Neue Technologien zur Erzeugung und Nutzung erneuerbarer Energien:
Kalte Nahwärme beziehungsweise Kalte Fernwärme ist eine technische Variante eines Wärmeversorgungsnetzes, das mit niedrigen Übertragungstemperaturen in der Nähe der Umgebungstemperatur arbeitet und daher sowohl Wärme als auch Kälte bereitstellen kann. Üblich sind Übertragungstemperaturen im Bereich von ca. 10–25 °C, wodurch diese Systeme mit Temperaturen deutlich unterhalb herkömmlicher Fern- oder Nahwärmesysteme arbeiten. Dadurch können verschiedene Verbraucher unabhängig voneinander gleichzeitig heizen und kühlen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmenetzen erfolgen Warmwassererzeugung und Gebäudeheizung nicht direkt über Wärmetauscher, sondern über Wasser-Wärmepumpen, die ihre Wärmeenergie aus dem Wärmenetz gewinnen. Die Kühlung kann entweder direkt über das Kaltwärmenetz oder ggf. indirekt über die Wärmepumpen erfolgen.
Aufgrund der Möglichkeit, komplett mittels erneuerbarer Energien betrieben zu werden und zugleich einen Beitrag zum Ausgleich der schwankenden Produktion von Windkraft- und Photovoltaikanlagen zu leisten, gelten kalte Nahwärmenetze als vielversprechendes Option für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung und Kälteversorgung im Rahmen der Energiewende und des Klimaschutzes. Etliche Kommunen betreiben bereits entsprechende Netze mit 4 bis über 400 Gebäuden.
Kalte Wärmenetze eignen sich hervorragend für die Nutzung von Abwärme aus Industrie und Gewerbe. Als Energielieferant für das Kaltwärmenetz kommen diverse Wärmequellen in Frage, insbesondere erneuerbare Quellen wie das Erdreich, Gewässer, gewerbliche und industrielle Abwärme, Solarthermie, Gewässer und Umgebungsluft, die einzeln oder in Kombination genutzt werden können.[1] Aufgrund des generell modularen Aufbaus kalter Nahwärmenetze können bei weiterem Ausbau des Netzes nach und nach neue Wärmequellen erschlossen werden, sodass größere Wärmenetze über eine Vielzahl unterschiedlicher Quellen gespeist werden können.[5]
In der Praxis nahezu unerschöpfliche Quellen sind z. B. Meerwasser, Flüsse, Seen oder Grundwasser. Zweitwichtigste Wärmequelle ist die Erdwärme. Diese wird zumeist über geothermische Bohrungen mittels senkrechter Erdwärmesonden erschlossen. Möglich ist aber auch die Nutzung von Flächenkollektoren wie z. B. Agrothermiekollektoren. Hierbei werden auf landwirtschaftlicher Nutzfläche, etwa in 1,5 bis 2 m Tiefe und damit unterhalb der Arbeitstiefe landwirtschaftlicher Geräte, waagrechte Kollektoren eingepflügt, die dem Boden bei Bedarf Wärme entziehen können. Dieses Konzept, das die weitere landwirtschaftliche Nutzung erlaubt, wurde beispielsweise in einem Kaltwärmenetz in Wüstenrot und Bad Nauheim (Video) realisiert. Auf Youtube sind viele weitere Erklärfilme zum Thema Kalte Nahwärme abrufbar.
Kalte Nahwärmesysteme erlauben eine Vielzahl von Netzkonfigurationen. Grob unterscheiden lassen sich offene Systeme, bei denen Wasser eingespeist, durch das Netz geschleust, wo es dann die jeweiligen Verbraucher versorgt, und schließlich in die Umwelt abgegeben wird, und geschlossene Systeme, bei denen eine Überträgerflüssigkeit, meist Sole, in einem Kreislauf zirkuliert. Weiter lassen sich die Systeme nach der Zahl der verwendeten Rohrleitungen unterscheiden. Abhängig von den jeweiligen Gegebenheiten sind Konfiguration mit einer bis vier Röhren möglich:
Generell gilt für die Leitungen von Kaltwärmenetzen, dass die Rohrleitungen im Gegensatz einfacher und günstiger gestaltet werden können als bei warmen/heißen Fernwärmesystemen. was den Einsatz von gewöhnlichen Polyethylen-Röhren ohne Isolierung erlaubt, wie sie auch bei der Trinkwasserversorgung eingesetzt werden. Dies erlaubt sowohl eine schnelle als auch kostengünstige Verlegung sowie schnelle Anpassung an unterschiedliche Netzgeometrien. Ebenfalls entfallen dadurch teure Röntgen- oder Ultraschalluntersuchungen der Röhren, die Verschweißung von einzelnen Röhren sowie die aufwändige Vor-Ort-Isolierung von Verbindungsstücken. Allerdings müssen, verglichen mit konventionellen Fernwärmeleitungen, Rohre mit größerem Durchmesser verwendet werden, um die gleiche Wärmemenge transportieren zu können. Auch ist der Energiebedarf der Pumpen aufgrund der größeren Volumens höher. Hingegen können kalte Nahwärmesysteme potenziell auch dort errichtet werden, wo der Wärmebedarf der angeschlossenen Gebäude zu gering für den Betrieb eines herkömmlichen Wärmenetzes ist. (Quelle wikipedia)
Agri-Photovoltaik (Agri-PV) bezeichnet ein Verfahren zur gleichzeitigen Nutzung von Flächen für die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion (Photosynthese) und die PV-Stromproduktion (Photovoltaik). Agri-PV deckt ein breites Spektrum in der Intensität und Art landwirtschaftlicher Nutzung und im Mehraufwand für den PV-Anlagenbau ab. Technisches Potenzial für Agri-PV in Deutschland: ca. 1,7 TWp