekunde (1 Watt [W] = 1 Joule [J] pro Sekunde [s] (kurz: W = J/s ).
KILOWATTSTUNDE (Abkürzung: kWh) ist eine gängige Abrechnungseinheit für die von Energieversorgern gelieferte elektrische Energie. (1 kWh = 3.600.000 J = 3,6 Megajoule [MJ]).
THERMODYNAMIK
In einem abgeschlossenen System (Speicher) bleibt die eingebrachte Energie bei jedem Vorgang mengenmäßig konstant (∆U = ∆Q+∆W). Energie wird aber verbraucht, wenn nach einer Umwandlung (z.B. H2O [Wasser] nach einer Elektrolyse in H2 [Wasserstoff]) nur noch ein verringerter Teil von der Ursprungsenergie genutzt werden kann. Wärme kann also zum Beispiel nicht von sich aus von einem Körper mit niedriger Energie auf einen Körper mit höherer Energie übergehen. Wärmepumpen benötigen dazu Strom, da es ein „Perpetuum mobile“ nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nicht geben kann.
AUTONOME AUTARKIE bezeichnet im normalen Sprachgebrauch Konzepte, bei denen Energieverbraucher lokal verfügbare Energieträger und -quellen (z.B. Blockkraftwerke) nutzen und so nicht von externen überregionalen Energielieferungen abhängig sind. Dazu gibt es aktuell neben den klassischen (fossilen) Energiequellen fünf verschiedene Arten von Erneuerbarer Energie: Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft, Biomasse und Erdwärme. Um Gebäude weitgehend unabhängig von öffentlichen Versorgern mit Strom und Wärme zu machen, werden derzeit Solar(boden)thermie, Wärmepumpe oder Pelletheizung angeboten. Aus derzeitiger Sicht funktionieren energieautarke Regionen nur durch Nutzung von erneuerbaren Energieträgern innerhalb der Bilanzgrenzen der Region. Dabei werden Wärme, Strom und Kraftstoffe in der Region selbst zu 100 % produziert und sind im Gleichgewicht mit dem Verbrauch.
TENDENZIELLE AUTARKIE widerspricht die Auslegung des Begriffs Autarkie (altgriech: αὐτάρκεια Selbstständigkeit), zumal sie nur durch eine weitestgehende unabhängige Energiebilanz über einen bestimmten Zeitraum eines Systems hinweg beschreibt. Es geht dabei um die Absicherung durch eine zentrale, regionale Energieversorgung mit der Tendenz zu einer regionalen Energieversorgung, die bspw. mehr als 50 % der jährlichen Nachfrage deckt. Dabei wird echte Autarkie nicht explizit als Ziel definiert.
BILANZIELLE AUTARKIE
bedeutet, dass eine Kommune oder Region über das Jahr gesehen energetisch so gut wie autark ist, jedoch die bestehende überregionale Netzinfrastruktur (für Elektrizität, Gas, Wärme usw.) oft ausgenutzt, um Diskrepanzen zwischen Angebot und Nachfrage auszugleichen. In diesem Fall werden meistens nur manche Energieanwendungen und -bereiche abgedeckt.
KOMPLETTE AUTARKIE
ist ein sog. Inselbetrieb, der ein Gebäude, eine Kommune oder Region von ihrer Umgebung energetisch abgetrennt und ihre eigene Energienachfrage ständig und komplett selbst abdeckt. Eine Voraussetzung hierfür ist eine ausreichende Kapazität an (Elektrizitäts- und Wärme-) Speichern.
NULLENERGIEHAUS ist ein Energiestandard für Gebäude, welcher dann erreicht ist, wenn der externe Energiebezug des Gebäudes als Bilanz über einen Zeitraum von einem Jahr durch die auf der Liegenschaft des Gebäudes installierte, eigene Energieerzeugung (weitgehend) aufgehoben ist. Technisch ist das Nullenergiehaus eine Erweiterung des Passivhauses, welches neben der passiven Wärmerückgewinnung aus der Abluft zudem mit solartechnischen Anlagen für die Warmwasser- und Stromgewinnung ausgestattet ist und damit bilanziell allgemein übliche externe Energielieferungen im Jahresverlauf (weitgehend) ausgleicht. Wird mehr Energie erzeugt, als das Haus selbst verbraucht, spricht man von einem Plusenergiehaus.
Nicht berücksichtigt wird beim Nullenergiestandard die Energie, die zur Erstellung des Hauses benötigt wird. Für ein Nullenergiehaus wird beispielsweise eine energetische Amortisation als Energierücklauf von etwa 12 Jahren angenommen. So lange dauert es in etwa, bis die Energie, die beim Bau des Hauses eingesetzt wurde, durch die spezielle Bauweise des Nullenergiehauses wieder eingespart wurde. Das ist die sog. Graue Energie, die bei der Herstellung, dem Transport, dem Einbau und der Entsorgung der verwendeten Baumaterialien verbraucht wird. KRITIK: Es sollte nicht unerwähnt bleiben, dass ein Haus ohne konventionelle Heizung an einem dunklem, nasskalten Wintertag bei Ausbleiben des solaren Wärme- und PV-Ertrag nur einen geringen Nutzungswert hat. An so einem Tag muss mit erheblichen Einbußen der thermischen Behaglichkeit und dem gewohnten Lebenskomfort gerechnet werden. Das senkt die Ansprüche wie Duschen, Baden, Kochen, Backen, Wäsche waschen, Medienkonsum auf ein Minimum. Bei Innenraum-Temperaturen unter +15 °C steigt zudem die Gefahr von Krankheiten und Schimmelbildung.
FAZIT:
Nur Gebäude, welche über keinen Anschluss für zugelieferte externe Energie und auch zum Sicherstellen der Versorgungssicherheit in allen Witterungslagen sowie über alle Nutzungsprofile hinaus keine externe Energie wie z. B. Festbrennstoffe (Öl, Gas, Holz) beziehen und sich somit tatsächlich selbst versorgen, kann man von einem vollwertig energieautarken Gebäude sprechen.
In den letzten Jahren wurden bereits einige Konzepte zur Energieautarkie vorgestellt und sowohl in Bezug auf Einzelgebäudelösungen wie auch auf bestimmte Regionen umgesetzt. Zu letzteren gehören u. a. ländliche Gebiete in Sachsen, Österreich und speziell in den Alpen. Sie widmen sich alle der partiellen oder totalen Selbstständigkeit bei der Stromgewinnung. Besondere Beachtung fand dabei die Stadt Güssing in Österreich, die sich bereits seit 1990 durch erneuerbare Energien selbst versorgt. Dabei muss berücksichtigt werden, dass ländliche Gegenden in der Regel den notwendigen Platz und Flächen haben, um den gesamten Energiebedarf mit erneuerbaren Energien aus Wind, Wasser, Photovoltaik, Solarthermie, Biomasse und Geothermie zu erzeugen. Gebäude innerhalb einer Kommune oder Stadt sind davon ausgenommen.
Aus derzeitiger Sicht funktionieren autark nachhaltige Stromversorgungslösungen durch Nutzung erneuerbarer Energieträger innerhalb der Bilanzgrenzen der Region. Dabei werden Wärme, Strom und Kraftstoffe selbst zu 100 % produziert und sind im Idealfall im Gleichgewicht mit dem Verbrauch aller angeschlossenen (kommunalen) Gebäude:
WÄRMEERZEUGUNG funktioniert dabei vornehmlich durch Solarthermie, Biomasseheizwerk oder Wärmepumpenheizung mit Geothermie.
STROMSPEICHERUNG geschieht mit Akkumulatoren (Batteriespeicher), Pumpspeicherkraftwerke oder Wasserstoffspeicher.
KRAFTSTOFF wird durch eigene Erzeugung von Pflanzenöl, Biodiesel, Bioethanol, Power-to-Gas oder elektrolysiertem Wasserstoff/Sauerstoff bereitgestellt.
NEUBAU.
Gemäß Industrieausschuss des Europäischen Parlaments sollen alle öffentlichen Gebäude, die nach dem 31. Dezember 2018 in der EU errichtet werden, ihren Energiebedarf in der Bilanz von einem Jahr auch auf der Liegenschaft des jeweiligen Gebäudes vor Ort erzeugen können. Das ist der derzeit rechtliche Ansatz, auf dem unsere Grundlagenforschung zur Umsetzung eines möglichst autarken
ENERGIEKRAFTWERK 2 MW aufbauen muss.
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