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Nahwärmenetz und Kraft-Wärme-Kopplung

Bereits im Jahre 1992 entschied der Freiburger Gemeinderat dass die „Kraft-Wärme-Kopplung“ ausgebaut werden soll. Unter diesem Begriff (abgekürzt „KWK“) versteht man die gleichzeitige Produktion von Strom und Wärme, meist in einem konventionellen Verbrennungsmotor wie wir ihn aus Autos oder sogar Rasenmähern kennen - bei größeren Anlagen in einer effizienteren Gasturbine.

Zwar wird in jedem konventionellen Kraftwerk (Kohle, Öl, Gas) und sogar in Atomkraftwerken stets erhebliche Mengen Wärme zusätzlich zum Strom hergestellt – das Problem ist nur, dass bis auf wenige Ausnahmen über 60% der eingesetzten Energie als „Abfallwärme“ ungenutzt in der Umgebung verpufft – unnötig die Flüsse aufheizt zum Beispiel – obwohl es sich meist noch um Temperaturen von 80 °C oder mehr handelt. Damit kann man locker ganze Stadtviertel heizen – und genau das ist die Idee der Kraft-Wärme-Kopplung und geschieht im Stadtteil Vauban. Ein „BHKW“ ist also ein Block-Heiz-Kraft-Werk: Es versorgt einen ganzen Häuserblock mit Kraft (Strom) und Wärme. Oder es sieht eben aus wie ein Block, ein Kasten, den man in einen Heizkeller stellt, die Entstehung des Namens ist nicht ganz klar.

In Deutschland wird nun zufällig bei der konventionellen Stromprodultion in etwa soviel Abwärme in Flüsse und Luft abgegeben wie in ganz Deutschland zum Heizen benötigt wird: Etwa 1400 TWh pro Jahr. Würde man also die Abwärme so umlenken können, dass alle Häuser geheizt werden, hätte man ein großes Energieproblem gelöst. Da aber nicht alle Bürger in Städten wohnen, wo das vergleichsweise leicht möglich ist, sondern übers Land verteilt, stoßen wir bei der Verteilung von Wärme auf Probleme:

Im Moment geschieht die Stromproduktion in großen Kraftwerken von zum Beispiel 1 GW (1 Milliarde Watt). Atomkraftwerke werden in der Regel nicht mitten in Städten gebaut (warum eigentlich nicht mal in Paris, wenn sie so ungefährlich und sauber sind wie die EDF immer behauptet?), aber grundsätzlich wäre das machbar. Allerdings: Es lassen sich zwar beliebig große Wärmenetze bauen – es gibt aber unvermeidliche Verluste. Vor allem wenn sich das heisse Wasser im Sommer nur langsam bewegt, da nur das warme Wasser erwärmt werden muss und keine Heizung, hat es viel Zeit um abzukühlen: Selbst wenn also das Wasser mit 95 °C das Kraftwerk verlässt – beim Verbraucher in 15 km Entfernung hat es vielleicht nur noch 50 °C. Das reicht leider nicht mehr aus, um ein gesundes warmes Wasser zu bereiten, also ohne die gefährlichen Legionellen, die sich bei Temperaturen unter 50 °C besonders stark vermehren.

Also muss man dezentralisieren: Große Wärmenetze (Fernwärme) sind teuer und haben relativ hohe Verluste. Warum dann nicht die Strom- und Wärmeproduktion zum Verbraucher hin verlagern? Das ist tatsächlich eine sehr gute Idee: Im Moment sind Mini-BHKWs für Einfamilienhäuser noch oft zu teuer: Ich kann zwar beliebig kleine Verbrennungsmotoren bauen (siehe Rasenmäher), - die stets benötigte Wartung erfolgt dagegen immer durch Menschen – ein Techniker kommt vor Ort – und die Techniker lassen sich nicht teilen, sprich: verbilligen.

Es kommt noch ein anderer Effekt hinzu: Moderne Gebäude benötigen dank der Passivhaustechnik viel weniger Wärme zur Heizung und Warmwasser als noch vor 20 Jahren. Es gibt also immer weniger Wärme zu transportieren, die spezifischen Kosten (pro Wärmeeinheit) des Wärmenetzes steigen und steigen. Auch deshalb hat die Fernwärme – an sich eine ökologische Idee – leider keine Zukunft.

Man sollte also mehrere Häuser mit einem gemeinsamen BHKW versorgen. Das wird gemacht und geschieht in Freiburg zum Beispiel im Projekt „Kraftwerk Wiehre“.

Aber auch im Stadtteil Vauban gibt es schon drei solcher Kraftwerke: Das große BHKW der badenova (850 kWel), das fast den ganzen Stadtteil Vauban mit Wärme und Strom versorgt, ein kleines (5,5 kWel) im Passivhaus „Wohnen & Arbeiten“ und ein größeres (18 kWel) in den „Kleehäusern“ (ebenfalls Passivhäuser).

Potenzial der Kraft-Wärme-Kopplung

Die dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung könnte in Deutschland eine enorme Wirkung entfalten: Würde man alles Ergas, das heute nur verheizt wird, zunächst zur dezentralen Stromerzeugung nutzen und nur die dabei unvermeidlich anfallende Abwärme zur Heizung, so könnte man 75% des deutschen Wärmebedarfs decken und gleichzeitig 45% des Strombedarfs. Sowohl aller Kohlestrom als auch aller Atomstrom könnten dadurch ersetzt werden – ein großartiges Ergebnis. Wohlgemerkt: Dabei würde kein Kubikmeter Gas mehr verbraucht werden als im Moment.

Kritiker werden jetzt natürlich anmerken, dass Erdgas keine erneuerbare Energieform ist. Das stimmt, aber auch hier ist Abhilfe in Sicht: Zum einen wird der Heizwärmebedarf und dadurch auch der Bedarf an Wärme selbst aus KWK durch die Passivhaustechnik in Zukunft nur noch sinken und das Angebot an erneuerbarem Strom weiter steigen. Zum anderen läßt sich das fossile Gas auch Schritt für Schritt durch Biogas ersetzen. Natürlich steht im Moment noch nicht genüg Biogas zur Verfügung und auch in Zukunft wird das Biogasangebot für lange Zeit nicht ausreichen, um unseren Gasbedarf alleine zu denken. Hier hilft uns aber die Tatsache, dass bereits heute in den Mittagsstunden und abhängig vom Wind zuviel Ökostrom zur Verfügung steht. Aus dem Überschuss kann Wasserstoff gewonnen werden. Wasserstoff kann bis zu 1,5% dem existierenden Gasnetz beigemischt werden (mehr wenn man das Netz entsprechend umrüsten würde, aber das dauert und kostet). Man könnte aber weit mehr Wasserstoff erzeugen und es dann mit dem (einfach speicherbaren) Biogas zu Methan umwandeln. Biogas enthält schon 60% Methan, aber gleichzeitig 40% Kohlendioxid, das bei der Verbrennung zwar nicht stört, aber unnötig die Leitungen belastet. Diese CO2 könnte man mit dem Sabatier-Prozess“ (oder weiteren noch zu entwicklenden Schlüsseltechnologien) zu Methan verarbeiten. Im Grunde würde sich auch CO2 aus anderen fossilen Kraftwerken für den Sabatierprozess eignen, nur fällt es selten so konzentriert an wie beim Biogas.

Speicherproblem gelöst?

Da sich Methan sehr einfach speichern lässt (und zwar in den Kavernen aus denen es kam) oder im existierenden Gasnetz, hätten wir ein weiteres Problem gelöst, nämich das vieldiskutierte Speicherproblem: Im Winter und nachts ist Solarstrom knapp und auch die Schwankungen des Windstroms müssen ausgeglichen werden. In genau diese Lücke könnte die KWK vorstossen: Sinkt die Frquenz des Netzes, ist das ein Zeichen für eine drohende Überlastung – dezentrale BHKWs könnten eine kleine Prämie dafür bekommen, dass sie auf Bedarf des Netzes starten, denn die dabei entstehende Abwärme wird einfach im Warmwasserboiler oder in der erwärmten Masse des Hauses gespeichert. Zumindest Energieflauten im Winter könnten wir damit relativ einfach begegnen.

Wenn die Frequenz des Netzes über einen bestimmten Schwellwert steigt, bedeutet das ein momentanes Überangebot an Strom. Bereits heute werden Photovoltaikanlagen und Windkraftwerke so ausgelegt, dass sie in diesen „Notfällen“ selbsttätig vom Netz gehen. Gleichmassen könnte man ein Überangebot von Strom durch BHKWs verhindern, indem man diese Anlagen ebenfalls zwingt, z.B. in den Mittagsstunden nicht einzuspeisen. Wenn in dieser Zeit an einem bestimmten Ort dann doch sofort Wärme gebraucht würde, wäre es wahrscheinlich volkswirtschaftlich ratsam, diese Wärme dann ausnahmsweise aus Strom bereitzustellen (der dann ja im Überfluss vorhanden ist).

Anstelle die Frequenz als Regelgröße heranzuziehen, könnte man sich natürlich „intelligentere“ Fernsteuerungen übers Internet ausdenken. Erfahrungsgemäß sind jedoch bei Norfallmanagement einfache Lösungen schneller, verlässlicher und billiger umzusetzen. Da die Frequenz eines Stromnetzes von keiner Partei künstlich verfälscht werden kann, hätten wir eine unbestechliche Stellgröße.

Aber diese Diskussion führt uns deutlich weg vom Stadtteil Vauban.

Wo liegen die Hindernisse?

Es wird eine Weile dauern, bis alle den Nutzen der Kraft-Wärme-Kopplung und ihre Notwendigkeit und Effizienz verstanden haben. Heizkessel werden nur alle 15 bis 20 Jahre auf „natürliche Weise“ ausgetauscht. Technisch wäre es kein Problem, Miliionen solcher Motoren herzustellen, - die deutsche Autoindustrie allein prodiuziert heute schon pro Jahr ca. 5,7 Millioenen Fahrzeuge, also auch Motoren.

Nimmt man eine Jahresproduktion von 5 Milionen BHKW-Motoren an, alles kleine Motoren mit nur 10 kW elektrischer Leistung (denn die Breitenwirkung ist besonders wichtig!) könnte man in einem Jahr ein virtuelles, dezentrales Kraftwerk von 50 GW elektrischer Leistung bauen! Das ist enorm – diese Leistung enstrpricht in etwa der sommerlichen Spitzenlast im Stromnetz.

Natürlich wird es mehr als ein Jahr dauern, aber 10 Jahre wären nicht unrealistisch, wenn es denn politisch gewollt wäre.

Und da liegt das Hauptproblem: Zum einen bekommen kleine BHKWs (da keine erneuerbare Energieform) noch nicht eine ausreichende Vergütung, um ebenso wie in der Solarbranche die Massenproduktion zu starten. Es handelt sich ja nicht um erneuerbaren Strom. Sowhl CDU also auch SPD waren stets begeisterte, bezahlte Lobbyisten der Strom- und Atomkonzerne, und vor 100 Jahren war es vermutlich richtig und effizient, die Stromproduktion zu zentralisieren. Heute im Zeitalter der effizienten Massenproduktion gilt das länsgt nicht mehr.

Dann sind vor allem die kleinen, für eine Massenwirkung dringend benötigten Geräte heute noch recht teuer: So kostet ein kleines BHKW heute soviel wie ein Kleinwagen – es fehlen nur Chassis, Innenausstattung, Bremssystem, Beleuchtung, Navigation, Klimaanlage... Würde man die Massenproduktion starten und damit den Wettbewerb, sollten BHKWs kaum teurer sein als Klein-Motorräder.

Der größte Knüppel zwischen den Beinen der Dezentralisierung unserer Stromversorgung sind jedoch die vier großen Stromkonzerne: Sie haben kein Interesse, ihre angestammte Rolle als väterlicher Versorger zu verlieren – sie würden nach heutigem Stand bald als reine Verteil- und Instandhaltungsbetriebe degradiert. Bisher können sie dagegen fast ohne (verbotene) Absprachen den Strommarkt durch ihr „natürliches Monopol“ zu ihren Gunsten beeinflussen: In der Strombranche waren bis vor kurzem Renditen von 20% normal. Also werden die Probleme überspitzt und manchmal wird auch bewusst gelogen – ganz wie zu Anfang des solaren Zeitalter.

Die Techniker der großen Konzerne wissen um das große Potential der dezentralen KWK – und darum bemühen sie sich nach Kräften, das Thema ganz zu verschweigen. Ganz extrem ist das in Frankreich: Als ich mal die Ehre hatte, für einen Regionalrat in der Nähe von Paris zu sprechen - nach einem Vertreter der EDF, der einzige Monopolist in Frankreich - konnte ich darauf hinweisen dass er die Perspektiven aller erneuerbaren Energien versucht hatte zu beleuchten, die KWK aber gar nicht erwähnt, obwohl sogar in Frankreich schon einige Prozent des Stroms aus KWK kommen – vor allem in Indiustristädten. Es wird so getan als gäbe es keine Lösung unser augenblicklichen Verschwendung.

Und: Die meisten von uns, einschliesslich Journalisten, können das Kilowatt nicht von der Kilowattstunde unterscheiden. Könnten sie das, könnten Sie die Chancen und Probleme der Energiewende selbst nachrechnen: Sie würden sehen dass die Chancen die Risiken weit übersteiugen: Bereits heute zahlt Deutschland 10 Mrd. EUR weniger als vor zehn Jahren für den Import von Energie. Mindestens dieses Geld steht im Prinzip im Inland für den Umbau unserer Energiesysteme zur Verfügung. Die Erneuerbaren allein haben in den letzten 15 Jahren für ein Zuwach an 400.000 Arbeitsplätzen gesorgt. Und wenn wir uns nicht bemühen, die Technik der Zukunft zu entwickeln und zu vertreiben, werden es die Chinesen machen, denn dort zeigt sich die Umweltverschmutzung noch viel extremer, bereits heute.

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