Kernkraftwerk

Kernkraftwerke gewinnen die zur Stromerzeugung notwendige Prozesswärme nicht durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe oder durch Sonnenenergie, sondern durch Kernspaltung.

Allgemeine Funktionsweise

Die beim Zerfall radioaktiver Stoffe entstehende Hitze wird dazu genutzt, um überhitzten Dampf (also gasförmiges Wasser) zu erzeugen, der dazu genutzt wird eine oder mehrere Turbinen anzutreiben. An die Turbine gekoppelt ist ein Generator, der den Strom erzeugt.

Reaktortechnik

Weltweit vorherrschend ist der Leichtwasserreaktor (LWR, als Druckwasser- oder Siedewasser-Reaktor realisiert), weitere Reaktortypen sind der Schnelle Brüter, der Hochtemperatur- und der Druckröhrenreaktor (Reaktortyp inTschernobyl). Die Kernspaltung läuft imKernreaktor ab, der aus Sicherheitsgründen i.d.R. von einem Sicherheitsbehälter (Containment) und einer Stahlbetonkuppel umgeben ist. Der LWR verwendet als Kühlmittel und Moderator (Neutronenbremse) normales Wasser, das beim Druckwasserreaktor unter so hohem Druck steht, dass es trotz Aufheizung auf ca. 325 Grad C im Primärkühlkreis nicht verdampft. Die bei der Kernspaltungfreigesetzte Wärme wird von einem Primärkühlsystem aufgenommen und über Wärmetauscher an einen Sekundärkreislauf abgegeben, in dem Wasserdampf Turbinen zur Stromerzeugung antreibt.

Umweltbelastungen während des Betriebs

Nichtradioaktive Umweltbelastung: Kernkraftwerke mit ihrer hohen elektrischen Leistung (Standard 1.200 MWe, elektrisch abgegebene Leistung) und ihrem schlechten thermischen Wirkungsgrad von 35 Prozent belasten Umwelt und insbesondere Flüsse durch große Mengen an Abwärme. Ein Wirkungsgrad von 35 Prozent bedeutet, dass zur Erzeugung von 1200 MWe ca. 3500MW thermische Leistung innerhalb des Reaktors zur Verfügung gestellt werden müssen und die Differenz als Wärme abgeführt werden muss. Dies geschieht meist in einem Nasskühlturm. Eine ortsnahe Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist wegen der hohen Gefahren im Falle eines Störfalls (Radioaktivität könnte z.B. über die KWK schneller in Wohngebiete übertragen werden) und der damit verbundenen hohen Anforderungen an die Sicherheitstechnik nicht sinnvoll.

Radioaktive Umweltbelastung: Auch im störungsfreien Normalbetrieb gibt ein Kernkraftwerk ständig radioaktive Substanzen an Luft und Wasser ab, die sich in derUmwelt anreichern und über mehr als 100.000 Jahre weiter strahlen und zu schwer abschätzbaren Schäden führen kann. Innerhalb des Kraftwerks werden große Mengen radioaktiver Substanzen erzeugt. Durch die Kernspaltung entstehen etwa 200 radioaktive Substanzen (künstliche Radionuklide), die in der Natur nicht vorkommen. Durch kleinste Risse in den Brennstabhüllen (Brennelement) gelangen so vor allem die radioaktiven Edelgase Xenon und Krypton, die leicht flüchtigen Stoffe Iod und Cäsium sowie Strontium in den Primärkreislauf.

Die höchsten radioaktiven Emissionen entstehen im störungsfreien Betrieb nicht beim Kernkraftwerksbetrieb, sondern bei der Brennstoffver- und Entsorgung(Brennstoffkreislauf). Die abgebrannten Brennelemente enthalten radioaktive Substanzen: 1% Plutonium und über 3% Spaltprodukte (Kernspaltung,Wiederaufarbeitung, Atommüll). Zusätzlich fallen jährlich ca. 1.300 Fässer schwach- und 100 Fässer mittelaktiver Atommüll an. Nach einer Betriebszeit von 15-30 Jahren stehen zudem Abriss und Entsorgung des Kernkraftwerkes an (s.u.).

Durch vom Kernreaktor ausgehende Neutronenstrahlung werden weitere radioaktive Substanzen erzeugt (Tritium, Argon-41), die sich im Kühlmittel, in den Verunreinigungen des Kühlmittels (Korrosion) und in anderen Anlagenteilen finden. Entweichende Substanzen werden durch aufwendige Filter zum großen Teil zurückgehalten, der Rest gelangt über Abwasser und Abluft (Schornstein oder unkontrolliert) in die Umwelt.

Von Kernkraftwerken gehen im störungsfreien Normalbetrieb allerdings erheblich geringere radioaktive Emissionen aus als von Wiederaufarbeitungsanlagen. Die Höhe der radioaktiven Emissionen in Becquerel sagt wenig über
Strahlenbelastungund Strahlenschäden von Mensch und Umwelt aus. Diese hängen ab von: Halbwertszeiten der radioaktiven Stoffe, Art und Energie der von ihnen ausgehenden ionisierenden Strahlung (Radioaktivität und Strahlung, Maßeinheiten), ihrer Ausbreitung in der Umwelt und ihrer Anreicherung in Boden, Pflanzen, Tieren und Menschen. Infolge dessen gelangen die radioaktiven Stoffe in die Nahrungsmittelkette.

Risiken

Kernkraftwerke zeichnen sich durch ein mit konventionellen Energieversorgungsarten und –technologien unvergleichlich höheres Gefährdungs- / Risikopotenzial aus. Unfälle oder Störfälle infolge von technischen Pannen, menschlichem Versagen, Erdbeben, Flugzeugabstürzen, Sabotage oder Kriegseinwirkung gehen mit hoher Wahrscheinlichkeit mit dem Austreten radioaktiverStrahlung einher, die mit dramatischen Schadwirkungen für den Menschen und dieUmwelt verbunden ist.

Strahlenbelastung

Angaben über die
Strahlenbelastung durch Kernkraftwerke beruhen auf Computersimulationen, die mit großen Fehlerquellen (z.B. hinsichtlich derAusbreitung radioaktiver Substanzen) behaftet sind. Die direkte Messung der
Strahlenbelastung ist nur für die äußere Gamma- und Betastrahlung (natürlicheStrahlung aus dem All und der Umwelt) möglich. Die besonders gefährlicheAlphastrahlung ist nur mit extremem Aufwand nachweisbar, sobald sie von Organismen aufgenommen wurde.
Die gesetzlich festgelegten Grenzwerte finden Sie auf der Webseite des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit in derStrahlenschutzverordnung . Der zulässige Höchstwert im Störfall beträgt 50mSv. Über das Jahr verteilt ist eine maximale
Strahlenbelastung von weniger als 0,3 mSv/Jahr (Milli-Sievert) effektive (tatsächliche) Strahlendosis in der Umgebung von Kernkraftwerken zulässig (vgl. Strahlenschutzverordnung § 47, Begrenzung der Ableitung radioaktiver Stoffe).

Arbeiter in Kernkraftwerken sind Strahlenbelastungen von etlichen mSv jährlich ausgesetzt. Damit Fachkräfte die zulässigen Grenzwerte von 50 mSv/Jahr nicht überschreiten, werden in stark strahlenden (heißen) Zonen nukleare ‚Tagelöhner‘ eingesetzt (Dosimeter). Bei US-Atomarbeitern wurde wiederholt eine Erhöhung des Risikos für Krebserkrankungen durch somatische Strahlenschäden festgestellt; in Ausnahmefällen kann es sogar zu akuten Strahlenschäden kommen (Strahlenkrankheit, Kontamination). Eine 1992 veröffentlichte Studie des britischen Amtes für Strahlenschutz zeigt auf, dass das Risiko für Beschäftigte in Atomanlagen, an Leukämie zu sterben, wesentlich größer ist, als bis dahin angenommen. Die Studie stellt bei einem Untersuchungszeitraum von 16 Jahren und einem Probenumfang von 95.000 Beschäftigten einen klaren Zusammenhang zwischen Leukämiefällen und der Strahlendosis her, die die Betroffenen im Laufe ihres Arbeitslebens erhalten haben.

In Deutschland wurden in den letzten Jahren in verschiedenen Studien auch Schäden an der Bevölkerung sichtbar. Für Kinder unter 5 Jahren im engeren Umkreis westdeutscher Kernkraftwerke besteht nach den Ergebnissen einer 1992 veröffentlichten Studie der Universität Mainz ein erhöhtes Risiko, an Leukämie zu erkranken. Am stärksten betroffen ist die Umgebung des Kernkraftwerkes Krümmel bzw. des Atomforschungszentrums Geesthacht; hier wurde eine um das 10-15fach erhöhte Leukämierate gefunden.

Unfälle und damit verbundene Folgen

Bei Kernkraftwerk-Unfällen können sich die Belastungen für die Umgebung erheblich erhöhen. Störunfälle werden international mit der von der IAEA (International Atomic Energy Agency) von eins bis sieben reichenden festgelegten INES-Skala beurteilt. Tritt bei einem Unfall eine große Menge Radioaktivität aus, so hat dies langandauernde und weit reichende Folgen für die Umwelt.

Einige bekannt gewordene prominente Unfälle

2011: Fukushima, Japan.
INES Gefährdungsstufe 6 (aktueller Status März 2011 noch unklar, nach Ansicht von Greenpeace-Experten INES 7).
1986 -Tschernobyl, UdSSR
INES Gefährdungsstufe 7
Weitreichende Gesundheits- und Umweltbelastung. Kernschmelze mit nachfolgender Freisetzung einer hohen Strahlungsmenge durch die Explosion des Reaktorkerns.
1979 Harrisburg, Three Mile Island
INES Gefährdungsstufe 5
Kernschmelze, deren Austritt gerade noch verhindert werden konnte.
1957 Kyshtym, UdSSR
INES Gefährdungsstufe 6
Freisetzung von signifikanten Mengen radioaktiven Materials in die Umwelt, verursacht durch eine Explosion eines hochaktiven Abklingbehälters.
1957 Windscale Pile, Großbritannien
INES Gefährdungsstufe 5
Freisetzung radioaktiven Materials in die Umwelt, verursacht durch einen Brand im Reaktorkern.

Die Kernkrafttechnologie wird von Rückversicherern als unversicherbares Risiko eingestuft, da die Kosten nach einem Unfall nicht abschätzbar sind. Der Super-GAUin Tschernobyl (hervorgerufen durch einen Reaktor) verursachte Schäden in Höhe von ca. 200 Milliarden Euro. Als Vergleich: Die Rückversicherung der deutschen Kernkraftwerksbetreiber haftet bei einem Unfall bis zu einer Summe bis zu 2,5 Milliarden Euro.

Stichworte: Störfallabläufe und Auswirkung: Kernschmelzen, GAU, Super-Gau,Schneller Brüter.

Entsorgung

Die Entsorgung von Atommüll stellt den Menschen vor unlösbare Probleme, da dieser bis zu 100.000 Jahre weiter strahlt. Nicht nur die Entsorgung ausgebrannter Brennelemente bereitet Schwierigkeiten, sondern auch die Demontage eines außer Betrieb genommenen Kraftwerks, da die Bauteile nach Betriebsende weiter strahlen und nur unter hohen Sicherheitsmaßnahmen zerlegt werden können. Die Demontage eines Kraftwerks dauert oft mehrere Jahre und bedeutet eine erhöhte Belastung für die Umgebung.
Siehe auch Atommüll

Entwicklung

Anzahl der Kernkraftwerke weltweit

Im März 2011 sind weltweit 443 Kernkraftwerke mit einer Leistung von 377.750 MW in Betrieb und 158 Neubauten geplant. Deutschlandweit sind 17 Kraftwerke in Betrieb und vorerst keine Neubauten geplant. (Zahlen vgl.: World Nuclear Association)

Infolge der Reaktorunfälle in Harrisburg (1979) und Tschernobyl (1986) war die Expansion der nuklearen Energie deutlich zurückgegangen. 1992 waren weltweit 414 Reaktoren mit insgesamt 323 GW in Betrieb; 1989 waren es noch 421.

Ausblick

Mit Realisierung der Pläne der DESERTEC Foundation für die EU-MENA-Staaten (Europe Middle East North Africa) wird innerhalb des nächsten Jahrzehnts Ersatz für die überholte und unverhältnismäßig risikobehaftete Kernkrafttechnologie geschaffen. Die Sonne ist als preiswerter und permanent vorhandener Energieträger ein guter Ersatz. Die Kombination aus Wasserspeicherkraftwerken, Windenergieanlagen und solarthermischen Großanlagen im 250MW-Bereich aufwärts und ein intelligentes Energiemanagement („Smart Grid“) bilden eine solide und sichere Grundlage der zukünftigen Energieversorgung und stellen die bisher von Kernkraftwerken gebildete Grundlast dauerhaft bereit (vgl.: Artikel aus den DLR-Nachrichten und FAQ der DESERTEC Foundation zu diesem Thema). Weitere Vorteile der Technologien sind die vergleichsweise einfachere Entsorgung und die Möglichkeit, Hybridkraftwerke zu bauen, die als Unterstützung zur Dampferzeugung noch eine konventionelle Gasturbine erhalten.

Stand 03 2011, überarbeitet von Jan Niemeyer

Hundert-Megawatt-Programm

Holzverbrennung

Holz hat einen geringeren Schwefelgehalt und setzt daher bei seiner Verbrennung weniger Schwefeldioxid frei als Heizöl und Kohle.

Wegen der i.a. niedrigeren Verbrennungstemperaturen entstehen außerdem weniger Stickoxide als in öl-,kohle- oder gasgefeuerten Anlagen (Heizung). Allerdings führt die besonders in kleinen Anlagen häufige unvollständige Holzverbrennung zum Ausstoß vonKohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen. Letztere sind Ursache von Geruchsbelästigungen und z.T. krebserzeugend (Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe).

Nichtflüchtige Kohlenwasserstoffe (Teer, Ruß) tragen neben der Asche zurStaub-Emission bei. Die Vollständigkeit der Verbrennung hängt ab von Feuerungstechnik (Temperatur, Luftzufuhr, Größe des Brennraums) und Holzeigenschaften (Feuchtigkeit, Zusatzstoffe z.B. in Spanplatten, Holzart).Holzwerkstoffe wie Spanplatten, Sperrholz oder mit Lacken bzw. Kunststoffen beschichtete Hölzer sollten aufgrund ihrer zusätzlichen Schadstoffemissionen nur in speziellen Großfeuerungen verbrannt werden.

Bei kleinen Holzfeuerungen wird die Wärmeabgabe i.d.R. lediglich über die zugeführte Verbrennungsluft gesteuert. Um die Wärmeabgabe zu verringern, wird die Luftzufuhr gedrosselt, was stets zu Sauerstoffmangel und unvollständigerVerbrennung mit entsprechenden Schadstoffemissionen führt. Kleine Holzöfen emittieren etwa so viel Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Staub wie Kohleeinzelöfen, jedoch kaum Schwefeldioxid (Heizung).

Eine wirklich optimale Holzverbrennung ist nur bei größeren Anlagen gewährleistet, bei denen vollautomatisch feinste Holzspäne eingeblasen und unter stetigem Sauerstoffüberschuß verbrannt werden. Holzfeuerungsanlagen über 1 MW sind genehmigungspflichtig und müssen über Staubfilter verfügen.

Regeln zum ökologischen Heizen mit Holz:
1. Nur mit trockenem (unter 16% Holzfeuchte), naturbelassenem Holz heizen. Brennholz mindestens 2 Jahre gespalten lagern. Feuchtes Holz hat einen stark geminderten Heizwert (bei 50% Wassergehalt ist der Heizwert mehr als halbiert) und verbrennt besonders unvollständig.
2. Brennholz soll kleinstückig sein und nur in kleiner Menge aufgegeben werden, damit die Flammen nicht ersticken.
3. Vor dem Anheizen ist die Asche aus dem Feuerraum und Aschenkasten zu entfernen. Nur freiliegende Rostflächen gewährleisten eine ausreichende Luftverteilung im Brennstoffbett und einen sauberen Abbrand.
4. Während des Abbrandes von Holz mit langer, leuchtender Flamme (Entgasungsphase) muß ausreichend Verbrennungsluft von unten durch die Anheizklappe und Feuerrost zugeführt werden, damit kein Schwelbrand entstehen kann, bzw. Ruß- und Pechbildung vermieden wird.
5. Die Luftzuführung soll erst dann gedrosselt werden, wenn die Verbrennung der Glut (Vergasungsphase) beginnt. Diese Phase ist an kurzen, durchscheinenden Flammen zu erkennen, die nicht zur Rußbildung neigen.
6. Ruß- und Flugascheablagerungen sind in regelmäßigen Abständen aus den Zügen der Feuerstätte zu entfernen. Das verbessert die Wärmeübertragung und mindert die Bildung schädlicher Gase.

Lit.: A.Schneider, Institut für Baubiologie und Ökologie: Die gesunde Heizung

Siehe auch: Holz, Verbrennung, Schwefeldioxid, Kohle

Hochtemperaturreaktor

Hochtemperaturreaktore sind spezielle Kernkraftwerke, die mit besonders hohen Temperaturen (Primärkreislauf bis 1000 Grad C) arbeiten, die zur Stromerzeugung mit hohem Wirkungsgrad (40%, gegenüber 30-35% bei normalen Kraftwerken) und zur Erzeugung von Prozeßwärme, z.B. zur Kohleumwandlung, genutzt werden können.

Wegen der hohen Temperaturen scheidetWasser als Kühlmittel und Moderator aus (Kernreaktor); statt dessen benutzt man Helium als gasförmiges Kühlmittel und Graphit (Kohlenstoff) als Moderator. Beim Thorium-Hochtemperaturreaktoren finden kugelförmige Brennelemente Verwendung, die in einer Graphitummantelung hochangereichertes Uran-235 (97%, waffentauglich (Atomwaffen)) als Spaltstoff (Kernspaltung) undThorium-232 als Brutstoff enthalten. Durch Neutroneneinfang wandelt sich das Thorium in den Spaltstoff Uran-233 um, wodurch die Uran-Vorräte (Energiereserven) gestreckt werden.
Der Hochtemperaturreaktor soll systembedingt eine Reihe von Sicherheitsvorteilen gegenüber den vorherrschenden Leichtwasserreaktoren (Kernkraftwerk) aufweisen, insb. ein unempfindlicheres Reagieren bei Kühlsystemausfällen.

Der weltweit einzige in Betrieb gegangene Hochtemperaturreaktor ist der Thorium-Hochtemperaturreaktor. in Hamm (Deutschland) mit einer Leistung von 300 MWel und Temperaturen bis zu 750°C. Er nahm im Mai 1986 nach 14-jähriger Bauzeit seinen Probebetrieb auf, wurde 1987 an die Betreiber übergeben und bereits 1989 stillgelegt. In der kurzen Betriebszeit traten eine Reihe von Störfällen auf, die Konstruktionsfehler und Sicherheitsdefizite aufdeckten. Ein Weiterbetrieb hätte hohe Zusatzinvestitionen erfordert, die weder der Betreiber noch Staat tragen wollten. Die Gesamtkosten für die Anlage betrugen ohne Stillegungs- und Abrisskosten ca. 4 Mrd DM (geplant: 650 Mio.), die zu 3/4 aus öffentlichen Geldern erbracht wurden.

Folgeprojekte zum Thorium-Hochtemperaturreaktor sind nicht vorgesehen. Auch um Pläne, kleine Hochtemperaturreaktoren in Großstädten zur Nahwärmeversorgung (Fernwärme) einzusetzen, ist es seit Tschernobyl still geworden.

Siehe auch: Wirkungsgrad, Kohleumwandlung

Hochspannungsleitung

Mit Hilfe von Hochspannungsleitung wird elektrische Energie (Elektrizität,Strom) über große Entfernungen transportiert.

Um die beim Verteilen von Strom zwangsläufig anfallenden Leitungsverluste geringzuhalten, wird die elektrische Spannung vor dem Verteilen in einem Umspannwerk auf 110 kV, 220 kV, 380 kV oder gar 800 kV hochgespannt (Transformator). Zum weiträumigen Verteilen werden heute das 220-kV- und v.a. das 380-kV-Netz verwendet (Gesamtlänge 220/380 kV-Netz 1988 (Westdeutschland): 29.000 km).

Umweltbelastungen: Das zentrale Erzeugen und weiträumige Verteilen von Strom ist energieverschwendend und damit umweltbelastend (Kraftwerk, Kraft-Wärme-Kopplung, dezentrale Energieversorgung). Auf 100 km Leitung gehen zwischen 1,5% und 6% der elektrischen Energie verloren, dies ist mehr als z.B. beim Eisenbahntransport von Steinkohle an Energie verlorengeht. Erst mit den noch seltenen Höchstspannungsleitungen (800 kV) ist ein relativ verlustfreier (0,5% auf 100 km) Stromtransport über größere Entfernungen möglich.

Strittig ist, ob die von Hochspannungsleitung ausgehenden elektrischen und magnetischen Felder bei Anwohnern Gesundheitsschäden verursachen (Elektrosmog). Die in Deutschland zulässige elektrische Feldstärke liegt bei 20 kV/m. Die Weltgesundheitsorganisation empfiehlt 5 kV/m, und Kritiker fordern einen Grenzwert von 2,5 kV/m. In der Regel liegen die unter einer Hochspannungsleitung auftretenden elektrischen Felder in Deutschland bei 3-8 kV/m und die magnetischen Felder bei einigen mycroTesla. Es ist schwierig, allgemeine Empfehlungen für den Abstand von Wohnhäusern zu Hochspannungsleitung zu geben, da je nach Spannung, Stromstärke und Leiteranordnung höchst unterschiedliche Felder in der Umgebung auftreten.

Will man den von Baubiologen vorgeschlagenen Grenzwert von 2,5 kV/m für das elektrische Feld einhalten, so ist bei einer 380 kV-Trasse ein Mindestabstand von 30 bis 60 m erforderlich (oder aufwendige, von Fachleuten installierte Abschirmungen). Die auftretenden Magnetfelder hängen unmittelbar von der Stromstärke ab, die sich über den Tagesverlauf ändert. Der Mindestabstand ergibt sich aus Vollastbetrieb und wird bei einer 380 kV-Trasse mit etwa 120 bis 200 m angegeben. Genaue Werte über die Feldstärken an einem konkreten Ort können nur durch Messungen (zu Vollastzeiten) ermittelt werden.

Ein besonderes Problem stellen hier die Hochspannungsleitung der Eisen-, S- und Straßenbahnen dar, die durch dichtbesiedelte Stadtgebiete führen.
Es liegen aus den USA mehrere Studien vor, die Leukämie, Lymphomen und Hirntumoren bei Kindern übereinstimmend in Zusammenhang mit elektromagnetischen Feldern bringen. Das Leukämierisiko für Kinder, die im direkten Umfeld von Hochspannungsleitung wohnen, liegt nach einer Studie, die 1988 im Auftrag der New Yorker Gesundheitsbehörde durchgeführt wurde, doppelt so hoch wie normal. Ebenso werden Auswirkungen auf die Tier- und Pflanzenwelt unter Hochspannungsleitung diskutiert.

In Deutschland sind knapp 1% der Gesamtfläche mit Hochspannungsleitung überspannt (Flächennutzung). Neben der optischen Belastung wird die Umweltbelastung v.a. durch die indirekte Flächeninanspruchnahme und die damit verbundenen landschaftlichen und ökologischen Stör- und Zerschneidefunktionen verursacht. Hinzu kommt eine starke Bodenbelastung durch Zink im Bereich des Mastfußes, weil dort der vom Regen abgewaschene zinkhaltige Grundierungsanstrich eingetragen wird. Fernwandernde Vögel können durch Aufprall gegen die Leitungen getötet werden. Indirekt sind Vögel durch Hochspannungsleitung durch das Zerschneiden von Biotopen und Naturschutzgebieten betroffen (Artensterben). Die Bildung von Ozon an den Hochspannungsleitung scheint zum Waldsterben beizutragen.

Hochspannungsleitung können nur bedingt durch Erdkabel ersetzt werden. Erdkabel sind technisch sehr aufwendig, schwer recyclebar, bis zu 15mal teurer und weisen höhere Verteilungsverluste auf. Von den in Westdeutschland insgesamt verlegten Stromkabeln der öffentlichen Versorgung (1.189.325 km) sind 65% Erdkabel und 35% Freileitungen. Im Hochspannungsbereich (110-380 kV) liegt der Anteil der Freileitungen allerdings bei 95%.
Die bei zentraler Erzeugung von Strom notwendige großflächige Verteilung von Strom kann durch dezentrale Energieversorgung und Stromeinsparungen reduziert werden.

Lit.: Ökologische Briefe 22.1.91, Krebs durch Stromtrassen, BINE Nr.12/1990, Raumbelastung durch Hochspannungsleitungen

Heizwerk

Torf

T. ist der Sammelbegriff für im Wasser zersetztes pflanzliches Material.

T. besitzt eine faserige bis bröckelige Struktur und enthält in frischem Zustand 75-90% Wasser ist eine Verbindung von zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom. Die Bezeichnung Wasser wird v.a. für den flüssigen Aggregatzustand verwendet, im festen, also gefrorenen Zustand wird es Eis genannt, im gasförmigen Zustand Wasserdampf Wasser bedeckt rund 2/3 der Erdoberfläche und befindet sich in einem ständigen Kreislauf.Wasser. In früheren Erdzeitaltern stellte T. in Mooren die erste Stufe der Umwandlung zu Kohle dar. Unter weitergehendem Ausschluß von Sauerstoff und bei

einem niedrigen pH-Wert ist der mikrobielle Abbau der abgestorbenen Pflanzenteile gehemmt - ein Inkohlungsprozeß, der zur T.-Bildung führt, beginnt. Heute findet man T. in Moorgebieten in Schichten, die einige Meter dick sind und jährlich ca. 1 mm wachsen. Moore entstehen in Feuchtgebieten (Moor).
Durch landwirtschaftliche Nutzung (Niedermoore), T.-Abbau (Hochmoore) und Trockenlegung sind in den letzten 100 Jahren über 90% der ehemaligen Moorgebiete in Westdeutschland zerstört worden. Entsprechend sind heute zahlreiche Moortiere und -pflanzen vom Aussterben bedroht (Artensterben). Hierzu zählen u.a. die T.-Moose der Hochmoore und über 50% der in Mooren brütenden Vogelarten.
Jährlich werden 400-1.000 ha Hochmoorfläche, dies entspricht 13 Mio m3 T., abgetorft. 90% der abbauwürdigen T.-Vorräte in Westdeutschland liegen in Niedersachsen (Moor). Bei gleichbleibendem Verbrauch wird der Weiß-T. in 30-40 Jahren, der Schwarz-T. in ca. 150 Jahren aufgebraucht und damit auch die letzten Moore und mit ihnen zahlreiche im Moor heimische Tiere und Pflanzen verschwunden sein. Europa: Große Mengen T. werden im östlichen Europa und in der Sowjetunion abgebaut und exportiert.
T. findet zu 90% im Gartenbau (T.-Mull), zur Herstellung von Aktivkohle (T.-Koks) und z.T. noch als Brennstoff Verwendung. Im Gegensatz zur landläufigen Meinung ist T. zudem zur Bodenverbesserung wenig geeignet, da er nährstoffarm ist, sich in Sandböden zersetzt, in schlecht durchlüfteten Böden verkohlt und durch seinen hohen Säuregehalt nachteilig auf den Boden wirken kann. Alternativen sind Rindenmulch und Rindenhumus (Baumrindenabfälle aus der Holzindustrie).

siehe auch: Melioration, Organische Böden, Kompostierung

Tausend-Dächer-Programm

Programm des Bundesforschungsministeriums (BMFT) zur Förderung von Photovoltaik-Anlagen (Solarzellen).

Das T. startete am 22.9.90 und soll Ende 1992 auslaufen.
Gefördert werden Photovoltaikanlagen von 1 bis maximal 5 kW Spitzenleistung, die im Netzverbund (Solarzelle) betrieben werden. Das BMFT zahlt einen Zuschuß in Höhe von 50%, die Bundesländer i.d.R. weitere 20%. Die Zuschüsse beziehen sich auf tatsächliche Kosten bis zu einer maximal förderfähigen Summe von 27.000 DM. Insgesamt sollen 2.250 Anlagen gefördert werden. Anfang 1992 lagen 30.000 Anfragen und 2.000 formelle Anträge vor.
Kritisiert wurden am T.: Die Fördermittel hätten erheblich effektiver für solare Warmwasserversorgung (Sonnenkollektoren) eingesetzt werden können, die in Deutschland die mit Abstand sinnvollste Nutzung der Solarenergie darstellt.
Ein weiterer Kritikpunkt war, dass ausschließlich Solarzellen aus deutscher Produktion förderungsfähig waren, wodurch sich das T. als Subventionsprogramm für AEG, Nukem und Siemens entpuppte. Diese Firmen hatten vor Inkrafttreten des T. ihre Preise deutlich angehoben. Seit 1992 gilt das T. auch für Hersteller aus anderen EG-Ländern.

Tageslichtnutzung

Tageslicht ist der sichtbare Teil der Globalstrahlung im Wellenlängenbereich von 380-780 nm (Elektromagnetische Strahlung).

Optimierte T. wird eingesetzt, um in überwiegend tagsüber genutzten Gebäuden den Einsatz an künstlicher Beleuchtung (Licht, Strom) zu reduzieren. Es handelt sich hierbei nicht um eine technische Applikation, die jederzeit zu einem bestehenden Gebäudesystem addiert werden kann, sondern um einen integralen Entwurfsbestandteil aus dem Aufgabengebiet des Architekten. Das Ziel der T. ist eine gleichmäßigere Verteilung des Tageslichtes im Raum verbunden mit einer Anhebung der Tageslichtmenge in der Raumtiefe.
Konventionelle Seitenfenster in Fassaden bewirken eine hohe Lichtmenge in der Nähe des Fensters und sehr wenig natürliches Licht in der Raumtiefe. Verbesserungen dieser schlechten Lichtverteilung bieten folgende Maßnahmen: Zweiseitige Beleuchtung des Raumes, Heranziehen der Flachdachflächen zur Belichtung der oberen Geschosse eines Gebäudes und lichtlenkende Maßnahmen im Fensterbereich, die gleichzeitig Sonnenschutzfunktionen übernehmen (Lichtlenkung).
Gleichzeitig erfordert die optimierte T. Maßnahmen zur gezielten Steuerung der künstlichen Beleuchtung in Abhängigkeit der vorhandenen Tageslichtmenge an einem bestimmten Punkt im Raum. T. in Kombination mit tageslichtabhängiger Steuerung der künstlichen Beleuchtung kann bis zu 50% die Betriebskosten für die künstliche Beleuchtung reduzieren bei gleichzeitiger Verbesserung der Arbeitsplatzqualität.

siehe auch: Gesundheitliche Auswirkungen: Licht

Stromtarife

1996 schuf die Europäische Union die "Richtlinie zur Liberalisierung des Strommarktes", die das Ende des Strom-Monopols einläutete.

Zwei Jahre später verabschiedete der Bundestag das "Gesetz zur Neuregelung des Energiewirtschaftsgesetzes", das den deutschen Strommarkt für Wettbewerb öffnete. Seitdem können auch Tarifkunden (Stromverbraucher aus privaten Haushalten, der Landwirtschaft sowie Gewerbebetrieben) ihren Stromanbieter selbst wählen.
Die Gründe für den Wechsel des Stromversorgers sind offensichtlich. In den meisten Fällen senken die Kunden damit ihre Stromkosten und sparen Geld. Beim Wechsel zu Ökostromanbietern stehen Motive der Umweltvertäglichkeit der Stromerzeugung im Vordergrund.
Bundesweit gibt es über 7.000 Stromtarife, die mit Hilfe von Stromkostenrechner im Internet zu Tarifvergleichen genutzt werden können. Außerdem geben diese Auskunft über das Liefergebiet der jeweiligen Energieversorger.

Stromsparen

Da die Nutzung von Strom für eine Vielzahl von Umweltschädigungen und einen großen Verbrauch von Ressourcen verantwortlich ist, kommt S. bzw. rationeller Stromeinsatz unmittelbar der Umwelt zugute (Strom).

Wichtigste Regel zum S. ist, Strom möglichst nur dort zu verwenden, wo andere Energieträger wie Erdgas oder Erdöl nicht eingesetzt werden können, also v.a. nicht für Heizung und Warmwasserbereitung.
Ein großes Potential zum S. bietet die Auswahl geeigneter elektrischer Geräte. Geräte verschiedener Hersteller können einen sehr unterschiedlichen Stromverbrauch aufweisen (Haushaltsgeräte). Das Verwenden von Energiesparlampen ist ein weiterer Schritt zum S.

siehe auch: Strom, Umweltschädigungen, Ressourcen, Umwelt

Sonnenkollektoren

S. sind ein Bestandteil solarthermischer Anlagen. Sie absorbieren die einfallende Solarstrahlung (Globalstrahlung) und wandeln sie in Wärme um, die zur Warmwasserbereitung, zu Heizzwecken oder als Prozesswärme genutzt werden kann. (Stromerzeugung: Photovoltaik-Anlagen, Solarzellen, Solarkraftwerke)

Man unterscheidet zwischen Flachkollektoren, Vakuumflachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren. Besonders einfache Systeme sind Schwimmbadkollektoren, die aus einfachen Kunststoffabsorbermatten bestehen und auch horizontal verlegt werden können. Für Freibäder stellen Schwimmbadkollektoren oft eine lohnende Investition dar, die sich auch ohne Fördermittel innerhalb weniger Jahre amortisiert.

Details:
Die gebräuchlichste und preiswerteste Bauart von S. sind die Flachkollektoren. Allerdings besitzen diese, im Gegensatz zu den anderen Bauarten, höhere Wärmeverluste. Bei Vakuumflachkollektoren befinden sich die Absorber in einem luftleeren Raum mit ca. 700 mbar Unterdruck. Sie besitzen eine sehr gute Wärmedämmung und einen höheren Wirkungsgrad. Die teuerste Bauart, allerdings auch die besten Wirkungsgrade weisen Vakuumröhrenkollektoren auf. Der Absorber befindet sich hier, um Wärmeverluste zu vermeiden, in einem luftleeren Glasrohr. Man unterscheidet zwei Prinzipien:

1. Heat Pipe
In einem geschlossenem Glasrohr (Wärmerohr) verdampft eine Primärflüssigkeit (z.B. Alkohol). Der leichte Dampf steigt in das obere Rohrende, das in einem Wärmeträger mündet und gibt seine Energie an die Solarflüssigkeit ab. Dort kommt es aufgrund der Energieabgabe zu Kondensation und die Flüssigkeit fliest nach unten, worauf sie durch Wärmezugabe erneut verdampft. Der Prozess beginnt von vorne.

2. Direkt durchflossene Röhren
Im Gegensatz zum Heat Pipe System, fliest hier die Solarflüssigkeit direkt durch eine als Doppelrohr ausgeführte Absorberröhre. Dieses hat den Vorteil, dass auch ein waagerechter Einbau ermöglicht wird.

Am meisten verbreitet ist der Einsatz von S. in Anlagen zur Brauchwassererwärmung. Die Anlagen sind heute technisch ausgereift und 100.000-fach praktisch erprobt.

Eine weitere sehr interessante Möglichkeit des S.-Einsatzes sind Anlagen zur solaren Nahwärmeversorgung. Die von großen Kollektorfeldern gesammelte Wärme wird hier über große Warmwasserspeicher bis in die Heizperiode aufbewahrt. In Schweden sind seit 1985 mehrere solare Nahwärmenetze in Betrieb. In Lyckebo versorgt eine 4.300 m² große Kollektorfläche, die an einen unisolierten Felskavernenspeicher (Speicherung, Aquiferspeicher) von 105.000 m³ angeschlossen ist, 550 Einfamilienhäuser mit Wärme. Solaren Nahwärmenetzen werden auch in Deutschland gute Chancen für die nahe Zukunft vorhergesagt.

Sonnenkollektor

S. absorbieren die einfallende Solarstrahlung (Globalstrahlung) und wandeln sie in Wärme um, die zur Warmwasserbereitung, zu Heizzwecken oder als Prozeßwärme genutzt werden kann.

(Stromerzeugung: Solarkraftwerke, Solarzellen)
Am meisten verbreitet sind Anlagen zur Brauchwassererwärmung (s. Graphik). Die Anlagen sind heute technisch ausgereift und 100.000fach praktisch erprobt.

Alle Länder, deren Sonnenverhältnisse vergleichbar mit denen in Italien oder Spanien sind, könnten einen Großteil ihres Warmwassers mit Hilfe von S. bereitstellen. Bislang haben dies allerdings erst wenige Länder realisiert, wie z.B. Zypern, Israel, Jordanien, wo S. bereits 25-65% der Warmwasserbereitung in privaten Haushalten übernehmen.
In Westdeutschland waren Ende 1992 etwa 900.000 m2 S.-Fläche installiert, die überwiegend in den Jahren 1990-1992 angebracht wurde. Die großen Potentiale, die S. in Deutschland als Wärmelieferant besitzen, sind damit allerdings erst zu Bruchteilen ausgeschöpft (Regenerative Energiequellen).
Über 50% der installierten S. dienen der privaten Warmwasserbereitung, gefolgt von privaten und öffentlichen Schwimmbadanlagen. Zu Heizzwecken können S. erst dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn kleine, preisgünstige Langzeitspeicher existieren, die die im Sommer eingefangene Sonnenwärme bis in den Winter hinein speichern können (Speicherung, Latentwärmespeicher).
Für die privaten Haushalte stellen S. für die Warmwasserbereitung die in unseren Breiten sinnvollste Nutzung regenerativer Energiequellen dar, die weder mit technischen noch finanziellen Risiken verbunden ist.
Die typische solare Brauchwasseranlage für einen Vierpersonenhaushalt in Deutschland besteht aus etwa 4-8 m2 Flachkollektorfläche und einem gut isolierten Warmwasserspeicher von etwa 300-400 l. Eine solche Anlage kann über das Jahr gemittelt 50-75% der Warmwasserbereitung übernehmen. Im Sommer, wenn die Zentralheizung ihren schlechtesten Wirkungsgrad besitzt, wird die Warmwasserbereitung vollständig von den S. übernommen. In den übrigen Jahreszeiten speisen Heizung und S. Wärme in den Speichertank. Die Kosten einer kompletten Anlage liegen bei 10.000-15.000 DM. Steuerliche Sonderabschreibungen und Fördermittel können die Kosten je nach Bundesland und Kommune um bis zu 50% reduzieren, womit sich die Anlagen in etwa 10-15 Jahren amortisieren. Die Energieamortisationszeit (die Zeit, bis die zur Herstellung der Anlage benötigte Energie wieder eingespielt ist) liegt bei S. bei nur 1-1,5 Jahren.
Die frostsichere Solarflüssigkeit im S.-Kreislauf sollte nicht wassergefährdend und leicht biologisch abbaubar sein; Propylenglykol ist gegenüber Ethylenglykol vorzuziehen.
Zur Brauchwassererwärmung genügen i.d.R. einfache Flachkollektoren mit Jahreswirkungsgraden von 25-35% (spezifischer Nutzgewinn pro Jahr 180 kWh/m2) und maximalen Temperaturen von 100 Grad C. Nur in speziellen Fällen lohnen sich Vakuumflachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren, bei denen sich der Absorber, um Wärmeverluste zu vermeiden, in einem luftleeren Glasrohr befindet. Mit solchen hochwertigen (und teuren) Kollektoren können Temperaturen von über 100 Grad C erreicht werden, womit sie auch Prozeßwärme für industrielle Prozesse bereitstellen können (z.B. Wäschereien). Diese Möglichkeit wird in Deutschland bislang praktisch nicht genutzt.
Besonders einfache Systeme sind Schwimmbadkollektoren, die aus einfachen Kunststoffabsorbermatten bestehen und auch horizontal verlegt werden können. Für Freibäder stellen Schwimmbadkollektoren oft eine lohnende Investition dar, die sich auch ohne Fördermittel innerhalb weniger Jahre amortisiert.
Eine sehr interessante Möglichkeit des S.-Einsatzes sind Anlagen zur solaren Nahwärmeversorgung. Die von großen Kollektorfeldern gesammelte Wärme wird hier über große Warmwasserspeicher bis in die Heizperiode aufbewahrt.
In Schweden sind seit 1985 mehrere solare Nahwärmenetze in Betrieb. In Lyckebo versorgt eine 4.300 m2 große Kollektorfläche, die an einen unisolierten Felskavernenspeicher (Speicherung, Aquiferspeicher) von 105.000 m3 angeschlossen ist, 550 Einfamilienhäuser mit Wärme. Solaren Nahwärmenetzen werden auch in Deutschland gute Chancen für die nahe Zukunft vorhergesagt; als erste Standorte sind Offenburg und Stuttgart im Gespräch.
Nutzung von Solarenergie zur Stromerzeugung: Solarzelle

Solarzellen

S. sind Halbleiterbauelemente, die Licht (Globalstrahlung) direkt in elektrischen Strom umwandeln können (photo-voltaischer Effekt, daher auch der Name Photovoltaik).

I.d.R. dient Silizium als Grundmaterial. Man unterscheidet zwischen mono- und polykristallinen Siliziumzellen, amorphen Siliziumzellen und Dünnschichtzellen. Zum letzteren Zellentyp gehören Solarzellen, die nicht aus kristallinem Silizium hergestellt werden und sehr dünn sind. Wird die Solarzelle beleuchtet, steht an den elektrischen Anschlüssen eine Gleichspannung von etwa 0,5 Volt zur Verfügung. Der Strom und damit auch die Leistung, die entnommen werden kann, hängen von der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Zellenfläche, d.h. der Größe der Empfängerfläche, ab. S. werden zu Solarmodulen zusammengeschaltet und mit weiteren Komponenten als Photovoltaik-Anlage zur Stromerzeugung genutzt.

Details:
Monokristalline S. aus industrieller Fertigung wandeln heute etwa 16 bis 18% (Labor: 20-25%) des auftreffenden Sonnenlichts in elektrischen Strom um. Polykristalline S. weisen etwas schlechtere Wirkungsgrade auf. Das Verfahren der amorphen Zellen geht mit dem Basismaterial Silizium -da es nur als dünne Schicht aufgedampft wird- sehr sparsam um und vermeidet von vornherein die (energie-) aufwendigen und teuren Schritte der Kristallherstellung und des Zersägens in einzelne Scheiben wie bei den kristallinen S.. Amorphe Silizium-S. sind daher preiswerter herzustellen und als Dünnschichtzellen flexibler einsetzbar, haben allerdings nur einen Wirkungsgrad von 5-8% (Labor 13%).
Es gibt auch noch eine Reihe anderer Stoffe, die halbleitende Eigenschaften besitzen und geeignet sind, Licht in Strom umzuwandeln. Favorisiert werden heute unter anderem Dünnschichtzellen aus Cadmiumsulfid (CdS) bzw. Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Selenid (CuInSe2), deren Marktanteil heute bei ca. 5% liegt. Die Dünnschichttechnologie ist aufgrund des sparsamen Material- und Energieeinsatzes und der geringeren Produktionskosten (im Vergleich zu Siliziumzellen) ein Verfahren, das zukünftig einen höheren Marktanteil erwerben kann. In den Halbleiterschichten kommen jedoch in geringen Konzentrationen u. a. die Elemente Cadmium, Selen, Tellur und Kupfer (Cd, Se, Te, Cu) vor, die toxisch sein können. Somit sollten die möglichen Risiken für Umwelt und Gesundheit während der Produktion, des Betriebes und der Entsorgung dieser Module beachtet werden.
Silizium-S. bewirken am Einsatzort keine Belastung der Umwelt. Ausnahmen sind Cadmium-Tellurid-S., die bei Bränden Cadmium emittieren können. Es dauert allerdings einige Jahre bis die zur Herstellung von Silizium-S. benötigt Energie amortisiert ist (Photovoltaik-Anlagen).
In der Entwicklung stecken noch weitere Konzepte, wie z.B. die "High-Voltage-Zelle", welche eine Spannung von 2,8V bzw. 8V bei einem Wirkungsgrad von 10,2% bzw. 8,3% abgibt.
Für den Einsatz zur Stromerzeugung im Kraftwerksmaßstab sind S. auch in sonnenreichen Regionen derzeit noch erheblich zu teuer. Preiswerter sind nicht nur fossil gefeuerte Kraftwerke, sondern auch solarthermische Kraftwerke (Solarkraftwerke) und Windkraftwerke (Windenergie). Ein großer Einsatzbereich von S. wird auf absehbare Zeit der dezentrale Inselbetrieb in nicht elektrifizierten Gebieten sein. Gerade in dünnbesiedelten Regionen ist es heute schon preiswerter, Strom mit S. zu erzeugen, anstatt aufwendige und verlustreiche Stromnetze aufzubauen. Aus diesem Grund kommen in Entwicklungsländern S. heute schon vielfältig zum Einsatz: Photovoltaisch betriebene Wasserpumpen, Stromversorgung von abgelegenen Radiosendern und Krankenhäusern (Kühlung von Medikamenten) und standardisierte Systeme zur Minimalelektrifizierung privater Haushalte.
In Deutschland finden z.B. amorphe Siliziumzellen bei elektrischen Kleinverbrauchern (z.B. Taschenrechnern und Armbanduhren) ihren Einsatz.
Netzgekoppelte Anlagen, zur Unterstützung der häuslichen Stromversorgung, sind seit der Verabschiedung des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wirtschaftlich zu betreiben. Grund dafür sind die hohen Einspeisevergütungen, weshalb der erzeugte Strom komplett eingespeist werden sollte. Weiter sind auch verschiedene Förderprogramme (z.B. das 100.000-Dächer-Programm) von Bund, Ländern und Städten zu beziehen.
Weltweit ließe sich technisch betrachtet die gesamte Energieversorgung auf S. in Verbindung mit der Wasserstofftechnologie als Speicher- und Transportmedium aufbauen. Selbst im sonnenschwachen Deutschland können 12% des Strombedarfs solar gedeckt werden, wenn etwa die Hälfte der nutzbaren Dachfläche mit S. bedeckt würde.
Kompletanlagen, siehe Photovoltaik-Anlage.
Literaturangabe:
Heinz Ladener: Solare Stromversorgung

Solarthermische Anlage

Bei S. wird Wärme aus Sonnenenergie gewonnen. Häufigster Einsatzort ist die Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung. Diese Anlagen werden vom kleinen Gartenhaus bis hin zu Solarkraftwerken eingesetzt. Für die privaten Haushalte stellen S. für die Warmwasserbereitung die in unseren Breiten sinnvollste Nutzung regenerativer Energiequellen dar, die weder mit technischen noch finanziellen Risiken verbunden ist.

Die typische solare Brauchwasseranlage für einen Vierpersonenhaushalt in Deutschland besteht aus etwa 4-8 m² Flachkollektorfläche und einem gut isolierten Warmwasserspeicher von etwa 300-400 l. Eine solche Anlage kann über das Jahr gemittelt 50-75% der Warmwasserbereitung übernehmen. Im Sommer, wenn die Zentralheizung ihren schlechtesten Wirkungsgrad besitzt, wird die Warmwasserbereitung vollständig von der S. übernommen. In den übrigen Jahreszeiten speisen Heizung und Sonnenkollektoren Wärme in den Speichertank. Die Kosten einer kompletten Anlage liegen bei 3.000-12.000 €.
Steuerliche Sonderabschreibungen und Fördermittel können die Kosten je nach Bundesland und Kommune um bis zu 50% reduzieren, womit sich die Anlagen in etwa 10-15 Jahren amortisieren. Die Energieamortisationszeit (die Zeit, bis die zur Herstellung der Anlage benötigte Energie wieder eingespielt ist) liegt bei S. bei nur 1-1,5 Jahren. Die frostsichere Solarflüssigkeit im Kollektor-Kreislauf sollte nicht wassergefährdend und leicht biologisch abbaubar sein; Propylenglykol ist gegenüber Ethylenglykol vorzuziehen. Es gibt aber auch sogenannte "Flow-back-Systeme", welche ohne Zusatz, also mit reinem Wasser betrieben werden.
Weitere Komponenten einer S. sind Sonnenkollektor und Warmwasserspeicher.

siehe außerdem: Sonnenenergie, Warmwasserbereitung

Solarstromanlage

Solarpanel

Solarmodul

Bei S. werden viele Solarzellen, da sie nur mit niedriger Spannung arbeiten, für praktische Anwendungen zusammengeschaltet.

Beim Hintereinanderschalten der Zellen addieren sich die Zellenspannungen: Standart-Solarmodule bestehen aus 33 bis 40 Zellen in Reihenschaltung, die eine Spannung von 16 bis 22 Volt und eine Leistung von 30 bis 50 Watt liefern. Wird mehr Leistung oder eine höhere Spannung benötigt, können entweder größere Module mit mehr Zellen eingesetzt oder mehrere Module gleichen Typs zu einem größeren Solargenerator zusammengeschaltet werden.

Heizwärmebedarf

(auch: Jahres-Heizwärmebedarf) Der H. beschreibt die für die Beheizung eines Gebäudes benötigte Menge an Wärmeenergie (Energie) in Kilowattstunden je m² beheizter Nutzfläche und Jahr (kWh/m²/a).

Der H. ist eine rechnerisch ermittelte Größe, die als "Energiekennzahl" (siehe auch: Heizenergiebedarf) Aufschluss über die wärmeschutztechnische Qualität eines Gebäudes gibt.

Bei der Berechnung des H. wird einerseits der Wärmebedarf berücksichtigt, der durch den Wärmedurchgang durch die Außenbauteile (k-Wert, Wärmedämmung) und durch den Luftaustausch (Luftwechsel, Lüften, Stoßlüften) bedingte Wärmeverluste entsteht. Andererseits fließen Wärmegewinne z.B. durch Elektrogeräte oder Wärmeabstrahlung von Personen (interne Wärmegewinne) sowie die durch die Sonneneinstrahlung durch Fenster oder andere transparente Flächen bedingten solare Wärmegewinne in die Berechnung mit ein.

Der H. hängt also wesentlich von der bauphysikalischen und konstruktiven Beschaffenheit des Gebäudes ab: Bauform, verwendete Baustoffe (k-Wert , Wärmedämmung), Fensterfläche und Fensterart (Fenster) und Bauausführung (Luftdichtigkeit, Niedrigenergiehaus). Der H. eines bestehenden Gebäudes kann mit Hilfe einer Energiebedarfsanalyse ermittelt und in einem Energiepass offenkundig gemacht werden.

Für neu zu errichtende Gebäude muss der H. Sinne der gültigen Wärmeschutzverordnung durch einen Wärmebedarfsausweis nachgewiesen werden. Der berechnete H. erlaubt allerdings lediglich eine grobe Abschätzung, wie viel Heizenergie (Primärenergie) tatsächlich für die Gebäudeheizung benötigt wird, da weder Nutzergewohnheiten (Raumklima, Lüften, Stoßlüften) noch die Art der Energiebereitstellung (Heizungsart, Brennwertkessel, Niedertemperatur-Heizsysteme) und die damit verbundenen Energieverluste berücksichtigt werden. Der H. stellt in älteren Gebäuden mit ca. 75 % den höchsten Anteil am Energieverbrauch (Energie).

Heizungsanlagenverordnung

Die H. setzt folgende Anforderungen an die energiesparende Ausrüstung und den Betrieb von Heizungsanlagen:

Verhinderung der Überdimensionierung von Wärmeerzeugern,
Dämmung von Wärmeerzeugern und Rohrleitungen,
außentemperaturabhängige Regelung der Heizungsvorlauftemperatur,
Möglichkeit der Abschaltung der Heizung zu bestimmten Zeiten über eine Zeitschaltuhr,
Ausrüstung der Heizkörper mit Thermostatventilen,
Begrenzung der Verluste von Brauchwasseranlagen,
Pflicht zur Wartung und Instandhaltung der Heizungsanlage.

Bei Einhaltung der H. können erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden. Allerdings wird die Einhaltung der H. von keiner Behörde überprüft. Mieter von Gebäuden mit hohen Heizkosten sollen überprüfen, ob die Heizungsanlage des Gebäudes die Vorschriften der H. einhält. Bei Nichteinhaltung kann der Hausbesitzer mit einem Bußgeld belegt werden.

Heizung

Im Jahr 2000 waren die privaten Haushalte mit fast 28 Prozent am gesamten Endenergieverbrauch Deutschlands beteiligt; 1990 waren es erst 25 Prozent. Damit stehen die privaten Haushalte an zweiter Stelle hinter dem Verkehr (mit rund 30 Prozent), aber noch vor der Industrie (26,5 Prozent). In den privaten Haushalten liegt der Anteil der H. am Energieendverbrauch sogar bei 76 Prozent und 11 Prozent für Warmwasserbereitung.

Wie viel Energie ein Haus zum Heizen benötigt, hängt in erster Linie von seiner Wärmedämmung (k-Wert) ab, die den Wärmebedarf bestimmt und bei guter Ausführung Umweltbelastungen und Energieverbrauch mehr als halbieren (Niedrigenergiehaus; Passiv-haus,) oder sogar ganz vermeiden kann (Nullenergiehaus). Seit 1.02.2002 gilt die Energie-einsparverordnung für Gebäude (EnEV) und verbreitet die Niedrigenergie-Bauweise als Standard.

Die H.-Systeme unterscheiden sich deutlich hinsichtlich Primärenergieverbrauch und Emis-sionen. Eine große Rolle spielt zudem das Nutzerverhalten (Raumklima, Lüften, Stoßlüften). Umweltschonende H.-Systeme, die geringe Energieverluste aufweisen und wenig Schadstoffe emittieren, sind v.a. Nahwärme, Fernwärme und Erdgas-Brenner. Moderne Gasfeuerungen erreichen Wirkungsgrade von über 90 Prozent im Winterbetrieb (Sommerbetrieb 50 bis 60 Prozent, Sonnenkollektoren). Bei den Gasbrennern stellt der Brennwertkessel in Verbindung mit Niedertemperatur-Heizsystemen die optimale Lösung dar. Auch Ölbrenner arbeiten heute mit hohen Wirkungsgraden und auch mit Brennwerttechnik. Probleme bereiten aber die relativ hohen Schwefeldioxid-Anteile im Abgas von Heizöl. Wobei Strom die am leichtesten zu transportierende Energie ist und die Risiken von Tankwagentransporten, Erdgaspipelines und die Folgen der Transporte (Umweltbelastung durch Abgase, Straßenbau usw.) entfallen.

Ökologisch ungünstig sind v.a. elektrisch Heizen (Elektrospeicherheizung), Ofenheizung, und alte Erdöl-Brenner. Alte Zentral-H. haben oft nur einen Wirkungsgrad von unter 70 Prozent, bedingt durch hohe Wärmeverluste über die Abgase, Überdimensionierung der Anlagen und falsche Brennereinstellung. Die Anschaffung einer neuen H. kann sich schon innerhalb weniger Jahre amortisieren. Viele Hausbesitzer müssen in den nächsten Jahren ihre H. austauschen, weil sie mehr Schadstoffe auspustet als zulässig. Mit der neuen Energiespar-verordnung, die im Februar 2002 in Kraft trat, will die Bundesregierung technisch veraltete H. (Einbau vor dem 1.10.1978) spätestens bis zum Jahr 2008 aus dem Verkehr ziehen.

Die Staubemissionen aus Hausfeuerungen als auch der Abgasverlust werden in den Verordnungen zum Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchV) begrenzt. Nach der BImSchV gilt der Abgasverlust, der im Schornsteinfegerprotokoll ausgewiesen ist, als Maß der Dinge: bei H. zwischen 4 und 25 Kilowatt Leistung darf er maximal 11 Prozent betragen, bei 25 bis 50 Kilowatt Leistung maximal 10 Prozent. Werden diese Werte überschritten, muss die H. bis zum 1.11.2004 nachgerüstet oder still gelegt werden.

Literatur:
Knieriemen, Heinz; Frei Peter: Heizen mit

Holz - ökologisch und gesund; Das Praxisbuch für traditionelle und moderne Öfen, Herde und Heizsysteme; AT Verlag 2003; ISBN 3855029296; EUR 27,90

Richtig heizen - Heizsysteme und Warmwasser; Konsument extra; ISBN 3901359427; Ver-ein für Konsumenteninformation Verlag 1998; EUR 11,48

Fröse, Heinz-Dieter: Elektrische Heizsysteme; ISBN 3790506982; Pflaum Verlag 1995; EUR 27,61

Siehe auch: Wärmepumpe, Heizkostenverordnung, Heizungsanlagenverordnung, Verbrauchsabhängige Heizkostenabrechnung, Rußzahl, Verbrennung

Heizöl

Leichtes und schweres H. wird in Raffinerien (Naphtha) aus Erdöl gewonnen. Leichtes (EL) H. wird zur Heizung von Gebäuden verwandt.

Das zähflüssigere schwere (S) H. benutzt man als Industriebrennstoff und zur Feuerung von Kraft-, Heizkraft- und Heizwerken. Bei Herstellung und Verbrennung von H. werden zahlreiche Schadstoffe frei, so z.B. Schwefeldioxid, Stickoxide und Kohlendioxid (Kohlendioxid-Problem, Treibhauseffekt).

Der Gehalt an Schwefel, der zu Schwefeldioxid verbrennt, ist für leichtes H. seit 1979 auf 0,3% begrenzt (Schwefelgehaltsverordnung). Eine weitergehende Entschwefelung auf 0,15% wird von den Raffinerien bereits praktiziert; eine generelle Senkung scheitert bislang an einer fehlenden EG-Richtlinie. Private und öffentliche Kunden können jedoch bei nur geringen Mehrkosten von 1 bis 2 Pf/l bei fast allen H.-Händlern schwefelarmes H. beziehen.

Schweres H. enthält bis zu 3% Schwefel. Um die Auflagen der Großfeuerungsanlagenverordnung ohne Rauchgasentschwefelungsanlage einhalten zu können, verfeuern Kraftwerke mit weniger als 300 MW thermischer Leistung schweres H. mit einem Schwefelgehalt von 1,4%.
Emissionen bei der Verarbeitung und Verbrennung von H.: Raffinerie, Heizung, Ofenheizung, Kraftwerk, Fernwärme

Heizkraftwerk

In H. wird in Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Wärme erzeugt.

Der Wirkungsgrad moderner Anlagen beträgt 80% (25% als Strom und 55% als Wärme). Bei der Verteilung der Wärme über Fernwärmenetze gehen zusätzlich ca. 10% als Leitungsverluste verloren.
Gegenüber Kraftwerken, die mit einem Wirkungsgrad von 35-40% Strom erzeugen und die Wärme ungenutzt in die Umwelt abgeben, bedeutet der Einsatz von H. eine beträchtliche Ressourcenschonung und Emissionssenkung. Kleine H. zur dezentralen Energieversorgung nennt man Blockheizkraftwerke.
Schadstoffemissionen von H.: Fernwärme, Kraftwerk

Siehe auch: Kraft-Wärme-Kopplung, Strom

Gezeitenkraftwerk

Mond und Sonne verursachen durch ihre Anziehungskräfte zusammen mit der Rotationsbewegung der Erde Ebbe und Flut.

G. nutzen diese regenerative Energiequelle zur Stromerzeugung. Hierzu werden ganze Meeresbuchten durch eine Staumauer vom Meer abgetrennt. Das in die bzw. aus der Bucht strömende Wasser treibt Turbinen zur Stromerzeugung an. Nur wenige Meeresbuchten eignen sich für G., da ein großer Tidenhub (Höhendifferenz Flut-Ebbe) notwendig ist.

G. verändern das Ökosystem der abgetrennten Bucht und können die Gezeiten der Nachbarbuchten beeinflussen. Das älteste G. befindet sich in der Mündung der Rance (Bretagne), weitere G. arbeiten in der ehem. UdSSR und Kanada. Kanada und England planen bis 2010 zwei große G. in Betrieb zu nehmen (Kanada: 5.000 MW).

Siehe auch: regenerative Energiequellen

Geothermische Energie

Anlagen zur Nutzung von G. verwenden die im Erdinnern gespeicherte Erdwärme als Energiequelle. Dies ist nur in vulkanischen und geologisch mobilen Gebieten möglich, wo heiße Wasseradern (z.B. Thermalquellen) bis an die Erdoberfläche treten.

Das heiße Wasser kann zu Heizzwecken, der heiße Dampf zur Stromerzeugung (Strom) genutzt werden. Die weltweit umfangreichsten Nutzungen von G. finden sich in Kalifornien, wo 1987 etwa 2.100 MW elektrische Leistung genutzt werden, in der Toscana (Italien) versorgen G.-Kraftwerke von insgesamt 450 MW die gesamte Toscana und die italienische Eisenbahn mit Strom. In Island heizen 80% der Bevölkerung mit G.. Mögliche Gebiete zur Nutzung der G. in Deutschland sind das Norddeutsch-Polnische Becken, der obere Rheingraben und Süddeutschland.

Die in Norddeutschland und im Rheingraben genutzten G.-Vorkommen liegen im Temperaturbereich zwischen 40 und 100 Grad C und werden aus tiefliegenden Sandsteinschichten (1.000 bis 2.500 m Tiefe) gefördert. Umweltbelastungen treten insb. dann auf, wenn das zu Heizzwecken genutzte Wasser bzw. der in Kraftwerken zu Wasser kondensierte Dampf ungereinigt in Flüsse geleitet wird. Hierbei gelangen je nach Quelle große Mengen Salz, Schwefel und anderer Mineralien in die Umwelt.

Durch das Zurückpumpen des Wassers in den Erdboden können diese Belastungen und evtl. Bodenabsenkungen durch die Wasserentnahme vermieden werden. Die Rückführung des genutzten Wassers ist zudem oft eine wichtige Voraussetzung zur Erhaltung der Ressourcen. Arbeiter müssen vor den aus den Bohrlöchern entweichenden, teils giftigen Gasen (z.B. Schwefelwasserstoff) geschützt werden.

Siehe auch: Regenerative Energiequellen