ETDE-DE—1303

DE02GD686

Fachhochschule Schmalkalden Norbert Krah Potentiale und Modellrechnungen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Landkreis Schmalkalden-Meiningen l i

I

fhS-prints 6/2001 Schriftenreihe der Fachhochschule Schmalkalden Norbert Krah

Potentiate und Modellrechnungen zur Nut- zung erneuerbarer Energien im Landkreis Schmalkalden-Meiningen

Schmalkalden 2001 fhS-prints 6/2001 fhS-prints Die Schriftenreihe der Fachhochschule Schmalkalden Herausgeber: Fachhochschule Schmalkalden, Der Rektor ISSN 0949-1767

Produktion: Carsten Feller Referat Offentlichkeitsarbeit Fachhochschule Schmalkalden Blechhammer 98574 Schmalkalden Tel. 03683 688-1020 Fax. 03683 688-1920

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Potentiale und Modellrechnungen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

Potentiate und Modellrechnungen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

Norbert Krah

Inhaltsverzeichnis

0 Vorbemerkungen 6 1 Einleitung 10 2 Nutzung der Solarenergie 15 2.1 Die Lichtenergie der Sonne 15 2.2 Photovoltaik im Landkreis Schmalkalden - Meiningen 18 2.2.1 Einfuhrung 18 2.2.2 Photovoltaik in Deutschland und im Landkreis Schmal- kalden - Meiningen 19 2.2.3 Betriebsmoglichkeiten von Photovoltaikanlagen und deren Forderung 20 2.2.4 Modellberechnungen fur Photovoltaiklosungen 23 2.2.4.1 Mogliches Energiepotential in privaten Haushalten im Landkreis 23 2.2.4.2 Einsatz von Solar-Dachsteinen 24 2.2.5 Nachnutzungsfahige Projektstudien zur Photovoltaik 26 2.3 Solarthermie im Landkreis Schmalkalden - Meiningen 35 2.3.1 Einfuhrung 35 2.3.2 Nutzung des Solarthermiepotentials im Landkreis Schmalkalden - Meiningen 37 2.3.2.1 Zur Nutzung der Solarthermie 37

Prof. Dr.-lng. Norbert Krah, Professor fur Fabrikplanung, PPS und Logistik am Fachbereich Maschinenbau der Fachhochschule Schmalkalden 2.3.2.2 Modellberechnungen fur Solarthermieanwendun- gen 38 2.3.3 Nachnutzungsfahige Projektstudien zur Solarthermie 50 2.3.4 Anlagen 62 3 Ermittlung des Energiepotentials aus Windkraft und deren Leistungsvermogen fur den Landkreis Schmalkalden-Mei- ningen 64 3.1 Zielstellung 64 3.2 Stand der Windenergieerzeugung 64 3.3 Notwendigkeit des verstarkten Einsatzes von Windenergie 64 3.4 Zustandsanalyse 67 3.4.1 Bestehende Windkraftanlagen 67 3.4.2 Geographisch-orographische Moglichkeiten fur Wind ­ kraftanlagen im Landkreis Schmalkalden-Meiningen 68 3.5 Richtlinien fur die planungs- und naturschutzrechtliche Beurtei- lung von Windenergieanlagen 73 3.6 Betrachtung zu ausgewahlten Gunstraumen 76 3.7 Potentialbewertung der Gunstraume 80 3.8 Zusammenfassende Fakten zur Windenergie 84 3.9 SchluBfolgerungen 89 3.10 Anwendungsbezogene Projekte 90 4 Nutzung des Wasserkraftpotentials 102 4.1 Zielstellung 102 4.2 Wasserkraftnutzung 102 4.2.1 Geschichtliches zur Wasserkraftnutzung 103 4.2.2 Wasserkraftnutzung heute 103 4.3 Wasserkraftanlagen im Landkreis 105 4.4 Wasserkraftpotential im Landkreis 107 4.5 Fazit 111 5 Energieholzpotentiale im Landkreis Schmalkalden - Mei- ningen 115 5.1 Einfuhrung 115 5.2 Potential und Nutzung von energetisch verwertbarem Holz im Landkreis 115 5.2.1 Das Energieholzpotential 115 5.2.2 Verwertung des Holzpotentials 119 4.2.2.1 Verwertung in privaten Haushalten 119 4.2.2.2 Hackschnitzelfeuerungsanlagen im Landkreis 120 5.3 Forderungen von Holzfeuerungsanlagen 121 5.4 Anwendungsfalle zur Nutzung des Energieholzpotentials 121 5.4.1 Hackschnitzelanlage Brotterode 121 5.4.2 Untemehmenskonzept zur ErschlielBung des energe- tisch verwertbaren Waldholzes 124 5.4.3 Kurzbeschreibung eines Gas- und Dampfturbinen Heizkraftwerkes auf Holzbasis 128 6 Nutzung von Energietragern der Landwirtschaft 135 6.1 Einleitung 135 6.2 Anbaupotentiale nachwachsender Rohstoffe im Landkreis Schmalkalden - Meiningen 135 6.3 Biomasse 136 6.4 Energiebereitstellung von Biogas aus Biomasse 138 6.4.1 Biogas 138 6.4.2 Biogasgewinnung 140 6.4.2.1 Ziele und Nutzen der Biogasgewinnung 140 6.4.2.2 Biogasanlagen 140 5.4.2.1 Flussigmistanlagen 143 5.4.2.2 Festmistanlagen 143 6.4.3 Biogasanlagen im Landkreis Schmalkalden - Meinin- gen 144 6.4.4 Biogasproduktion im Landkreis Schmalkalden - Mei- ningen 145 6.5 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung 147 : 6.5.1 Modellberechnung 147 6.5.2 Fordermoglichkeiten fur Biogasanlagen 149 6.6 Futterrubensaft fur die Biogaserzeugung 149 6.7 Rapsbl als Energietrager 153 6.8 Hanf und Wolle als Warmedammung 157 6.8.1 Allgemeines zur Warmedammung 157 6.8.1.1 Bauliche Gegebenheiten 157 6.8.1.2 Kriterien bei der Wahl des Dammaterials 157 6.8.2 Okologische Dammstoffe 158 6.8.3 Hanfeinsatz zur Warmedammung 159 6.8.4 Einsatz von Wolle als Warmedammstoff 161 7 Nutzung des Klargaspotentials im Landkreis Schmalkal- den-Meiningen 164 7.1 Einfuhrung 164 7.2 Klaranlagen im Landkreis Schmalkalden-Meiningen 165 7.3 Klaranlage in Niederschmalkalden 165 7.4 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Faulgasverwertung 167 7.5 Hochrechnung fur das Energiepotential im Landkreis Schmal­ kalden - Meiningen 168 8 Nutzung des Deponiegaspotentials im Landkreis Schmal­ kalden-Meiningen 169 8.1 Einfuhrung zu Deponiegas und dessen energetischer Nutzung 169 8.2 Deponiegasentstehung und-entwicklung 169 8.3 Zu den Standorten im Landkreis Schmalkalden-Meiningen 173 8.4 Deponiestandort Meiningen 173 8.5 Prognose zur Nutzung des Deponiegaspotentials im Landkreis Schmalkalden-Meiningen 176 8.6 Deponiestandort Trusetal / Erzschwinde 177 8.7 Anlagen - Deponiekorper Meiningen und GasmeBprotokoll 177 9 Vergleiche und Prognosen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Landkreis und in Thuringen 180 9.1 Vergleich zur Nutzung erneuerbarer Energien 180 9.2 Vergleich der Nutzung erneuerbarer Energien im Landkreis und in Thuringen bezogen auf die Einwohnerzahl 181 9.3 Prognosen zur Nutzung erneuerbarer Energien 189 9.4 Resumee 191

6

0 Vorbemerkungen

Die vorliegende Veroffentlichung baut auf Untersuchungen, Fakten, Da- ten, Erkenntnissen und Projekten auf, die in die Erarbeitung des Energie- konzeptes fur den Landkreis Schmalkalden - Meiningen eingeflossen sind. 1 Davon ausgewahlte Erkenntnisse sollen durch diese Veroffentlichung in uberarbeiteter und verdichteter Form der Offentlichkeit und insbesondere interessierten Studierenden zuganglich werden. 12

Das Energiekonzept wurde von einem Projektleitungsteam „Energiekon- zept“ der FBF - Forschungs- & Bildungs- Fordergesellschaft e.V. im Jahr 2000 ausgearbeitet.

Das Projektleitungsteam setzte sich wie folgt zusammen: Prof. Dr.-lng. Norbert Krah, Projektleiter Dr.-lng. Manfred Strugalla3 Dipl.-lng. Hans-Ulrich Eberhardt 4 Dipl.-Wirtschaftsing. (FH) Alexander Schmitt5

AuBerdem waren mit der Thematik dieser Veroffentlichung nachfolgend aufgefuhrte Projektbearbeiter bzw. Projektmitarbeiter beteiligt, die Daten und Fakten aufbereiteten bzw. Einzelprojekte in Abstimmung mit dem Projektleiter bearbeiteten.

1 Das Energiekonzept liegt beim Landratsamt des Landkreises Schmalkalden - Meiningen sowie bei der FBF - Forschungs- & Bildungs- Fordergesellschaft e.V., Schmalkalden, zur Einsichtnahme vor. 2 Der Verfasser denkt hierbei an Studierende, die Umwelttechnik Oder Umwelttechnologie studieren bzw. bei ihm die Vorlesung Kreislaufwirtschaft belegen. 3 Dr.-lng. Manfred Strugalla 1st Inhaber des Ingenieurburos fur Energiewirtschaft, Erfurt 4 Dipl.-lng. Flans-Ulrich Eberhardt 1st Inhaber des Ingenieurburos fur Energie- und

Umwelttechnik, Schmalkalden 5 Dipl;-Wirtschaftsing. (FH) Alexander Schmitt 1st Inhaber des IBIES- Ingenieurburo fur Innovative Energieversorgungssysteme, Schmalkalden 7

Vom Projektteam wurden fur das Energiekonzept insgesamt 61 Projekte 1 bearbeitet, die eine wichtige Grundlage fur das Energiekonzept darstellten und deren Ergebniss'e auch in diese Veroffentlichung eingearbeitet wur ­ den.

Proiektbearbeiter / Proiektmitarbeiter

Frau Simone Albrecht Herr Renko Bercz Herr Rene Brauning

Herr Michael Dohrer Herr Maik Eichhorn Herr Dipl.-lng. Walter Herder Herr Christian Klatt Frau Ing.-oec. Andrea Krah Herr Stefan Ortmann Herr Dr. vet. Eberhard Schiffner

Herr Daniel von Nessen Frau Nadine WeiB Frau Dipl.-lng. (FH) Susan Weisheit

Der Veroffentlichung voraus gingen Vorbereitungs-, Forschungs- und Pro- jektarbeiten, die im Zeitraum 1998 bis 2000 durchgefuhrt wurden.

Die Einzelprojekte der Projektbearbeiter liegen bei der FBF - Forschungs- & Bildungs- Fordergesell- schaft e.V., Schmalkalden, zur Einsichtnahme vor. 8

Dazu gehorten auch: - regelmalBige Gesprache und Gesprachskreise zu Zielstellungen, zur Oaten- und Informationsgewinnung sowie zu Abstimmungen mit

- verantwortlichen Leitern und Mitarbeitern des Landratsamtes des Landkreises Schmalkalden - Meiningen, - Geschaftsfuhrern kreislicher und kommunaler Unternehmen, - verantwortlichen Mitarbeitern kommunaler Verwaltungen des Landkreises Schmalkalden - Meiningen, - den Geschaftsfuhrern und Mitarbeitern Thuringer und einem hessischen Energieversorgungsunternehmen,

- Geschaftsfuhrern von Produktions- und Dienstleistungsunterneh- men im Landkreis Schmalkalden - Meiningen, - verantwortlichen Mitarbeitern der IHK Sudthuringen und der Handwerkskammer Sudthuringen, - dem Schornsteinfegerinnungsobermeister und Bezirksschornsteinfegermeistern,

- Schuldirektoren,

- Thuringer Ministerien, - Thuringer Landesamtern,

- Bundesministerien, - Energieversorgungskonzernen, - Arbeitsberatungen zu Zwischenberichten iiber den Arbeitsstand der Erarbeitung des Energiekonzeptes und zu Teilergebnissen, - die Erarbeitung und Auswertung von mehr als 60 fachwissenschaftlich begrundeten Projekten,

- die Konsultation von Experten zu speziellen Fachgebieten. 9

Die Erfahrungen und SchluBfolgerungen aus diesen Aktivitaten waren die fachliche Grundlage zur Erarbeitung des

eHandlungs- und umsetzungsorientierten Energiekonzeptes

fur den Landkreis Schmalkalden - Meiningen". Die Ergebnisse von Untersuchungen, Projekten und Anwendungslosun- gen wurden in dieser und in zwei weiteren Verdffentlichungen der PRINT - Reihe der Fachhochschule Schmalkalden zu den Themen - „Energetisch - okologische Analysen und SchluBfolgerungen fur ein kreisliches Energiekonzept" - „Struktur der Energieversorgung, Energieanalysen, Prognosen zur Energiebedarfsentwicklung und zum emissionsmindernden Energie- tragereinsatz fur Kraftfahrzeuge im Landkreis Schmalkalden - Meinin- gen“ vorgestellt. Der Verfasser mochte sich abschlieBend herzlich bedanken bei Landrat Ralf Luther, Amtsleiter Matthias Buttner und alien Mitgliedern des Projekt- tearns und den Forderern des Projektes fur die sehr gute Zusammenar- beit, insbesondere aber bei Dr.-lng. Manfred Strugalla, Dipl.-lng. Hans - Ulrich Eberhardt, Dipl.-Wirtschaftsing. (FH) Alexander Schmitt und Dipl.- lng. (FH) Susan Weisheit fur ihre konzeptionellen und inhaltlichen Beitrage sowie bei Ing. oec. Andrea Krah fur ihre organisatorische Koordinierungs- tatigkeit fur das Gesamtprojekt einschlieBlich der Verdffentlichungen.

Schmalkalden, im August 2001

Norbert Krah 10

1 Einleitung

Mit dem Begriff ..alternative Energieversorgung" werden nachfolgend i.a. Energieversorgungssysteme bezeichnet, die Alternativen zu neuzeitlichen konventionellen Energieversorgungssystemen mit den Energietragern Erdol, Erdgas und Kernbrennstoffen darstellen. Erdol und Erdgas kommen erst seit dem vergangenen Jahrhundert (neu- zeitlich) als fossile Energietrager zum Einsatz. Dagegen werden andere fossile Energietrager (Kohle und Tori) schon seit mehreren Jahrhunderten genutzt.

Gegenuber der Nutzung dieser Energietrager stehen seit jungster Zeit Energieumwandlungstechniken und Energieumwandlungstechnologien fur sogenannte ..erneuerbare ” bzw. ..regenerative" Energietrager zur Verfu- gung, die sich besonders durch die Eigenschaften auszeichnen: - niedrige Oder keine direkten Schadstoffemissionen bzw. Schadstoff- neutralitat und - scheinbare Unerschopflichkeit, nach menschlichen ZeitmaBstaben 1.

Wegen dieser scheinbaren Unerschopflichkeit und des auch ohne menschliches Zutuns sich immer wieder Erneuerns der Energiequellen, werden sie als erneuerbare bzw. regenerative Energiequellen 12 bezeichnet.

1 Mit der Formulierung .scheinbare Unerschopflichkeit, nach menschlichen ZeitmaBstaben" soil darauf aufmerksam gemacht werden, daB in Wirklichkeit auch die Sonnenenergie endlich ist. Nach heutigem Wissensstand wird der Wasserstoff der Sonne in 10 Milliarden Jahren erschdpft sein (aus menschli- chem Zeitverstandnis ein unendlich langer Zeitraum). Lange vor dieser Zeit wurden damit die Exis- tenzbedingungen fur organisches Leben auf der Erde nicht mehr gegeben sein. 2 die Begriffe sind synonym verwendbar 11

Grundsatzlich konnen auf der Erde drei unterschiedliche erneuerbare Pri- marauellen energetisch genutzt warden (vgl. Bild 1):

1. die solare Strahlunaseneroie als Folge der thermonuklearen Umwand- lungsprozesse in der Sonne;

2. die aeothermische Eneraie als Folge des Isotopenzerfalls im Erdin- nern; 3. die Gezeiteneneraie als Folge der Planetenbewegung in Verbindung mit der Massenanziehung. Bild 1: Erneuerbare (regenerative) Energiequellen 1

fiwop«A her1a9,Hei6e»]------[ \ MagmaJ

Thermisches Kraftwerk

Gezeiteo 1—| Gez»it»nkra#lwerk yptowhn J

Primar- Naturlche Anthropogene SekundSr- wiergiequelle Energiewandlung Enwgrewandfung energie

1 Quelle: Kleemann, R.; MeliB, M.: Regenerative Energiequellen. Spinger-Verlag, Berlin 1993 12

Diese erneuerbaren Primarenergiequellen konnen iiber naturliche Ener- giewandlung direkt Oder indirekt iiber zusatzliche anthropogene Energie- wandlung in die Sekundarenergieformen thermische, elektrische und chemische Energie umgewandelt werden.

Die von der Sonne auf die Erde ausgestrahlte Energie ist die bedeu- tendste Primarenergiequelle. Sie betragt gegenwartig ca. das 10-fache pro Jahr gegenuber dem theoretischen Vorrat, der sich aus fossilen Ener- gietragern gewinnen lieBe und ist enorm groBer als die beiden anderen Primarenergiequellen (vgl. Bild 2). Bild 2: Die drei Primarenergiequellen und das EnergiefluBbild der Erde 1

Qezeiten 94 EJ/a

Geotherm ischer . Wormestrom - - - 996 EJ/al >-

Geothermische Energie: Anomalien 1.6-10* EJ Wirmeinholt 1,8-10* EJ 4-6 km, AT« 130 K

Quelle: In: Kleemann.M.; MeliB.M.: Regenerative Energiequellen. Springer-Verlag, Berlin 1993 - nach Hubbert, M.: The Energy resources of of the earth. Sol. Am.225(1971) 61 ..70. 13

Gegenwartig wird in den Industrielandern die zur Verfugung gestellte Energie vorwiegend mittels der Energietrager Erdol, Erdgas und Kohle sowie uber Uran gewonnen. Aus vielfaltigen Grunden muB und wird sich das andern. Drei Grunde sollen hier angefuhrt werden: 1. Die Vorrate dieser Energietrager sind endlich und die Reichweiten uberschaubar. Unter Einbeziehung des heutigen Verbrauchs und des zunehmen- den wachsenden Verbrauchs durch die Industrialisierung der Ent- wicklungslander konnen mit hinreichend genauen Prognosen Aus- sagen uber die Reichweiten der fossilen und kernenergetischen Energietrager getroffen werden, die in zum Teil uberschaubaren Zeitraumen zumindest bei Erdol und spater auch bei Erdgas zu Engpassen fuhren konnen. 2. Die Lagerstatten dieser Energietrager sind auf bestimmte Erdregionen konzentriert. Aus diesen ersten beiden Grunden konnen sich politische und wirtschaftliche Abhangigkeiten ergeben, die Ursachen gewaltsa- mer staatlicher Auseinandersetzungen sein kdnnten. 3. Mit einem weiterhin exponentiell wachsenden Einsatz fossiler Energie­ trager wiirde es zu irreversiblen globalen Klimaveranderungen und Umweltschaden kommen, die organische Lebensformen auf der Erde zerstoren und die auBerdem ursachlich Umweltkatastrophen herbei- fuhrten.

Alleine aus diesen 3 Grunden ist es notwendig und sinnvoll, daB auch im Landkreis Schmalkalderi - Meiningen zusatzliche und neue Anstrengun- gen unternommen werden, um erneuerbare Energieversorgungssysteme zu nutzen und sich Firmen und Forschungseinrichtungen an der Entwick- lung in Segmenten dieser innovativen Techniken und Technologien betei- ligen. 14

Die auf den Landkreis Schmalkalden - Meiningen bezogenen durchge- fuhrten Untersuchungen des Projektteams „Energiekonzept “ haben erge- ben, da(3 folgende positive Effekte damit verbunden waren: 1. Verbesserung der Lebensqualitat im regionalen Umland 2. Beitrag zur Sicherung vorhandener und Schaffung newer Arbeitsplatze 3. Beitrag zur Stabilisierung vorhandener Unternehmen und Grundung newer Unternehmen

4. Zusatzliche regionale Finanzkreislaufe (Kaufkraftanteile verbleiben in der Region) 5. Gunstigere Voraussetzungen fur neue Forschungs- und Weiterbil- dungskapazitaten auf diesen Gebieten

6. Zunahme regionaler Energieautarkie 7. Mittelfristig: anteilige Zunahme von Exportprodukten und Technologie- transfer In dieser Veroffentlichung werden fur den Landkreis Schmalkalden - Mei­ ningen konkrete Potentiate und Projekte zur Nutzung alternativer Energie- versorgungstechnologien aufgezeigt sowie vielfach mit energetisch - wirt- schaftlichen Modellrechnungen nachgewiesen, welche wirtschaftlichen und dkologischen Effekte damit verbunden sind.

) 15

2 Nutzung der Solarenergie

2.1 Die Lichtenergie der Sonne 1

Die Sonne als das Zentralgestirn unseres Planetensystems ist fur die Erde die absolut groBte regenerative Energiequelle.

Der heutige Stand der Forschung besagt, daB sie bereits seit 5 Milliarden Jahre mit der jetzigen Helligkeit strahlt.12

Die Strahlungsleistung resultiert aus Kernfusionsprozessen, bei denen uber verschiedene Zwischenreaktionen vier Wasserstoffkerne zu einem Heliumkern verschmolzen werden. Daraus ergibt sich eine Strahlungs ­ leistung von 3,845 1026 W, die je Sekunde von der Sonne abgegeben wird. Ein geringer Teil davon erreicht die Erde. AulBerhalb der Erdatmo- sphare schwankt die Bestrahlungsstarke, in Abhangigkeit vom Abstand Erde - Sonne, zwischen 1,325 kW/m2 und 1,420 kW/m2. Der Mittelwert wird als Solarkonstante E0 bezeichnet und betragt E0 = (1.367 ± 2) W/m2.

Die auf der Erdoberflache ankommende Strahlung ist nochmals reduziert durch Reflexion an der Atmosphare, durch Absorption der Atmosphare sowie durch die Reduktionseffekte der Rayleigh- und der Mie-Streuung. 3

Wie bekannt, ist auBerdem die Sonneneinstrahlung stark abhangig von der Jahreszeit, dem Wetter und der Hdhenlage uber dem Meeresspiegel. Die mittlere Jahressumme der Globalstrahlung liegt in Deutschland bei einem Wert von ca. 1.000 kWh/mza (vgl. Bild 1). ,

1 Schwerpunkt der Veroffentlichung sind nicht die theoretischen Grundlagen der Solarenergie, son- dem die Potentiate und die Anwendungsmoglichkeiten im Landkreis Schmalkalden - Meiningen. 2 Nach heutigen Forschungen geht man davon aus, daB ihre weitere Lebensdauer in etwa den glei- chen Zeitraum einnehmen wird. 3 Rayleigh-Streuung: Die durchschnittliche Sonnenstrahlung erfolgt an molekularen Bestandteilen der Luft, deren Durchmesser viel kleiner ist als die Wellenlange des Lichtes. Mie-Streuung: Sie erfolgt an Staubteilchen der Luft, deren Durchmesser groBer als die Wellenlange des Lichtes ist. 16

Die durchschnittlichen Sonnenstunden pro Jahr (Stunden direkter Son- nenstrahlung mit mindestens 0,2 kW/m2) betragen in Deutschland etwa 1.300 h ... 1.900 h (vgl. Bild 2). Die kleineren Werte sind zumeist in Nord- westdeutschland und Mitteldeutschland zu en/varten, groBere Werte in Norddeutschland und die hochsten Werte in Sudwest- und Suddeutsch- land. Sudthuringen, und damit auch der Landkreis Schmalkalden - Mei- ningen, nimmt eine Mittelstellung ein. Bild 1: Durchschnittliche Energieausbeute in kWh/m2 a1

Quelle: www.Solarserver.de Bild .2: Deutschlands durchschnittliche Sonnenscheindauer'

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Deutschlands durchschnittliche Sonnenscheindauer in Stunden pro Jahr 1300-1400 1600 -1700 1400-1500 1700 -1800 1500 -1600 1800 -1900

Quelle: www.Solarserver.de 18

2.2 Photovoltaik im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

2.2.1 Einfuhrung

Mit Photovoltaik wird der Vorgang der direkten Umwandlung von Son- neneinstrahlung in elektrischen Strom mittels Solarzellen bezeichnet. 1 Die Photovoltaik ist zur Zeit noch eine sehr teure Energiewandlung, die ohne Forderungen in Deutschland wirtschaftlich nicht betrieben werden kann. Jedoch mit Hilfe angepaBter Forderungen besteht die Moglichkeit, wie die Beispielrechnung auf den folgenden Seite zeigt, in wirtschaftlich vertretba- re Bereiche zu gelangen. Zudem wird diese Technologie standig weiter- entwickelt, so daB der Wirkungsgrad welter steigt und die Produktpreise fallen. Die sinkenden Preise sind in erster Linie auf die zunehmende Serienfertigung zuruckzufuhren. Wenn der zu erwartende nachste Technologiesprung auf dem Gebiet der Photovoltaik und der Energiespeicherung erfolgt und die ebenfalls zu er- wartenden Preissteigerungen fur konventionelle Energieversorgungssys- teme eintreten, dann wird diese umweltfreundliche Energiewandlungs- technologie einen groBeren Marktanteil einnehmen.

1 Die Photovoltaik [photds (griech.): Ucht] beruht auf dem photovoltaischen Effekt. den Alexandre Edmond Becquerel (nicht Henri Becquerel) 1839 entdeckte und der in der direkten Wandlung von Lichtenergie in elektrische Energie besteht. Erste praktische Anwendungen des photovoltaischen Effektes waren die Belichtungsmesser mit Selen-Solarzellen und der Einsatz in der Weltraumtechnik ab der Mitte der 1950er Jahre. 19

2.2.2 Photovoltaik in Deutschland und im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

• Photovoltaikanlaaen in Deutschland Im Jahre 1999 waren in Deutschland Photovoltaikanlagen mit einer Ge- samtleistung von 68,9 MW installiert.

Dies entspricht einer Leistung von 0,84 W pro Einwohner. • Photovoltaik im Landkreis Schmalkalden - Meiningen Im Landkreis waren bis September 2000 • 33 Photovoltaikanlagen mit einer • gesamten Leistung von 71 kW installiert, woraus sich • etwa 62.000 kWh/a als Energiepotential ergeben. Dies entspricht einer Leistung von 0,5 W pro Einwohner. Damit liegt der Landkreis mit 0,34 W unverhaltnismaBig welt unter dem Bundesdurchschnitt! 1

Der Errichtungsstand von Photovoltaikanlagen im Jahre 1999 in Thurin- gen kann aus der als Anlage beigefugten Darstellung entnommen werden. Nach dieser Statistik rangiert der Landkreis Schmalkalden - Meiningen, als zweitgroBter Thuringer Landkreis, • bezuglich der installierten Anlagen an 5. Stelle und • bezuglich der installierten Leistung an 7. Stelle! *

siehe hierzu auch den Gliederungspunkt „Vergleiche und Prognosen zur Nutzung erneuerbarer Technologien" 20

2.2.3 Betriebsmoglichkeiten von Photovoltaikanlagen und deren Forde- rung

Marktubliche Solarmodule haben heute einen Wirkungsgrad von etwa 12% ... 14%. Das heiBt, 12% ... 14% der Strahlungsenergie der Sonne werden in elektrische Energie umgewandelt. Eine Anlage mit etwa 8 m2 Solarzellen auf dem Dach hat somit bei klarem Himmel und zur Mittags- zeit eine Spitzenleistung von ca. 1 kW. Uber ein Jahr gemittelt liefert eine solche Anlage in unseren Breiten 700 kWh/a bis 1000 kWh/a elektri­ sche Energie. Dies deckt etwa den Bedarf an Elektroenergie einer Person im Privathaushalt.

Als DimensionierungsgroBe sollte man fur das Gebiet des Landkreises Schmalkalden - Meiningen in Abhangigkeit von der Ortslage mit einem Wert

zwischen 840 kWh/a ... 890 kWh/a Berechnungen durchfuhren'.

Photovoltaikanlagen haben eine physische Lebensdauer von uber 20 Jah- ren und sind damit als eine langfristige Investition zu betrachten.

Sie konnen im Insel- als auch im Netzbetrieb betrieben werden. Der In- selbetrieb ist ein in sich geschlossenes System. Dagegen wird beim Netzbetrieb in das offentliche Stromnetz eingespeist. Das offentliche Netz ubernimmt hier eine Art Ausgleichsfunktion, die eine flexiblere Auslegung der Anlage erlaubt. Bei Anwendungen der Photovoltaik im privaten Haus- halt sind Anlagen mit kleineren Leistungen gefragt. Hierbei kamen bisher vorwiegend Anlagen zur Energieeigenbedarfsdeckung zur Anwendung, da Netzeinspeisungen aufgrund zu hoher Investitionskosten als zu teuer erschienen.

diese Werte warden in Langzeitenergiemessungen der FBF belegt, siehe FBF - Projekt „Langzeite- nergieverbrauchsmessung in Wohnhausern" (Kurztitel!) 21 lm Haushalt wind standig Elektroenergie benotigt (Kuhlschranke etc.), die zum Teil durch die Photovoltaik gedeckt werden konnte. Vor der Konzi- pierung einer solchen Anlage mussen der Energiebedarf und die Ver- brauchsstruktur ermittelt werden. Mit dem am 1. April 2000 in Kraft getretenen Erneuerbaren- Energien- Gesetze (EEG) haben sich auch im Landkreis Schmalkalden - Meinin- gen zunehmend Anwender der Photovoltaik „etabliert“, die Photovoltaik- strom in das Netz einspeisen 1.

Mit der Einfuhrung des EEG wurde auf dem deutschen Elektrizitatsmarkt ein Forderinstrument fur regenerative Energien geschaffen, das ein breites Spektrum von Erzeugungstechnologien abdeckt und in vielen Fallen an- nahernd kostendeckende Vergiitungen gewahrleistet. Es ist zu erwarten, daB das EEG starke Impulse fur den Ausbau und die Entwicklung der er­ neuerbaren Energien auslosen wird.

Es basiert auf dem Forderprinzip von Abnahmegarantien und Mindestver- gutungen fur die Netzeinspeisung von Elektrizitat aus regenerativen Ener- giequellen. 12 Dabei erfahrt auch die Nutzung der Photovoltaik eine bisher noch nie in dieser GroBe gewahrte Forderung. Wie aus Tabelle 1 zu ersehen ist, wurden die Einspeisevergutungen an- hand unterschiedlicher Erzeugungstechnologien differenziert und gegen- uber dem StrEG z.T. deutlich erhoht. Die Vergutungssatze sind nicht mehr vom Marktpreis fur Strom abhangig, sondern als feste Mindestsatze ausgestaltet. Sie sind in vielen Fallen nahezu Oder vollstandig kosten- deckend und bedeuten, insbesondere fur Windkraftanlagen an weniger

1 Eine erste GroBanlage im Landkreis Schmalkalden - Meiningen wird von der Gemeinde Viemau 2001 installiert. Sie gehort dam it zu den sogenannten Solarkommunen. 2 Im Gesetz wird genauer definiert, welche Erzeugungsanlagen im einzelnen unter die Forderung fallen, vgl. § 2 EEG. Das EEG schlielBt sich in seiner Wirkung damit direkt an sein Vorgangermodell, das Stromeinspeisungsgesetz (StrEG), an und bringt gleichzeitig drei wesentliche Anderungen: Starker differenzierte Vergutungssatze, die Einbeziehung von EVU-eigenen Anlagen und eine neue Ausgleichsregelung. 22

guten Standorten fur die Photovoltaik und die Biomasse deutliche Ver- besserungen (Tabelle 1). Daruber hinaus ist der technologische Anwendungsbereich erweitert wor­ den: So wird auch Strom aus Grubengas Oder Geothermie in die Forde- rung einbezogen. Tabelle 1: Kennzahlen zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und deren Fdrderung in Deutschland nach dem EEG

Emeuerbare GrCBen- Anteilan Strom­ Mindest- Mindest- Erzeugungs- Energien begrenzung EEG-Strom erzeugung vergOtung vergOtung kosten Neuanlagen 5 EEG 2000’ 1999s nach EEG3 nachStrEG4 GWh/a Pf/kWh Pf/kWh Pf/kWh

Windkraft keine 70% 5.500 12,1...17,8 16,1 17

Wasserkraft 5 MW 20% 5.700 13,0...15,0 14,3 8- 25

22-30 Biomasse, Biogas 20 MW 17,0...20,0 14,3 (Biogas) <8% 1.100 Deponie-, Gruben-, 5 MW 13,0...15,0 14,3 n/a Klargas

Photovoltaik 5 MW < 1 % 20 99,0 16,1 110-170

Geothermie keine <1% - 14,0...17,5 - n/a

O Stadtwerke haben Anspruch auf die Vergutung ihrer Elektrizitats- produktion nach dem EEG Der Geltungsbereich des Gesetzes wurde in Bezug auf die Eigentumer von Erzeugungsanlagen erweitert. 1

1 Schatzung nach DVG(2000) 2 Quelle: VDEW, Wasserkraft Giesecke/Heimerl (2000) 3 Die hoheren Satze gelten jeweils fur Anlagen mit bis zu 500 kW Leistung, fur Windkraft gilt eine diffe- renzierte Regelung in Abhangigkeit vom Windertrag. Die Satze reduzieren sich ab dem 1.1.2002 jahr- lich fur dann neu in Betrieb gehende Anlagen um 1,5% p.a. (Windkraft), I % p.a. (Biomasse) und 5% p.a. (Photovoltaik). 4 Gultig vom 1.1. bis 31.3.2000

5 BMU (1999), S. 44 ff. 23

Offentliche Elektrizitatsversorgungsunternehmen, wie z. B. die Stadtwerke in Meiningen und Suhl / Zella-Mehlis, die Strom in Anlagen entsprechend dem Katalog des § 2 EEG erzeugen, haben unter dem EEG ebenfalls An- spruch auf die Vergutung ihrer Elektrizitatsproduktion. Unter dem StrEG war das ausgeschlossen.

Das ist eine groBe Chance, im Landkreis Schmalkalden - Meiningen die Anwendungskapazitaten erneuerbarer Energietrager durch kommunale Firmen deutlich zu vergroBern.

2.2.4 Modellberechnungen fur Photovoltaiklosungen

2.2.4.1 Mogliches Energiepotentia! in privaten Haushalten im Landkreis Die 1. Modellberechnuna soli das vorhandene Photovoltaikpotential in pri­ vaten Haushalten des Landkreises ausweisen. Dabei wird davon ausge- gangen, daB sich mindestens 5% aller privaten Hauser im Landkreis fur eine Photovoltaik Nutzuna eianen (Offentliche Gebaude und Betriebe werden bei dieser Rechnung nicht betrachtet). Aus den angenommenen 5 % ergeben sich 1014 Einfamilienhauser, 518 Zweifamilienhauser und 175 Mehrfamilienhauser (Tabelle 2)1.

Tabelle 2: Verteilung der Wohngebaude im Landkreis Schmalkalden- Meiningen (Stand 31.12.1999)

5% von der Ge ­ GebSudeart Gesamtanzahl samtanzahl

Einfamilienhauser 20272 1014 Zweifamilienhauser 10349 518 Drei- und Mehrfamilien ­ 3495 175 hauser

1 Alle statistischen Basiszahlen warden von der FBF fur das Jahr 1999 ermittelt. 24

Tabelle 3: Modellrechnung - moglicher Jahresenergieertrag mittels Photo- voltaik im Landkreis

Inst. Nennleistung Jahresenergieertrag

Hausart Anzahl PinW„ Pin kWp kWh /a MWh/a

(5%) pro Haus gesamt pro Haus gesamt

EinfamilienhSuser 1014 500 507 450 456,3

Zwerfamilienhauser 51 8 1000 51 8 900 466,2

Mehrfamilienhauser 175 1500 263 1350 236,3

11.288 21.159

Aus Tabelle 3 ergibt sich: Bel einer • installierten Leistung von 1.288 kW konnen

• ca. 1.159 MWh/a Elektroenergie alleine aus der Photovoltaik im privaten Bereich erzeugt werden.

1st- und moalicher Stand: Bei der gegenwartig • erzeugten Energie von rund 62 MWh/a kdnnte man ein • weiteres Potential von 1.097 MWh / a

erschlieBen.

2.2.4.2 Einsatz von Solar-Dachsteinen Eine weitere Moglichkeit, urn Strom aus Sonnenenergie zu erzeugen, stellen die auch in Sudthuringen hergestellten Solar-Dachsteine dar 1. Der Solar - Dachstein ist ein konstruktives Dachelement und erzeugt durch integrierte Photovoltaikzellen Strom.

1 Im FBF - Projekt .Einsatz von Solar Dachsteinen - eine Moglichkeit der unmittelbaren Integration von variierbaren Photovoltaikelementen in Dachem" wird dieses Produkt umfassend vorgestellt. Es ist als Anlage dem Energiekonzept beigefugt. 25

Somit erfullt er gleichzeitig zwei Funktionen. Zum einen ubernimmt er die Abdichtung des Daches eines Gebaudes und zum anderen wird die ein- gedeckte Flache genutzt, um Elektroenergie zu erzeugen. Hierbei soil auf die Losung der Firma SESOL aus Langewiesen (Thuringen) etwas naher eingegangen werden. Dieser Solar-Dachziegel zahlt zu den preiswerteren Modellen und bietet durch die monokristalline Form der Solarzellen einen Wirkungsgrad von rund 14 %. Bei der nachfolgenden Modellberechnung handelt es sich um eine 27 m2 Anlage, die zu 100 % Elektroenergie ins Netz einspeist. Der voraussichtliche Jahresertrag wird bei dieser Flache 3590 kWh/a betragen.

Der Betrachtungszeitraum betragt 10 Jahre.

2. Modellberechnung: Anwendung von Solar-Dachsteinen

Investitionskosten:

-Anlage = 50.006,40 DM -Betriebskosten = 2.400,00 DM -Einsparung an konventionellen Dachziegeln = - 720,00 DM -Forderung (siehe in 1 zu „F6rderung “)

3,024 kW -7500 DM/kW = - 22.680,00 DM

-SUMME = 29.006,40 DM

Finanzierung:

-Finanzierung aus dem i 00.000 Dacher - = 13.500,00 DM Programm (Kredit von der KfW, 10 Jahre Laufzeit, max. 2 Jahre tilgungsfrei)

-Zinsen (Zinssatz am 14.03.01=1,91 % eff.) = 257,85 DM/a -Eigenkapital = 15.506,40 DM

-Kosten in 10 Jahren pro Jahr: = 3.158,49 DM/a 26

VoraussichtHcher KapitalruckfluB pro Jahr:

-Vergutung der erzeugten Elektroenergie (0,99 DM/kWh, auf 20 Jahre garantiert) 3.554,10 DM/a VoraussichtHcher jahrlicher Ertrag: Einnahmen 3.554,10 DM/a Ausgaben 3.158.49 DM/a Ertrag = 395,61 DM/a Kumutierter Ertrag nach WJahren: 3.956,10 DM

Aus diesen Berechnungen ist ersichtlich, dal3 sich eine solche Anlage die- ser GrolBe, welche durchaus als angemessen erscheint, nach ca. 9 Jah- ren „amortisiert“ hat, wenn man die Bindung des Eigenkapitals und den dadurch entstandene Zinsverlust nicht berucksichtigt ! • Okobilanz nach 10 Jahren Gegenuber der Erzeugung der gleichen Menge Elektroenergie in einem Kohlekraftwerk wird durch die Solaranlage in 10 Jahren z.B. ein Kohlendi- oxidausstoB von ca. 20 Tonnen vermieden. Dieses kann neben den finan- ziellen Gesichtspunkten auch ein wichtiges Kriterium fur die Entschei- dungsfindung fur Oder gegen eine Photovoltaikanlage sein

2.2.5 Nachnutzungsfahige Projektstudien zur Photovoltaik

Die FBF hat sich in folgenden Projekten mit dem Einsatz von Photovoltaik zur Stromversorgung beschaftigt, die fur das Energiekonzept erarbeitet wurden und diesem als Anlage beigefugt sind:

(1) Erfahrungs- und Nachnutzungsreport erprobter individueller Referenz- losungen umweltfreundlicher und regenerativer Energieversorgungslo- sungen fur Eigenheimbesitzer 27

(2) Vergleichende Modellstudienberechnungen fur die Warmeversorgung eines Hallensportbades mit regenerativen und konventionellen Ener- gieversorgungssystemen an einem Standort im Landkreis Schmalkal- den - Meiningen (3) Einsatz regenerativer Energieversorgung zur Betriebsstromversorgung von Kabelkopfstationen und Funksendestellen (4) Solarenergieeinsatz fur die autarke Versorgung von Gasdruck-, Regel- und MeBstationen von Gasversorgungsunternehmen

(5) Photovoltaikanlage fur die Staatliche Regelschule Floh-Seligenthal Die Projekte (1) und (2) sind zu komplex, um es an dieser Stelle in Kurz- form vorzustellen, deshalb werden anschlieBend die Projekte (3), (4) und (5) mit Kurzberichten vorgestellt:

FBF - Proiektstudie:

„Einsatz regenerativer Energieversorgung zur Betriebsstromversorgung von Kabelkopfstationen und Funksendestellen1

1. Projektdarstelluna Am Beispiel von Kabelkopfstationen und Rundfunkempfangsstellen wird die Anwendung regenerativer Energieversorgungstechnik im Zusammen- spiel mit Uberspannungsschutz und unterbrechungsfreier Stromversor- gungstechnik demonstriert. Kernstuck dieses alternativen Stromversor- gungs-Moduls ist eine Lade-, Regel- und Speichereinheit, die regelungs- technisch ein breites Spektrum abdeckt, d.h. der Verbrauch schwankt zwischen 100 W und 2500 W, der Leistungsbereich der angeschlossenen Generatoren (Photovoltaik Oder Wind) erstreckt sich uber einen Bereich von 300 W bis 5000 W. Damit ist ein universeller Einsatz moglich.

1 Projektbearbeiter: Dipl.-lng. Hans Ulrich Eberhardt 28

O Zielstellung dieser Projektlosung ist nicht eine Einspeisung in das Energienetz zwecks Stromvermarktung! Die Anlage dient aus- schlieBlich des Uberspannungsschutzes der elektronischen Ein- richtungen und der storungsfreien Uberbruckung von Netzabfallen - die durchschnittliche Abdeckung des Jahresstromverbrauches liegt zwischen 15% und 30%.

O Moaliche Enerqie- und Kosteneinsparuna Bei den im Kreis bestehenden nachrichtentechnischen Einrichtungen konnen ca. 15.000 kWh/a eingespart werden. 2. Moaliche CO.-Einsparuna Pro Jahr werden ca. 11.000 kg C02-Emissionen vermieden. 3. Schaffung von Arbeitsplatzen Bezuglich der Installation und der Betreuung derartiger Anlagen kdnnten beim regionalen Handwerk etwa 5 bis 10 neue Arbeitsplatze entstehen.

4. Strateaieaussaae Langfristig ist der Einsatz von regenerativen Energiequellen fur die Strom - versorgung von elektronischen Einrichtungen besonders geeignet, da damit die Betriebssicherheit ohne den ublichen hohen Aufwand fur Not- stromversorgung und Uberspannungsschutz bedeutend erhoht und der Einsatz dieser Energiequellen somit auch okonomisch sinnvoll wird.

5. MaBnahmevorschlaae Die Entwicklung und Fertigung von speziellen Regel-Modulen, die den Ladevorgang von Pufferbatterien von verschiedenen Generatoren steuern und die Lastanpassung an unterschiedlichsten Verbrauchern vornehmen, sollte durch entsprechende Technologie-Firmen auch im Kreis Schmal- kalden vorgenommen werden. Dadurch kdnnten zusatzlich anspruchsvolle Arbeitsplatze geschaffen wer­ den. 29

Ubersichtsp/an - Einsatz regenerativer Energieversorgung zur Betriebs- stromversorgung am Beispie/ der Kabelkopfstation einer Gemeinschafts- antennenantage 30

FBF - Proiektstudie:

„Solarenergieeinsatz fur die autarke Versorgung von Gasdruck- Regei- undMeBstationen von Gasversorgungsuntemehmen"

1. Projektdarstellung Es wird eine Losung vorgestellt, die es ermdglicht, den Elektroenergiebe- darf fur die Betriebsdatenerfassungs- und Steuerungstechnik von Gas- druck- Regel- und MeBstationen ganzjahrig unabhangig vom Elektroener- gienetz zu betreiben. Die Unabhangigkeit vom Elektroenergienetz ist notwendig, well an man- chen Stationen ohnehin kein ElektroanschluB vorhanden ist und auf Grund der Sicherheitsanforderungen auch in Stationen mit Elektroan ­ schluB nur mit Kleinspannung gearbeitet werden kann. Die gesamte Erfassungs- und Steuerungstechnik einer Station hat einen nur geringen Strombedarf, so daB sich eine Versorgung mit Solarstrom anbietet. Auf Grund der hohen Anforderungen an die Betriebssicherheit muB die Generator- und Batteriekapazitat uberdimensionied werden.

Die Verbraucher bendtigen insgesamt 480 Wh/d. Der dafiir notwendige Solargenerator muB fur eine Leistung von 652 W dimensioned: werden, der Batteriespeicher benotigt eine Kapazitat von 260 Ah. Der speziell fur diesen Anwendungsfall konzipiede Laderegler ermoglicht eine standige Lastanpassung, so daB sich der Energieedrag moglichst dem Nennedrag des Solargenerators naheri.

1 Projektbearbeiter: Dipl.-lng. Hans Ulrich Eberhardt 31

2. Eneraie- und Kosteneinsparuna Bei dieser Anwendung steht die Betriebssicherheit im Vordergrund, so daB eine eventuell eintretende Energie- und Kostenersparnis hier eine un- tergeordnete Rolle spielt. Bei einem Kostenvolumen von ca. 18.000.00DM ist keine Amortisation in einem uberschaubaren Zeitraum zu erwarten - wenn jedoch in die Berechnung ein neu zu erstellender ElektroanschluB fur eine Gasregelstation mit einbezogen wird, ist die Solarstromversorgung in jedem Falle die kostengunstigere Losung.

Hochgerechnet auf die in Sudthuringen (auch auBerhalb des Land- kreises) bestehenden Stationen werden jahrlich ca. 7.000 kWh Elektro- energie eingespart.

3. Moaliche CO.-Einsparuna In Bezug auf die in Punkt 2 hochgerechneten Gasregelstationen werden ca. 19.000 kg C02- Emissionen vermieden. 4. Schaffuna von Arbeitsplatzen Da derartige Losungen uberall dort zur Anwendung kommen konnen, wo eine netzunabhangige Kleinspannung bei hoher Verfugbarkeit benotigt wird, kann im darauf spezialisierten Handwerk fur die Installation und die Betreuung derartiger Anlagen mit einem Arbeitskraftezuwachs in der Gro- Benordnung bis zu 10 Arbeitskraften gerechnet werden. Beim Hersteller der regelungstechnischen Baugruppen werden Arbeitsplatze gesichert bzw. neue geschaffen.

5. Strateaieaussaae Alle Anwendungen, bei denen es auf eine hohe Verfugbarkeit und Unab- hangigkeit vom Stromnetz ankommt und wo Gleichspannung bis 48 V DC1 bei einem geringen und konstanten Stromverbrauch benotigt wird, sind fur die solare Stromversorgung besonders gut geeignet.

1 DC—Direktly Current - Gleichstrom 32

Die gezeigte Anwendung kann ebenso fur die Stromversorgung von Alarmanlagen, Videouberwachungstechnik und die Verkehrssicherungs- technik (an Autobahnen bereits die Regel) eingesetzt werden.

6. MaBnahmevorschlaae In alien Bereichen der Wirtschaft und in Verwaltungen 1st der Einsatz der- artiger solarer Stromversorgungssysteme zu prufen. Die Industrie muB hierfur frei programmierbare Lade-Regelungstechnik zur Verfugung stel- len. Der Energie- und umwelttechnische Aspekt ist hierbei von unterge- ordneter Bedeutung - vielmehr geht es um eine sichere Energieversor- gung fur Verbraucher mit geringem Leistungsbedarf. Der Photovoltaik- technik werden somit weitere Einsatzimpulse verliehen. Es entstehen Arbeitsplatze in der Entwicklung sowie im Handwerk.. Ubersichtsp/an: So/are Stromversorgung fur Gasdruck- Regel- u. MeB- stationen

Standort

COBURG

Lade-

Batterie

260 Ah 24 Vc.'t

S inus-we chselrichte r 33

FBF - Proiektskizze: photovoltaikanlage fur die Staatliche Regelschule Floh-Seligenthal“

Photovoltaikanlagen sind inzwischen an vielen Schulen in Deutschland und auch im Landkreis Schmalkalden - Meiningen innerhalb der Stan- darddemonstrationsprojekte „Erneuerbare Energien" fur Schulen vorhan- den. Im Landkreis Schmalkalden - Meiningen sind dies u.a. die Fach- hochschule Schmalkalden, das BTZ Rohr und das BBZ in Schmalkalden. Doch diese Anlagen gehen nur geringfugig uber den Demonstrationscha- rakter hinaus, sollten aber dennoch welter gefordert werden, da es be- sonders erzieherisch wichtig 1st, junge Menschen mit dieser modernen Energieumwandlungstechnologie vertraut werden zu lessen und eigene kleine Forschungsprojekte damit durchzufuhren. 12 Im Rahmen der FBF - Energieeinsatzanalyse fur die Staatliche Regelschule Floh-Seligenthal wurde in einer Projektskizze die Installation einer Photovoltaikanlage kon- zipiert, die uber den Demonstrations- und Versuchsstand hinausgeht. Folgendes Konzept wurde unterbreitet: Infolge des erzeugten Blindstromanteils durch die ca. 16 installierten Computer und die Notwendigkeit, den Betrieb dieser Anlage bei Netzaus- fall oder Netzstorungen storungsfrei weiter zu betreiben, sollte der Einsatz einer Photovoltaikanlage in Betracht gezogen werden. Der wirtschaftliche Aspekt steht dabei nicht im Mittelpunkt! In die Investitionskosten sind auch die Aufwendungen fur eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit einbezogen worden. Auf Grund der derzeit geltenden Einspeisevergutung ist es gunstig, den erzeugten Strom zunachst in das Netz einzuspeisen. Wurde diese Rege- lung entfallen, konnte die gewonnene Energie gleich der USV zum Eigen- bedarf zugefuhrt werden.

1 Projektbearbeiter: Dipl.-lng. Hans Ulrich Eberhardt 2 Ein aktueller Gesamtuberblick ist im FBF - Projekt „Solarthermie und Photovoltaik - Moglichkeiten zur Nutzung von alternativen Energieressourcen am Beispiel der Solarenergie" zu finden. 34

Da die erzeugte Energie zwischengespeichert und zu 100 % dem Eigen- bedarf wieder zugefuhrt wird, entfallen die fur elektrische Energie entste- henden Leitungsverluste. Die der FBF - Projektskizze beigefugte Anlage enthalt alle wesentlichen Anlagedaten 1. Obwohl laut derzeit geltendem Gesetz die Einspeiserege- lung fur 20 Jahre gilt, wurde zur Sicherheit nur mit 10 Jahren gerechnet. • Einsparung elektrisch (einschlielBlich Blindstromkompensation): 1.400 Wh/a • C02-Einsparung: 1.004 kg/a « Nutzen: 1.200,00 DM / a Erhohung der Datensicherheit der Computeranlage Verringerung von Oberwellenstdrungen mit Ruckwirkung ins TEAG-Netz • Kosten: 19.200,00 DM (Investition) • Forderung durch die Thuringer Aufbaubank: 5.300,00 DM12

Gerade diese Projektidee sollte durch die offentliche Hand bzw. durch Sponsoren (z.B. aus der Energiewirtschaft) gefordert und als nachnut- zungsfahiges Projekt in Schulen, Institutionen und Verwaltungen des Landkreises Schmalkalden - Meiningen umgesetzt werden.

1 Kann bei der FBF eingesehen werden 2 hier sind immer die aktuellen Forderrichtlinien und gunstigsten Fordermoglichkeiten einzubeziehen. 35

2.3 Solarthermie im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

2.3.1 Einfuhrung

Als Solarthermie bezeichnet man die Technik der Warmegewinnung aus Lichtstrahlung. Der Wandler der Lichtenergie ist der Solarkollektor. 1

Solarkollektoren nutzen den Effekt, daB Glas fur kurzwellige Strahlung (eingestrahltes Licht) durchlassig ist, kaum jedoch fur langwellige Strah­ lung (reflektiertes Licht, Warmestrahlung). Eine Konzentrierung von War- me wird somit moglich. Zentraler Bestandteil eines Sonnenkollektors ist der Absorber, welcher die eingestrahlte Lichtenergie aufnimmt und sich erwarmt. Der Absorber gibt im allgemeinen seine Warme uber ein Trans- portmedium in einem Warmetauscher an das Nutzwasser ab 12.

Solarkollektoren werden je nach Intensitat der auf den Absorber auftre- tenden Strahlung unterschieden in - Niedertemperaturkollektoren (T< 200°C) und - Hochtemperaturkollektoren (T> 200°C). Nachfolgend wird sich nur mit der Anwendung von Niedertemperaturkol ­ lektoren beschaftigt, da diese wegen der geografischen Bedingungen in Deutschland zweckmaBigerweise zum Einsatz kommen. Solarkollektoren lassen sich in die Bautvoen Flachkollektoren, Vakuumkol- lektoren und Luftkollektoren einteilen. Wahrend bei Flachkollektoren und Vakuumkollektoren eine Flussigkeit als Warmetragermedium genutzt wird, ist das Medium bei Luftkollektoren die Luft.

1 Ein Gesamtuberblick zur Technik und Technology der Solarthermie ist im FBF - Projekt „Solarther­ mie und Photovoltaik - Moglichkeiten zur Nutzung von altemativen Energieressourcen am Beispiel der Solarenergie" zu finden, so daB dies hier nur sehr kurz dargestellt wird. 2 Systems, bei denen das Nutzwasser in einem sogenannten Einkreissystem erwarmt wird, werden als Schwerkraft- bzw. Thermosiphonanlagen bezeichnet. Es dart dabei keine Einfriergefahr bestehen. 36

Nach der Art der Umwalzunq des Transportmediums unterscheidet man eine Schwerkraftumwalzung und eine Zwangsumwalzung (Pumpe); nach der Trennung der Medien ein offenes System (ohne Warmetauscher mit Wasser als direkt genutztem Medium) bzw. Einkreissystem und ein ge- schlossenes System (mit Warmetauscher und Frostsicherung) bzw. Zwei- kreissystem und nach der Kollektorform eine Reihe weiterer Typen. Das System „Solarkollektor" weist zahlreiche Verlustquellen bei der Um- wandlung der Lichtenergie in Warmeenergie auf. Neben Absorption und Reflexion der Glasscheibe kommen auch Konvektion und Warmeabstrah- lung zum Tragen (abhangig von der Temperaturdifferenz zwischen Kollek- torinnenraum und AuBentemperatur sowie Isolierung) Oder evtl. zeitweiser Schattenwurf. a

Der optische Wirkungsgrad (Konversionsfaktor) hangt ab von der Glas­ scheibe (Abdeckung) und dem Absorber; der Kollektorwirkungsgrad dar- uber hinaus vom thermischen Wirkungsgrad. Der Gesamtwirkungsgrad (KollektonA/irkungsgrad) betragt in der Praxis bis zu 50 %. 37

2.3.2 Nutzung des Solarthermiepotentials im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

2.3.2.1 Zur Nutzung der Solarthermie

Durch die Strahlung der Sonne wird der Erde und ihrer Atmosphere kontinuierlich die Leistung von 170 Millionen Watt zugefuhrt. Auf ein Jahr bezogen ergibt sich daraus ein Solarenergieangebot von 1,5 • 1018 kWh/a, dem ein Weltenergieverbrauch von gegenwartig ca. 100 • 1012 kWh/a gegenubersteht. Erst der Vergleich dieser Werte zeigt, dal3 die der Erde zugefuhrte Solarenergie in etwa 15 000 mal groBer ist, als der Welt- energiebedarf der heute auf der Erde lebenden Menschen. Dieser Ener- giebedarf konnte theoretisch mit dem heutigen Stand der Technik abge- deckt werden. wenn die Sonnenenergie auf 13 % der Erdoberflache mit einem Wirkungsgrad von nur 5 % genutzt wurde.

Die von den nachfolgend betrachteten Solarthermiesystemen nutzbaren Temperaturen liegen im Bereich bis 100°C und konnen so zur Gewin- nung von Niedertemperaturwarme eingesetzt werden. 38

Deshalb sind die Haupteinsatzgebiete

© die Erwarmung von Brauchwasser, © Heizungsunterstutzung wie auch die © Beheizung von Schwimmbecken 1 © Trocknung landwirtschaftlicher und gartnerischer Produkte (haupt- sachlich durch Luftkollektorenanwendung 12)

Das Potential der Sonnenenergie, insbesondere der Solarthermie, konnte sowohl in Deutschland als auch im Landkreis Schmalkalden - Meiningen wesentlich besser als bisher genutzt werden, zumal bei dieser Energie- umwandlungstechnologie der Amortisationszeitraum in Abhangigkeit von der Forderung i. a. bei 3 bis 5 Jahren liegt. Einen Uberblick zum Stand der Nutzung der Solarthermie im Landkreis Schmalkalden-Meiningen im Verhaltnis zu den anderen Thuringer Kreisen ist dem Gliederungspunkt „Vergleiche und Prognosen zur Nutzung erneu- erbarer Technologien" zu entnehmen.

2.3.2.2 Modellberechnungen fur Solarthermieanwendungen Mit den folgenden Modellberechnungen soil das Solarthermiepotential im Landkreis dargestellt werden. In dem Modell wird die in den nachsten Jahren realisierbare Annahme getroffen, dal3 sich mindestens 5 % der Privatoebaude im Landkreis fur Solarthermienutzuno eianen und sich fur die Anwendung entscheiden.

1 Siehe hierzu FBF- Projekt „Vergleichende Modellstudienberechnungen fur die Warmeversorgung ei- nes Hallensportbades mit regenerativen und konventionellen Energieversorgungssystemen an einem Standort im Landkreis Schmalkalden - Meiningen", das dem Energiekonzept beigefugt ist. 2 Siehe hierzu auch das Projekt .Neuartige Solar-Luft-Speicher-Heizung", das dem Energiekonzept beigefugt und von dem weiter hinten eine Kurzbeschreibung zu finden ist. 39

O 1. Modellberechnuna: Warmwasserbereitung

Wenn die solare Energie ausschlielBlich zur Warmwasserbereitung genutzt wird, muB der Warmwasserverbrauch des Hauses annahernd bekannt sein. Im allgemeinen wird von einem mittleren Bedarf von ca. 50 Litern pro Person (bei 45°C) ausgegangen. Dieser Wert schwankt aber sehr, je nach Lebensgewohnheiten der Bewohner. Um diese Wassermenge zu erwar- men ist eine Kollektorflache von ca. (1,2...1,5) m2/ Person notig1. Bei Ein- familienhausern wurde unter Berucksichtigung einer entsprechenden Si- cherheitsreserve eine Anlage von 4m2... 5m2 ausreichen, um den Warm- wasserbedarf des Hauses zu 60 % zu decken (uber das Jahr gemittelt). Unter gleichen Bedingungen scheint fur ein Zweifamilienhaus eine Anlage von ca. 10 m2 angebracht zu sein. Der spezifische Energiegewinn pro Jahr liegt bei solchen Kleinanlagen (Aufbau siehe Bild 3) im Bereich von 400 kWh/ a m2 bis zu 500 kWh/ a m2.

Bei GroBanlagen, wie sie zur Warmwasserbereitung in groBen Mehrfami- lienhausern (aber auch Krankenhausern, Hotels und Wohnsiedlungen) durchaus denkbar waren, wird eine andere Berechnungsgrundlage fur die Dimensionierung herangezogen.

1 mit Vakuumrohrenkollektoren 40

Bild 3: Prinzipieller Aufbau einer Solarthermieanlage fur Warmwasserauf- bereitung und Heizungsunterstutzung 1

1 Legends

KW Kaltwasser A Sonnenkollektor B NetzanschluR der C Zirkulation Regelung WW Warmwasser D Zapfstelle E Heizkreis F Ol/Gas-Heizkessel VL Vorlauf G Speicher-Wassererwarmer H Solar-Warmetauscher-Set RL Rucklauf

Pos. Bezeichnung Pos. I Bezeichnung Regelung der Beheizung des Speicher-Wassererwarmers Regelung der Beheizung des Speicher-Wassererwarmers durch Sonnenenergie durch Sonnenenergie 1 RegeleinheitS 10 4 Solar-Divicon 2 Kollektortemperatursensor 5 Umwalzpumpe des Solarkreises 3 Speichertemperatursensor 6 Sicherheitstemperaturbegrenzer Regelung der Beheizung des Speicher-Wassererwarmers 7 Umwalzpumpe (im warmetauscher-Set durch den Heizkessel des RudoCell-bivalent enthalten) 8 Speichertemperatursensor 9 Umwalzpumpe zur Speicherbeheizung 41

Neue Messungen zeigen, da(3 in groBeren Gebauden, sofern Ver- brauchsmessungen nicht moglich sind, von ca. 25 I je Person und Tag bzw. 60 I ... 70 I je Wohneinheit ausgegangen werden kann. Bei Gebau ­ den mit mehr als 100 Wohneinheiten kann als Richtwert fur den Kollektorflachenbedarf von ca. 0.4 m2 je Bewohner bzw. ca. 1 m2 je Wohneinheit ausgegangen werden. Die solare Nutzungsenergie liegt bei derart dimensionierten Systemen zwischen 400 kWh/m2a ... 550 kWh/m2a.

Aus den gegebenen Fakten der Solaranlagen und der Gebaudeanzahl im Landkreis Schmalkalden-Meiningen laBt sich das Einsparpotential durch Nutzung der Solarthermie wie folgt berechnen.

p = F + F + F Eg°s ...gesamte eingesparte Energie ges ifh 2fh mfh gesparte Energie der Einfam.- HSuser E2FH gesparte Energie derZweifam.- Hauser Emfh gesparte Energie der Mehrfam.- HSuser

1. Einfamilienhauser

ElFH = nIFH 0 AfypiFH • Gtypim nm Anzahl der Anlagen ...typ- Flache der Anlage in Einfam.-HSusern Gtypm...typ- Energieertragjem2der Anlagen in Einfam.-Hausern

Gewahlt: nm = 1014 Stuck ■ = 4 ’5rrf G*m, = 400 kWh/a rrf E1Ri= 1014 • 4,5 rrf • 400 kWh/a rrf E._= 1825.2 MWh/a 2. Zweifamilienhauser tF~2FH ~— Un2FH # /A'typ2FH • %JZ2typ2FH

n2FH Anzahl der Anlagen ...typ- Flache der Anlage in Zweifam.-Hausern yp. Energieertrag je m2der Anlagen in Zweifam.-Hausern

• Gewahtt:

n2m =518 Stuck AtypsFH = 10 rrf = 400 kWh/a rrf ElFH = 518» 10 rrf • 400 kWh/a rrf Ezz. =2072MWh/a

3. Mehrfamilienhauser

EMm — Omfh 0 0 pmfh ...Anzahl der Anlagen >Wv...tyP- Flache der Anlage in Mehrfam.-Hausern Gewahtt: yp. Energieertrag je m2der num = 175 Stuck Anlagen in Mehrfam.-Hausern = 30rrf , GfypufH = 500 kWh/a rrf EMfh = 175*30 rrf • 500 kWh/a rrf E^. =2625MWh/a 4

4 . Gesamte einaesparte Eneraie = 1825 MWh/a+ 2072 MWh/a+ 2625 MWh/a

E = 6477 MWh/a = 6.5 GWh/a 43

Das heilBt, wenn nur 5% der Wohngebaude im Landkreis ihr Warmwasser zu 60 % mit Hilfe der Solarenergie erwarmen warden, konnte man damit

rund 6,5 GWh/a an Kemenergie Oder fossilen Brennstoffen

ersetzen. . Das entspricht einer Einsparung an fossilen Brennstoffen von z.B. 650.000 m3 Erdgas. Bezieht man die Einsparung auf die Schadstoffemis- sionen, so warden in diesem Fade

ca. 1.600 Tonnen C02 bzw. 0,975 Tonnen Stickoxide weniger emittiert werden. Die Umwelt ware damit einer wesentlich geringeren Belastung ausgesetzt. Die Berechnungsmethodik kann als Grundlage fur eine hbher gesteckte, aber immer noch realistische Zielstellung mit 10% der Wohnhauser fort- gefuhrt werden, aus der sich dann die der Tabelle 4 zu entnehmenden Potentiate ergeben. Tabelle 4: Hochrechnung zur Nutzung des Potentials der Solarthermie zur Warmwasseraufbereitung im Landkreis

Anwendung Solarthermie bei Potentiale 5 % der Wohnhauser 10 % der Wohnhauser

Gesamtpotential in kWh/a 6.147.130 12.296.107

1st - Potential 1 1.346.440 kWh/a

genutztes Potential 22% 11 %

noch nutzbares Potential12 78% 89% Die Werte sprechen fur sich, die Potentiate sollten zielbewuBt erschlossen werden.

1 Stand: 31.12.2000 2 Die iiberwiegende Mehrzahl (uber 95 %) aller im Landkreis angewendeten Solarthermie- losungen wird fur die Warmwasseraufbereitung genutzt. 44

O £ Modellberechnuna: Zur Warmwassemufbereitung sowie zur Unterstutzung der Raumheizung Wenn Solarenergie sowohl zur Warmwasseraufbereitung als auch zur Un ­ terstutzung der Raumheizung genutzt wird, wachst die dazu notige Kol- lektorflache dementsprechend an. Seiche Anlagen werden so konzipiert, da(3 20 % ... 30 % des Energiebedarfs eines Niedrigenergiehauses ge- deckt werden. Bei einem durchschnittlichen Wirkungsgrad des Kollektors bedeutet dies etwa 0,8 m2 je 10 m2 Wohnflache Oder ca. 2,5 m2 je Per­ son. Der spezifische Energiegewinn pro Jahr liegt bei solchen Kleinanla- gen im Bereich von 300 kWh/m2a.

Bei Zweifamilienhausern sollte man mit der doppelten Kollektorflache rechnen.

Leider sind diese Konzepte aufgrund des groBen ndtigen Speichervolu- mens und der komplizierten Versorgungs- und Steuerungsnetze vor- nehmlich fur Neubauvorhaben geeignet. Auch bedurfen sie meist einer bestimmten Architektur, raumlicher Ausrichtung des Gebaudes nach den Himmelsrichtungen und einem gewissen Freiraum, urn das Gebaude bzw. die Kollektorflachen nicht durch umstehende Gebaude Oder Baume zu verschatten. Drei- Oder Mehrfamilienhauser wurden daher in der 2. Mo- dellberechnung nicht berucksichtigt.

£L = E1FH + E-2FH Eges gesamte eingesparte Energie E1FH gesparte Energie der Einfam.-Hauser E2FH gesparte Energie der Zweifam.-Hauser 45

1. Einfamilienhauser

— R1FH 9 ^typIFH * GtypIFH n1FH Anzahl der Anlagen “1FH Atyp1FH ...typ. Flache der Anlage in Einfam.-Hausern Gwfh\yp. Energieertrag je m2der Anlagen in Einfam.-Hausern Gewahlt: n1FH = 1014 Stuck Atyp1FH — 11 nT? GtypiFH = 300 kWh/a nr? E1FH = 1014 • 11 nr? • 300 kWh/a nr? Em = 3346 MWh/a

2. Zweifamfflenhauser

0 0 ‘-2FHF ~— 'n '2FH nA typ2FH 'FJtyp2FH n.■2FH Anzahl der Anlagen Awfh ...tyP- Flache der Anlage in Zweifam.-Hausern G^Syp- Energieertrag je m2der Anlagen in Zweifam.-Hausern Gewahlt: n2FH =518 Stuck Atyp2FH = 22 TT?

Gtyp2FH = 300 kWh/a nr? E2FH = 518* 22 nr? •300 kWh/a nr?

3. Gesamte einaesparte Eneraie

= 3346 MWh/a + 3418 MWh/a

E = 6764 MWh/a = 6.8 GWh/a 46

Das heiBt, wenn nur 5 % der Ein- und Zweifamilienhauser im Landkreis ih- ren Warmehaushalt zu etwa 20 % bis 30 % durch Solarenergie decker) wurden, konnte man damit rund 6,8 GWh/a an Kernenergi® Oder fossilen Brennstoffen ersetzen. Das entspricht einer Einsparung an fossilen Brenn- stoffen von z.B. 680.000 m3 Erdgas. Bezieht man die Einsparung auf die Schadstoffemissionen, so wurden in diesem Falle ca. 1.650 Tonnen C02 bzw. 1,02 Tonnen Stickoxide weniger entstehen.

O Kurz- und Langzeit-Warmespeicher Solaranlagen mit Kurzzeit-Warmespeicher kdnnen nur etwa 10% bis 20% des Gesamtwarmebedarfs eines Gebaudes Oder einer Wohnsied- lung abdecken. Das „ Kosten/Nutzen-Verhaltnis" ist bei groBen Solaranla ­ gen (>100 m2) etwa drei- bis viermal gunstiger als im Vergleich zu kleinen Anlagen (<10 m2) z.B. zur Brauchwassererwarmung im Einfamilienhaus.

Ein solarer Beitrag von 50 % bis zu 70 % am Gesamtwarmebedarf kann nur durch den Einsatz von Langzeit-Warmespeichem erzielt werden. Hierbei steigt das Verhaltnis der Investitionskosten zum jahrlichen solaren Energieertrag an. Aus Sicht der Substitution von fossilen Energien und der Verringerung der C02-Emissionen ist der Einsatz von Sonnenenergie mit saisonaler Warmespeicherung einer der interessantesten Anwendungsbe- reiche. Es hat sich gezeigt, daB selbst die GroBanlagen mit Langzeit- Warmespeicher im Vergleich zu den Kleinanlagen ein gunstigeres Kosten- / Nutzenverhaltnis aulweisen. Solche Anlagen waren fur Wohnsiedlungen, ehemalige Plattenbauten (nach Sanierung) und groBe Mehrfamilienhauser auch im Landkreis Schmalkalden - Meiningen durchaus realisierbar. GroBanlagen liefern ca. 30 % bis 40 % mehr Warme als kleine Anlagen, da die Warmeverluste durch Leitungen und Speicher deutlich geringer sind. Bei typischen kleinen Brauchwassererwarmungsanlagen werden allein zur Deckung der Speicherverluste 1,5 m2 Kollektorflache benotigt. Bei GroBanlagen liegen die Anlagenverluste deutlich unter 10 %. Der ho- here Wirkungsgrad wirkt sich gunstig auf die Wirtschaftlichkeit aus. 47

O Warmespeicherprodukte aus dem Landkreis Schmalkalden - Meiningen Innerhalb des Energiekonzeptes wird der von der Firma Reha-Tec GmbH, Trusetal entwickelte Langzeit- Warmespeicher vorgestellt und bewertet. 1

Bei der im Jahr 2001 von der REHA TEC GmbH der Gemeinde Trusetal ubergebenen GrolBanlage wurde fur eine Turnhalle und eine Kindertages- statte eine thermische Solaranlage mit einem Langzeit- Warmwasser- schichtenspeicher errichtet. Der grundsatzliche Aufbau ist dem nachfol- gendem Bild 3 zu entnehmen.

Die Anlage ist so ausgelegt, daB eine Deckung des Warmebedarfs fur beide Gebaude bis zu 75 % erreicht wird. Die an Wintertagen auftretende Spitzenlast deckt ein konventioneller Gas- bzw. Olheizkessel ab.

Der Langzeit- Warmwasserschichtenspeicher hat ein Fassungsvermbgen von 180 m3 und die Sonnenkollektorflache betragt 175 m2. Urn die ge- samte gespeicherte thermische Energie des Speichers nutzen zu konnen, wurde eine Warmepumpe (6 kW) installiert. Hervorzuheben ist das Funkti- onsprinzip der Warmepumpe, mittels der dem zugefuhrten Warmestrom (<35°C) Energie entzogen und mit einer Temperatur von ca. 10°C in den unteren Teil des Speichers zuruckgefuhrt wird, so daB auch bei einer ge- ringen Sonneneinstrahlung die Anlage wirksam werden kann. In einem zweiten Warmestrom wird die entzogene Energie, angereichert urn etwa den Betrag der zugefuhrten elektrischen Energie, in den Entnahmebereich geleitet und steht dort zur sofortigen Nutzung zur Verfugung. Als vorteil- haft erweist sich auch, daB die Kollektoren direkt vom Heizwasser durch- stromt werden, also keinerlei Frostschutzmittel verwendet werden. Urn dennoch ein Einfrieren zu verhindern, wird das Heizmedium bei Einfrierge- fahr aus den Kollektoren gepumpt und erst dann wieder hineingepumpt, wenn ein Einfrieren unmoglich ist.

Siehe folgende Projekte „Solarenergiegespeister Warmwasserschichtspeicher als Langzeitwarme- puffer" und „Wirtschaftliche und energetische Beurteilung der solarthermischen Anlage mit Langzeit- speicher", die als Anlagen dem Energiekonzept beigefugt sind. 48

Diese Methode hat den Vorteil, dafB keine Warmeubertrager eingesetzt werden mussen, die immer mit Ubertragungsverlusten behaftet sind. Bild 3: Prinzipskizze Langzeitwarmeschichtspeichersystem

der Fa. REHA TEC GmbH Trusetal

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In einer Langzeitstudie 1 untersuchte ein FBF- Projektteam das Betriebs- und Leistungsverhalten des Pilotprojektes. Zwischenergebnisse wiesen ein gutes Leistungsverhalten aus

1 Uber das gesamte Jahr 2001 49

Eine weitere Firma im Landkreis Schmalkalden - Meiningen, die Firma OPTIMA Haustechnik GmbH, UntermaBfeld, stellt den Warmespeicher CALO-bloc® her. Es ist ein Vollkunststoff - Warmespeicher (500 I Oder 1000 I), dessen Innenbehalter aus Polypropylen gefertigt wird. In einem Spezialverfahren wird der Innenbehalter in einen FCKW-freien, fugenlosen Polyurethan-Hartschaum eingebettet. Eine strapazierfahige Folie umman- telt den Warmespeicher. Durch diesen einmaligen Aufbau wird eine her- vorragende Warmedammung erzielt. Bei einer Wassertemperatur von 60° C sinkt die Speichertemperatur innerhalb von 24 Stunden nur urn ca. 1,5° C.

Der Warmespeicher ist korrosionsfest, leicht zu montieren, hat ein gerin- ges Gewicht und kann im Baukastensystem den jeweiligen Bedurfnissen angepaBt werden. Die Ubertragung der Warme in Oder aus dem Speicher wird mit speziellen Warmetauschern vorgenommen. Diese Warmetauscher kbnnen je nach Bedarf und erforderlicher Leistung ausgewahlt werden.

Dieser Speicher ist nicht nur fur Langzeitspeicherungen von Solaranlagen geeignet, sondern findet auch Einsatzbereiche beim Warmepumpenbe- trieb, bei der Brennwerttechnik, beim Festbrennstoffbetrieb und bei der Intervall-Heiztechnik. 1

Durch die Einbeziehung des CALO-bloc® Warmespeichers in den Kesselkreis wird das Wasservo- lumen des Heizsystems vergroBert. Die Starthaufigkeit des Brenners wird dadurch deutlich herabge- setzt und ermoglicht so eine effiziente und umweltfreundliche Heizung. 50

Mit dem Einsatz dieser Produkte aus dem Landkreis warden einerseits Firmenexistenzen mit abgesichert, aber gleichzeitig auch energie- und umweltfreundliche Beitrage durch den Landkreis Schmalkalden - Meinin- gen erbracht; analog den Zielen der nachfolgend vorgestellten Projekte.

2.3.3 Nachnutzungsfahige Projekte zur Solarthermie

Die FBF hat sich in folgenden Projekten mit dem Einsatz von Solarthermie zur Warmeversorgung beschaftigt, die fur das Energiekonzept bearbeitet wurden und diesem als Anlage beigefugt sind:

(1) GroBflachige Nutzung von thermischer Solartechnik in der Getrankeindust- rie (2) Solarprojekt fur Seniorenheime (3) Neuartige Solar - Luft - Speicher - Heizung (Architekt P. Frebel ) (4) Analyse der Befragungen der Kommunalverwaltungen des Landkreises Schmalkalden - Meiningen zum Energieeinsatz und zur Nutzung regenerati- ver Energien (5) Erfahrungs- und Nachnutzungsreport erprobter individueller Referenzlosun- gen umweltfreundlicher und regenerativer Energieversorgungslosungen fur Eigenheimbesitzer . (6) Vergleichende Modellstudienberechnungen fur die Warmeversorgung eines Hallensportbades mit regenerativen und konventionellen Energieversor- gungssystemen an einem Standort im Landkreis Schmalkalden - Meiningen (Projektteam Prof. Dr. N. Krah) (7) Referenzprojekt - Aspekte einer energiefreundlichen- okologiegerechten Bauplanung am Beispiel eines Kindergartens (Architekt K.-W. Zimball) (8) Solarenergiegespeister Warmwasserschichtspeicher als Langzeitwarmepuf- fer der Firma Reha Tec GmbH Trusetal (9) Wirtschaftliche und energetische Beurteilung einer solarthermischen Anlage mit Langzeitspeicher (10) Solarthermie und Photovoltaik - Moglichkeiten zur Nutzung von alternativen Energieressourcen am Beispiel der Solarenergie 51

Exemplarisch fur konkrete Anwendungsmoglichkeiten im Landkreis sollen an dieser Stella in Kurzform die Projekte (1), (2) und (3) vorgestellt warden.

FBF - Projekt:

„GroBMchige Nutzung von thermischer So/artechnik in der Getranke­ industrie“1

1. Proiektdarstellung

In der Getrankeindustrie besteht ganzjahrig kontinuierlich ein hoher Ener- giebedarf fur die Erwarmung des Brauchwassers fur die Flaschenspulung. Besonders im Sommer erhoht sich der Getrankebedarf oftmals auf das Doppelte gegenuber dem Jahresdurchschnitt, d.h. in der Zeit, in der das solare Energieangebot am hochsten ist, ist auch der Energiebedarf am groBten. Da die Getrankeindustrie in der Regel fiber groBe Flachbauten in Form von Lager- und Produktionshallen verfugt, sind die Voraus- setzungen fur die kostengunstige groBflachige Aufstellung von Solarkol- lektoren hervorragend. Statische Untersuchungen an Typenvertretern von Gebauden in der Getrankeindustrie haben bestatigt, daB die Dach- konstruktionen in der Lage sind, groBe Kollektoranlagen zu tragen. Das Ziel des Projektes ist die Ermittlung des erzielbaren solaren Energie- ertrages bei groBflachigen Kollektorflachen zur Deckung eines moglichst hohen Anteils des Energieaufwandes, der fur die Erwarmung des benotig- ten Brauchwassers notwendig ist. Die Ausgangsdaten sind, daB pro Tag ca. 6 m3 Brauchwasser auf ca. 45 °C erwarmt werden miissen. Davon ausgehend wurde mit einem Simulationsprogramm eine Anlagenkonfiguration entsprechend der Anla- ge entwickelt und die sich daraus ergebenden Ergebnisse berechnet.

1 FBF- Projektteam: Dr.-lng. Flans Ulrich Eberhardt und Prof. Dr. Norbert Krah 52

2. Moaliche Eneraie- und Kosteneinsparuna Bei dem angenommenen Brauchwasserbedarf konnen mit der beschrie- benen Anlage ein solarer Deckungsanteil von 34 % und ein Systemnut- zungsgrad von 54 % erreicht werden. Ein hoherer Deckungsanteil ist auf Grund der vorhandenen Dachflache 1 nicht moglich. Pro Jahr werden ca. 5.300 m3 Erdgas eingespart. Das entspricht einer durchschnittlichen Energiekosteneinsparung von etwa 2.500,00 DM/a.

3. CO.-Einsparuno Mit der konzipierten Anlage werden ca. 101 C02-Emissionen vermieden.

4. Schaffuna von Arbeitsplatzen Fur die Errichtung und die spatere Wartung von thermischen Solaranlagen in diesen GroBenordnungen kann mittelfristig mit einer Schaffung von mindestens 10 Arbeitsplatzen beim regionalen Handwerk sowie einer kraftigen Absatzsteigerung bei den Herstellern gerechnet werden.

5. Strateaieaussaae GroBflachige thermische Solaranlagen sind dann besonders sinnvoll, wenn die Abnahme der erzeugten Warmeenergie in vollem Umfang dann gewahrleistet ist, wenn der solare Ertrag sein Maximum erreicht, d.h. in den Sommermonaten.

Solare Energieversorgungstechnik muB immer unter dem Aspekt gesehen werden, daB sich das Ende fossiler Ressourcen nicht aufhalten laBt und es mittelfristig keine Alternative zu den erneuerbaren Energien gibt. Dies erfordert ein generelles Umdenken bei den GroBverbrauchern, die enorme Mengen an Energie fur die Sicherstellung ihrer technologischen Prozesse benotigen.

alle Oaten beziehen sich auf das Jahr 1998 53

Die wirtschaftliche ..Schbnrechnung" der „BiHigenergie" aus fossilen und kernenergetischen Brennstoffen hilft auf Dauer nicht welter, da die Folge- kosten fur Gewinnung der fossilen und nuklearen Brennstoffe selbst und die Beseitigung deren Ruckstande und Belastungen einfach mittels Steu- ern auf die Allgemeinheit umgelegt werden.

6. MaBnahmevorschlaae Die Forderungspraxis muB uberdacht werden. Derzeit wird bei der Fdrde- rung der alternativen Energien ganz allgemein nicht danach unterschie- den, welchem Einsatzzweck eine alternative Energieversorgungsanlage dient und wie die Nutzung der damit erzeugten Energie erfolgt - zur Si- cherstellung der Eigenversorgung Oder zur Erzielung von Gewinn mit dem Verkauf der erzeugten Energie. Mit aroBflachiaen Solarflachen. die der autarken Versorgung technology sober Prozesse dienen, werden fur die Umwelt wesentlich groBere Effekte erzielt, als mit zahlreichen Kleinanlagen - dem muB auch die Forderpraxis angepaBt werden, ansonsten sind Unternehmen, die in erster Linie nach kaufmannischen Gesichtspunkten planen, nur sehr zdgerlich zum Einsatz von alternativer Energieversorgungstechnik zu bewegen ! 54

Ubersichtsplan: GroBMchige Solaranlage - Ergebnis derJahressimu/at/on Solare Brauchwassererw.Getrankeindustrie

Standort erfurt Breitengrad: 51.0 Aztmut O ' Verbrauchsdatei behoerde Kollektor: Vakuum CPC 21

5 8711/d 45 C

Ergebnis der Jahressimulation.

Emstrahkmg auf die Kotlektnrflache: 60 555kWh Vom Bolarsystem erbracht: 32.918kWh Laufzeit der Kollektorkreispumpe 2.91 Oh

Brauchwasser. 2.143m3 Warmebedarf Warmwasser: 94 159kWh Eingesetzter Brennstoff 7 991 m* Erdgas

Systemnutzungsgrad: 54% Deckungsanteil: 34% Eingesparter Brennstoff: 5.281 m3 Erdgas Vermiedene C02-Emissionen: 10.034kg

Paten Solaranlage: fur Getrankeindustrie Einstrahlung auf Kollektorflache : 60.555 kW Vom Solarsystem erbracht : 32.981 kW Laufzeit der Kollektorpumpe : 2.910 h Brauchwasser : 2.143 m3 Warmebedarf: Warmwasser : 94159 kWh Eingesetzter Brennstoff : 7.991 m3 Erdgas Systemnutzungsgrad : 54 % Deckungsanteil : 34 % Eingesparter Brennstoff : 5.281 m3 Erdgas Vermiedene CO?-Emissionen : 10.034 kg 55

FBF - Proiekt: „Solarprojekt fur Seniorenheime''

1. Projektdarstelluna

Seniorenheime gehoren zu der Gruppe der offentlichen Verbraucher (wie auch Krankenhauser und Hotels), die ganzjahrig einen konstant hohen Warmwasserverbrauch haben, d.h. in den Sommermonaten, wo der sola- re Ertrag besonders hoch ist, besteht ein entsprechender Bedarf, so daB das solare Angebot in dieser Zeit sinnvoll genutzt wird. Ziel des Projektes ist die Ermittlung des erzielbaren solaren Energieertra- ges bei einem taglichen Warmwasserbedarf von etwa 2.0001. Mittels Simulationsprogramm wurde eine optimale Anlagenkonfiguration entwickelt, die einen moglichst hohen Deckungsanteil mit solarem Ener- gieeintrag garantiert.

2. Eneraie- und Kosteneinsparuna Mit einer Kollektorflache von ca. 27 m2 werden ein solarer Deckungsanteil von 45 % und ein Systemnutzungsgrad von 48 % erreicht. Es werden ca. 2.200 m3 Erdgas gespart. 3. CO.- Einspamna Pro Jahr konnen ca. 4,51 C02-Emissionen vermieden werden.

4. Schaffuno von Arbeitsplatzen Mittelfristig konnen durch den Bau und die Wartung derartiger Anlagen ca. 10 Arbeitsplatze im regionalen Handwerk geschaffen werden.

5. Strateaieaussaae Wie in der Industrie gilt auch bei offentlichen Gebauden die Aussage, daB groBe Solaranlagen uberall dort zur Anwendung kommen sollen, wo ganzjahrig ein Bedarf an der erzeugten Energie vorhanden ist.

1 Projektbearbeiter: Dr.-lng. Hans Ulrich Eberhardt 56

Derartige Losungen sind ebenso anwendbar in Krankenhausern. Kindergarten, Hallenbadern und Hotels. Bezogen auf den Landkreis Schmalkalden-Meininqen gibt es mindestens 30 bis 50 Anwendunasfalle. bei denen mit groBen Solaranlagen etwa 50 % des jahrlichen Warmwasserbedarfs abgedeckt werden konnen.

6. MaBnahmevorschlaae Sowohl die Forderpraxis als auch die Besteuerung des Energiebezugs mussen uberdacht werden. Energiebezug, der sich mit bestehenden Lo­ sungen alternativer Enegieerzeugungstechnik abdecken laBt, muBte einer Sondersteuer unterworfen werden, gleichzeitig mussen Gewinne, die aus alternativen Energiequellen entstehen (falls damit der Fremdbezug von Energie verringert wurde) generell steuerfrei sein. GroBflachige Solaranlagen mussen den gleichen Fordersatz erhalten, wie Flachen unter 10 m2. Derartige .UberaanosmaBnahmen" sind solange sinnvoll und angebracht, solange das BewuBtsein der Menschen sich nur in Richtung „Kostenspa- ren beim Energiebezug" bewegt und der Schutz der Umwelt und der At- mosphare im allgemeinen nur eine untergeordnete Rolle bei Investitions- entscheidungen spielt. 57

Obersichtsp/an: Thermische Solaranlage fur ein Sen/orenhe/m - Ergebnis der Jahressimu/ation

1.9921/d 45 ’C

Ergebnis der Jahressimulation:

Einstrahlung auf die KoliektorflSche: 29.647KWh Vom Solarsystem erbraeht: 14.091 kWh Laufzcit der Kollektorkraispumpe: 2.436h

Brauchwasser 727m* Warmebedarf Wamwasser 29.634kWh Eingesetzler Brennstoff: 2.144 rn* Erdgas

Systemnutzungsgrad: 48% Deckungsantell: 45% Eingesparter Brennstoff: 2.250 m* Erdgas Vermledene C02-Emisslonen: 4.275kg

Paten Solaranlage: fur Seniorenheim Einstrahlung auf Kollektorflache 29.647 kW Vom Solarsystem erbraeht 14.091 kW Laufzeit der Kollektorpumpe 2.436 h Brauchwasser 727 m3 Warmebedarf: Warmwasser 29.634 kWh Eingesetzter Brennstoff 2.144 m3 Erdgas Systemnutzungsgrad 48% Deckungsantell 45% Eingesparter Brennstoff 2.250 m3 Erdgas Vermledene CO,-Emissionen 4.275 kg 58

Eneraiekonzept - Proiekt:

„Neuartige Solar - Luft - Speicher - Heizung“1

1. Einfuhruna Heizkosten zu sparen, ist der Wunsch jedes „Hauslebauers “, den dieser steigende Kostenfaktor zunehmend belastet. Die „kostenlose Sonnen- energie" zweckmaBig und kostengunstig einzusetzen, fur mittelfristige Zeitraume zu speichern und zur Raumheizung zu nutzen, ist das Ziel die ­ ser Entwicklung. 12 Diese vorgestellte Losung ist das Ergebnis3 von Analysen z.T. alltaglicher Prozesse, deren energetische Wirkungen in diesem okologischen Spei­ cher- und Raumheizungssystem komprimiert werden, z.B.

• die durch Sonneneinstrahlung unter jeder Dachhaut bzw. in jedem Auto, erzeugte Warme, besonders unter Metallflachen • die gute Speicherfahigkeit geeigneter Steine

• die UberschuBwarme eines Kamins, welchen sich viele Eigenheim- bauer gem nur aus Komfortgrunden einbauen

• deutliche Reduzierung der Heizkosten

• die zunehmende Notwendigkeit, Aufenthaltsraume mechanisch zu be- und entluften.

1 Projektbearbeiter: Dipl. Architekt P. Frebel 2 Dem Energiekonzept ist als Anlage dieses Projekt „Neuartige Solar - Luft - Speicher - Heizung ” in einer umfassenderen anschaulichen Darstellung beigefugt. 3 Die Innovation „Uberschul3warmespeicherung und -nutzung ” wurde von Dipl. Architekt P. Frebel, BAUEN+EINRICHTEN FREBEL , Breitungen, zum Patent angemeldet. 59

Auf geschickte Weise werden durch diese Neuentwicklung zahlreiche Bau- und Installationskomponenten eines Hauses zu einer kompletten Losung mit folgenden Vorteilen verknupft • Nutzung der gesamten Sud - Dachflache als Solarkollektor ohne Extrabauteile • Nutzung eines groBen Steinspeichers, ahnlich dem Prinzip eines Nachtstromspeicherofens , um die unter der Dachflache gewonne- ne Warme Oder andere llberschuBwarme, z. B. von einem Kamin, fur lange Zeit speichern zu kbnnen

• Nutzung eines Erdwarmetauschers, um im Sommer bei Bedarf die Raume kuhlen zu kbnnen.

2. Funktionsweise Die sich durch Sonneneinstrahlung unter den Alu - Dachziegeln entwickel- te Warme steigt zum First auf und wird dort von einem Ansaugrohr aufge- nommen. Ein Lufter blast diese Warmluft durch ein Einblasrohr direkt in den Steinspeicher. Warme aus anderen Warmeerzeugern ( z. B. Kamin, Warmepumpe, Holzofen, o. a.) kann ebenfalls in den Steinspeicher einge- blasen werden. Der Steinspeicher besitzt eine sehr gute Warmedam- mung, um eine Langzeitspeicherung zu erreichen. Wenn Zusatzwarme zur behaglichen Temperierung der Raume benotigt wird, dann wird in ei­ nem Entnahmerohrregister Luft im Steinspeicher nachgewarmt und mit- tels einer Regelklappe der Raumheizung zugefuhrt.

Die Raume werden beheizt Oder aekuhlt mittels einer Be- und Entluf- tungsanlage mit Warmeruckgewinnung. An heiBen Sommertagen kbnnen die Raume liber diese Anlage auch ge- kuhlt werden, da die angesaugte Frischluft im Erdwarmetauscherrohr vorher abgekuhlt wird.

Fiir sehr kalte Wintertage, wenn z. B. der Steinspeicher nicht geniigend Warme gespeichert hat, kann auBer dem Warmeerzeuger zusatzlich noch ein Elektroheizregister eingeschaltet werden. 60

3. Kosten Die Kosten fur eine ubliche Warmwasser - Zentralheizung, fur ein Ollager Oder die AnschluIBkosten einer Gasleitung konnen eingespart werden. Diese neuartige Heizungsanlage kostet nur wenig mehr, bringt aber we- sentliche Vorteile durch Senkung der Heizkosten und Verbesserung des Raumklimas. Eine Modellkostenberechnung ist im gleichnamigen Projekt des Energiekonzeptes (Anlage) zu finden. Fur ein Wohnhaus mit 120 m2 tritt eine Amortisierung nach 6 Jahren ein.

4. Effekte Positive Wirkungen der Solar - Luft - Speicherheizung sind u.a. die we- sentliche Minimierung von Umweltbelastungen und die multifunktionale Nutzung ohnehin notiger Bauteile eines Gebaudes, um Baukosten spa- ren zu konnen. Eine Integration okologischer Heizquellen (z.B. Kamin, Warmepumpe, Holzofen ) als bedarfsweise Zusatzheizung ist moglich.

5. Anwenduna Die Solar - Luft - Speicher - Heizung kann sowohl in Neubauten als auch in Altbauten (nachtraglich) eingebaut werden, z. B. in Verbindung mit einer vorgesehenen Modernisierung des Altbauhauses. Ein Anwendungsfall als Pilotprojekt wurde in einem Hausneubau in Barchfeld (Wartburgkreis) ge- schaffen. Die Nutzung des gesamten Suddaches als Warmelieferant, kei- ne zusatzlichen Bauteile, die Nutzung eines Steinspeichers im Fundament des Hauses: das sind die Neuheiten an dieser Solar - Luft - Speicherhei ­ zung, die als Pilotanlage in Barchfeld zu besichtigen ist. 61

Bild 3: Querschnittsskizze des „Solar-Luft-Speicher-Heizungs-Hauses “ in Barchfeld

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1 Ansaugrohr 8 Erdwarmeaustauscherrohr 2 Einblasrohr 9 Elektronachheizregister 3 Warmeerzeuger (z.B. Kamin, 10 Doppelboden fur Zulu# in 4 Holzofen, Warmepumpe ...) die Raume 4 Steinspeicher 11 Abluftansaugung 5 Entnahmerohrregister 12 Solareinstrahlung 6 Regelklappe 13 Warmluftaufstieg im 7 Be- und Entluftungsanlage Lattenraum mit Warmeruckgewinnung 14 Metall- Dachhaut c\j CO

Photovoltaikanlagen in Thuringen 1999 (FOrderung Photovoltaik in Leistung

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64

3 Ermittlung des Energiepotentials aus Windkraft und deren Leistungsvermogen fur den Landkreis Schmal- kalden-Meiningen 1

3.1 Zielstellung

Im vorliegenden Beitrag wird unabhangig von regionalpolitisch gewollten Ziel- stellungen der Beitrag untersucht, den die Windkraft im Landkreis Schmalkal- den-Meiningen zur Umweltentlastung, zur Schaffung und Nutzung von Ener- giereserven und zur Schaffung von Arbeitsplatzen erbringen kann.

3.2 Stand der Windenergieerzeugung

Im Jahr 1998 deckten die erneuerbaren Energietrager bereits 5,2 % des Elektroenergiebedarfes in Deutschland, wobei Wasserkraft mit 16,1 Mrd. kWh/a und Windenergie mit 4,5 Mrd. kWh/a zusammen 4,75 % ausmachten. Inzwischen ist der Anteil der erneuerbaren Energietrager an der Stromproduk- tion auf 5,9 % (28,7 Mrd. kWh) angestiegen. Den groBten Zuwachs an instal- ierter Leistung hatte seit 1990 die Windenergie, die Ende 2000 bereits einen Anteil von 2,3 % der Bruttostromerzeugung in Deutschland haben wird. *2

Die Windenergie liegt damit zwar noch an zweiter Stelle hinter der Wasser­ kraft, in Schleswig-Holstein werden jedoch schon heute mehr als 10 % der Elektroenergie mit Windkraft erzeugt.

3.3 Notwendigkeit des verstarkten Einsatzes von Windenergie

Die Nutzung erneuerbarer Energien ist eine Ruckbesinnung des Menschen auf Erkenntnisse, die er in mehreren tausend Jahren gesammelt hat. Diese Erfahrungen sind heute auf dem modernen Stand von Wissenschaft und Technik soweit aufbereitet und lassen eine wirtschaftliche Nutzung zu.

1 Grundlage fur diesen Gliederungspunkt sind die Ausarbeitungen von Dipl.-lng. Hans Ulrich Eberhardt. 2,www.windenergie.de/aktuelles/datum.html/ 65

In Deutschland werden z.Z. fur die Energieumwandlung in GroBkraftwerken ca. 70 % fossile Energietrager (Kohle, Erddl und Erdgas) genutzt. Damit sind die GroBkraftwerke mit 355 Mio. t C02 die groBten Kohlendioxidproduzenten gefolgt vom Verkehr (183 Mio.t), der Industrie (157 Mio, t) und den Haushal- ten (125 Mio. t). Mittlerweile gibt es keinen seriosen Klimaforscher mehr, der den EinfluB des Kohlendioxids auf den Treibhauseffekt in Frage stellt. Neben der Verbesserung der Energieeffizienz ist die schrittweise Einschrankung der fossilen Energietrager zur Energieumwandlung die wichtigste MaBnahme. Die wirtschaftlichste Nutzung der Windkraft war bisher den Regionen mit dem hochsten Jahreswindangebot vorbehalten. In Deutschland waren dies die Kustengebiete und einige exponierte Mittelgebirgsstandorte mit einer durchschnittlichen Jahreswindgeschwindigkeit von > 6m/s in 10 m MeBhohe.

Die Leistungsfahigkeit der Windkraftanlagen wurde in den letzten Jahren so- weit verbessert, daB bereits eine mittlere Windgeschwindigkeit von >3m/s in 10 m MeBhohe fur den volkswirtschaftlich sinnvollen Betrieb einer Windkraftanlage ausreicht. Insofern sollten die von Thuringen gestellten For- derungen bezuglich der planungs- und naturschutzrechtlichen Beurteilung von Windenergieanlagen 1, die ein Windenergieangebot in 30 m MeBhohe von >180 W/m2 verlangen, uberpruft werden, da sie heute nicht mehr dem tech- nischen Stand entsprechen. Volkswirtschaftlich sinnvoll bedeutet, nach An- sicht des Verfassers, eine Windkraftanlage erzeugt elektrischen Strom unter Einbeziehung aller sozialen Nebenkosten gunstiger als jedes Kohle-, OI-, Gas- Oder Atomkraftwerk. Unter sozialen Nebenkosten werden hier die Kos- ten fur die Grundlagenforschung und die Entsorgungs- und Folgekosten ver- standen. Volkswirtschaftlich sinnvoll bedeutet auch, daB es fur die zur Neige gehenden fossilen Energietrager sinnvollere Anwendungsmoglichkeiten gibt, als sie einfach nur zu .verbrennen".

1 „Planungs- und naturschutzrechtliche Beurteilung von Windenergieanlagen" - Th. Staatsanzeiger Nr. 7/1997 66

Da bei der herkommlichen Energieumwandlung die sozialen Kosten nicht in die Kalkulation eingehen, jedoch bei den erneuerbaren Energien enthalten sind, gibt es beim wirtschaftlichen Vergleich beider Energieumwandlungs- technologien Verzerrungen. Die Errichtung einer Windkraftanlage im Binnenland ist auf Grund der geringe- ren Ertragssituation gegenuber der Kuste mit wesentlich groBerer Sorgfalt vorzubereiten. Das beginnt mit der Standortauswahl . Dazu gehort eine aus- reichende mittlere Jahreswindgeschwindigkeit, die uber ein Windgutachten nachzuweisen ist, sowie eine gunstige Infrastruktur mit kurzen Netzanbin- dungswegen. Daruber hinaus ist die Auswahl einer fur das Binnenland aeeia- neten Windkraftanlage besonders wichtig. Binnenlandgeeignet bedeutet: Windkraftanlagen mit groBen Nabenhohen, urn aus den bodennahen Wind- turbulenzen herauszukommen, und moglichst groBen uberstrichenen Rotor- flachen zur besseren Nutzung des geringen Windangebotes im Binnenland. Heute werden schon Windkraftanlagen mit Nabenhohen von > 60 m und Ro- torkreisflachen bis 2.100 m2 angeboten.

Urn den Zielen gerecht zu werden, die sich die Bundesrepublik Deutschland in Ubereinstimmung mit der Europaischen Union zur Minderung der Treib- hausgasemissionen gestellt hat, muB ein Weg aus der gegenwartigen un- gleichmaBigen und unzureichenden Nutzung der erneuerbaren Energietra- ger gefunden werden. Wenn dies nicht gelingt, wird es nicht nur immer schwerer werden, den sowohl auf europaischer als auch auf internationaler Ebene bestehenden Umwelt- und Klimaschutzverpflichtungen nachzukom- men, sondern es werden auch bedeutende okonomische Entwicklungschan- cen versaumt. 67

Erneuerbare Energiequellen sind heimische Energiequellen, die dazu beitra- gen konnen, die Abhangigkeit von Energieeinfuhren zu verringern und so die Versorgungssicherheit zu verbessern sowie regionale Finanzkreislaufe zu schaffen. Diese Abhanaiakeit lieat heute EU-weit bei etwa 50 % und droht ohne Mobilisierung der erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2010 auf 60 % und bis zum Jahr 2020 auf 70 % zu steigen. Auf Grund des hohen techni- schen Standes, den die Stromerzeugung aus Windenergie heute erreicht hat, ist es notwendig, da(3 auch der Landkreis Schmalkalden-Meiningen uber- denkt, welchen Beitrag er hierzu mit einbringen konnte.

3.4 Zustandsanalyse

3.4.1 Bestehende Windkraftanlagen

Die Durchschnittswerte von Deutschland zur Windenergienutzung werden in erster Linie durch die guten Auslastungswerte der in den Kustenregionen, wie z.B. Schleswig-Holstein, installierten Anlagen, die mit einem Auslastungsgrad von ca. 22 % weit uber den im Binnenland vorhandenen Anlagen liegen, beeinfluBt. Somit ist auch der um 30 % hohere Ertrag pro Anlage gegenuber den in Thuringen aufgestellten Anlagen zu erklaren (vgl. Tabelle 1). Thuringen und besonders der Landkreis Schmalkalden-Meiningen liegen beim Vergleich des Verhaltnisses der installierten Gesamtleistung bezogen auf die Flache noch weit unter dem Bundesdurchschnitt, obwohl in den Kustenregionen ein vergleichbares Verhaltnis der Natur- und Landschafts- schutzgebiete wie im Kreis Schmalkalden-Meiningen existiert. Nachteilige Beeintrachtigungen des Tourismus in den kustennahen Regionen sind bis heute nicht bekannt. 68

Tabelle 1: Bestehende Windkraftanlagen im Vergleich (Stand 1998)

Anzahl Nennleistung Einspeisung Durchschnittliche der Anlagen Einspeisung pro Anlage in kW in MWh/a in MWh/a

Deutschland 4871 1965563 2965713 608

Thuringen 65 29873 26503 408

Landkreis nicht nicht Schmalkalden - 2 1200 bekannt bekannt Meiningen

3.4.2 Geographisch-orographische Moglichkeiten fur Windkraftanlagen im Landkreis Schmalkalden-Meiningen

Auf der Grundlage der Veroffentlichung von Ulbricht- Eissing, M. und Ch. 1 wird das Gebiet der Bundesrepublik bezuglich der Eignung zur Windenergie- nutzung in drei Zonen unterteilt. Diese Einteilung orientiert sich im wesentli- chen an den Schwellenwerten der Windgeschwindigkeit in freien Lagen in 10 m Hohe uber Grund von 3 m/s und 5 m/s (Anlaufgeschwindigkeit bzw. Beginn einer rentablen Leistungsabgabe gebrauchlicher Windkonverter). >» Diese Angaben beziehen sich auf den technischen Entwicktungsstand von 1989, heute Hegt die Leistungsabgabe der Windkraftmaschinen in diesem Bereich der angegebenen Windgeschwindigkeiten um 15 % ...35 % hoher!««

1 Ulbricht-Eissing, M. und Ch.: Die bodennahen Windverhaltnisse in der BRD. ISBN 3-88148-248-2, Offenbach/ Main, Dt. Wetterdienst 1989 69

Unabhangig davon wird nach den o.g. Grundlagen von folgenden Kriterien ausgegangen:

Zone I: ♦ In alien Hohen ab 10 m uber Grund herrschen im Jahresmittel in mindestens 50 % aller Stunden Wind- geschwindigkeiten von > 5 m/s. geeignet ♦ Das mittlere Jahresmittel der Windgeschwindigkeit in 10 m Hohe uber Grund liegt uber 5,7 m/s.

Zone II: ♦ Im 10 m - Niveau liegen sowohl die Haufigkeit der Windgeschwindigkeit uber 5 m/s als auch diejenige unter 3 m/s unter 50 %. bedingt geeignet Das mittlere Jahresmittel der Windgeschwindigkeit liegt zwischen 3,3 m/s und 5,7 m/s.

Zone III: ♦ Die Haufigkeit von Windgeschwindigkeiten < 3 m/s liegt in 10 m Hohe Giber Grund bei mindestens 50 % und erreicht selbst in 150 m Hohe Giber Grund noch ungeeignet 20 %. ♦ Das mittlere Jahresmittel der Windgeschwindigkeit in 10m Hohe Giber Grund liegt unter 3,3 m/s.

Orographisch1 kbnnen etwa 70 % des Landkreises Schmalkalden-Meiningen als hGigeliges Gelande bezeichnet werden mit Hohenunterschieden zwischen 230 und 550 Metern. In den Randzonen am Kamm des ThGiringer Waldes sowie in der Rhon werden Hohen Giber NN zwischen 700 und 900 Metern er­ reicht. In der Rhon sind vorwiegend freie, durch die Landwirtschaft genutzte Flachen vorzufinden, im Bereich des ThGiringer Waldes und des sudwestli- chen ThGiringer Wald-Vorlandes wird das Gelande hauptsachlich durch be- waldete Hohen zwischen 400 m bis 650 m Giber NN bestimmt.

Orographie - beschreibende Darstellung des Reliefs der Erdoberflache 70

Die Gewasserniederungen sind vorwiegend bebaut Oder werden landwirt- schaftlich genutzt.

Bild 1 enthalt einen Auszug aus dem Statistischen Windfeldmodell des Deut- schen Wetterdienstes. Aus dieser Darstellung ist zu erkennen, da(3

♦ freie und erhohte Lagen im Landkreis Schmalkalden-Meiningen vorwiegend nach den o.g. Kriterien in der zur Windenergienutzung bedingt geeigneten Zone // liegen ; ♦ in exponierten Lagen jedoch auch die Kriterien der Zone /erreicht wer­ den. Die Windressourcenkarte zeigt, daB die Oberflachengestalt das dominierende Ordnungselement fur die Windgeschwindigkeitsverteilung ist. Dieser Sachver- halt wird besonders deutlich im tief zertalten Mittelgebirgsrelief, wo in gerin- gen Horizontaldistanzen extrem niedrige mittlere Windgeschwindigkeiten von <3m/s anzutreffen sind, wahrend diese Werte in den Kammlagen auf >7 m/s ansteigen.

Nach den Richtlinien des Thuringer Ministeriums fur Wirtschaft, Arbeit und Infrastruktur soli allerdings kunftig die Windpotential-Klassifizierung nicht mehr in m/s, sondern in W/rrf dargestellt werden.

Nach diesen Empfehlungen werden drei Raume fur die Windressourcendar- stellung unterschieden:

♦ Taburaum keine Nutzung der Windkraft

♦ Restriktionsraum < 100 W/m2

♦ Gunstraum > 100 W/mz... < 180 W/m2

♦ Praferenzraum >180 W/m2 71

Bild 1: Statistisches Windfeldmodell (SWM) 1981 -90 (Auszug) 1

Jahresmittel der Windgeschwindigkeit 50 m uber Grand

iii t - W

,1* m

•- i

,—* .. t-M.

- fildsttrslM

f

Ausgehend von einem Standortgutachten fur Windenergieparks in Sudthurin- gen (dopel - landschaftsplanung, Gottingen, 1996) ist fur den Landkreis Schmalkalden-Meiningen eine zusammenfassende Darstellung der Flachen- anteile, die unter klimatischen Gesichtspunkten als Praferenz-, Gunst- und Restriktionsraume zu bewerten sind, herausgearbeitet worden (vgl.: Tabel- Ie2).

Der Ausweis dieser Flachen widerspiegelt die technischen Moglichkeiten zur Nutzung der Windkraft im Landkreis Schmalkalden-Meiningen.

Karte liegt vergroBert und in Farbe bei der FBF zur Einsicht vor. 72

Werden landschaftplanerische und naturschutzrechtliche Richtlinien beruck- sichtigt, sind die Moglichkeiten zur Nutzung der Windenergie im Landkreis weitgehend eingeengt - die somit noch bestehenden Varianten sollen im nachsten Abschnitt behandelt werden.

Tabelle 2: Standortgutachten fur Windenergieparks in Sudthuringen - Grundlagen fur die Windressourcenberechnung im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

Landkreis Gesamt Restriktions- Gunstraum Praferenzrau Schmalkalden- raum m Meiningen

A in km2 1208,14 744,17 378,38 85,58

% - Anteil 100,0 61,6 31,3 7,1 73

3.5 Richtlinien fur die planungs- und naturschutzrechtliche Beurtei- lung von Windenergieanlagen

Bei der Planung von Windkraftanlagen sind die Forderungen aus der Gemein- samen Bekanntmachung der Thuringer Ministerien fur Wirtschaft und Infra- struktur und fur Landwirtschaft, Naturschutz und Umwett vom 10.01.1997 (Th. StaatsanzeigerNr. 7/1997) einzuhalten. Somit zahlen zu den besonderen Standortvoraussetzungen fur den Betrieb von Windkraftanlagen insbesondere ♦ ein ausreichendes Windenergieangebot; > 180 W/m2 in 30 m Hohe

♦ eine kostengunstige Einbindung in das Energienetz ♦ kein besonderes Schutzbedurfnis der Standorte.

Davon ausgehend wurde ein durch die Thuringer Landesregierung in Auftrag gegebenes Standortgutachten durch die Firma' dopel-langschaftsplanung er- arbeitet und die Handlungsrichtlinien fur die Landkreise wurden in einer Ubersichtskarte (Bild 2) dargestellt. Somit sind die dargestellten technischen Moglichkeiten auf die in nachfolgender Tabelle 3 enthaltenen Flachenanteile begrenzt worden.

Tabelle 3: Flachenanteile von Tabu-, Restriktions-, Gunst- und Praferenz- raumen

Landkreis Gesamt Taburaum Restriktions- Gunstraum Praferenz- Schmalkalden- raum raum Meiningen

A in km2 1208,14 1110,23 88,72 9,19 0,00

%-Anteil 100,00 91,90 7,34 0,76 0,00 74

Bild 2: Verbleibende mogliche Nutzflachen fur Windkraftanlagen im Landkreis Schmalkalden-Meiningen - Erlauterungen siehe nachfolgende Le­ gends 1

:3

O TJ C

Karte liegt vergroBert und in Farbe bei der FBF zur Einsicht vor. 75

Leaende zum Bild 2:1

rot Gunstraume schraffierte ♦ weisen aus iandschaftsokoiogischer und Flachen: raumordnerischer Sicht a/s Zie/gebiet mit gerin- gem Konfliktpotential fur die An/age von Wind- kraftan/agen eine hohe Eignung aufund ♦ besitzen ein gutes Windpotentiat grun Restriktionsraume schraffierte ♦ stehen fur die Errichtung von Windenergieparks Flachen: nur nach besonderer Prufung zur Verfugung ♦ fur Einzeianiagen sind aiierdings noch keine Richtiinien bekannt ♦ bezugiich der Nutzung a/s Windenergiepark be- steht ein mittieres bis hohes Konfliktpotential ♦ die Raume besitzen ein mittieres Windpotentiat, welches eine besonders sorgfaitige Auswahi des mogiichen Typs einer Windkraftaniage'erfor- dert farbig nicht ♦ in diesen Gebieten durfen unabhangig vom vor- unteriegte handenen Windpotentiai aus iandschaftspianeri- Schraffur: schen Grunden keine Windkraftaniaaen errichtet werden!

Die farbig schraffierten Flachen sind nur im Energiekonzept (Teil 4) enthalten. 76

Insgesamt sind im Landkreis Schmalkalden-Meiningen

♦ 16 Gunstraume und ♦ 224 Restriktionsraume mit einer Gesamtflache von 97,91 km2 (8,1 % der Gesamtflache) ausgewie- sen.

3.6 Betrachtung zu ausgewahlten Gunstraumen

♦ Im Norden des Landkreises Schmalkalden-Meiningen sind drei Gunst ­ raume Im Norden des Landkreises Schmalkalden - Meiningen sind drei Gunst ­ raume mit einer Gesamtflache von ca. 3 km2 ausgewiesen, die teilweise an exponierten Standorten mit einem guten Windpotential liegen. Die Standorte befinden sich in der Nahe von HauptverkehrsstraBen, an denen bereits funk- technische Hochbau - Anlagen sowie eine 600 kW-Windkraftanlage bestehen sowie Hochspannungsleitungen vorbei fuhren. Der Abstand alter Anlagen zu Siedlungen bzw. zu erhaltenden Sichtbeziehungen zwischen denkmalge- schutzten Anlagen und deren umgebenden Landschaft liegt weit uber den in planungs- und naturschutzrechtlichen Bestimmungen enthaltenen Vorgaben. Bin Lebensraum fur sensible Tierarten ist in diesen Gebieten ebenfalls nicht vorhanden. 77

Nachfolgend warden die 3 Standorte beschrieben und Nutzunasmoa/ichkei- ten aufaezeiat.

Standort 1: Flache nordostlich der Ortsumfahrung der BundesstraBe 19 im Bereich Vogelsberg

(rote Schraffur, Bild 3) Der Standort liegt etwa 1000 m vom Breitunger Gewerbe- gebiet entfernt und wird von zwei 110 kV-Hochspannungs- trassen tangiert. Am Rande der markierten Flache befindet sich bereits eine 600 kW-Windkraftanlage. Standort 2: Flache nordlich von Fambach und ostlich der BundesstraBe 19 sowie der LandstraBe nach Trusetal im Bereich Muhlberg/Stredeberg

(rote Schraffur, Bild 3) Der Standort wird ebenfalls von einer 110 kV-Trasse tangiert, die Entfernung zu moglichen Abnehmern (Gewerbegebiet Olmuhle) liegt bei 800 m ... 1200 m. Standort 3: Flache auf dem Famberg/Mittelberg zwischen Nieder-ZMittelschmalkalden und Fambach (rote Schraffur, Bild 4) Am Standort fuhrt unmittelbar die geplante Trasse der auto- bahnahnlichen BundesstraBe 19 vorbei. Der Standort wird von einer 10 kV-Mittelspannungstrasse tangiert. Am Standort befin- den sich bereits 2 Maste (48 m und 22 m) von Funknetzbetrei- bern. Die Entfernung zum Industriestandort Niederschmalkal- den - Zwick (hoher Eigenbedarf an Elektroenergie im Drei- schichtbetrieb) betragt ca. 1000 m. 78

Einige flachenmaBig sehr klein ausgewiesene Gunstraume befinden sich noch an den Hangen ostlich und westlich des Werratals (Bild 2).

♦ Im Suden des Landkreises Schmalkalden-Meiningen sind 10 Vorzugsstandorte

Weitere 10 Vorzugsstandorte befinden sich im Suden des Landkreises Schmalkalden-Meiningen.

Dies sind die Gebiete: ♦ unbewaldeter Hohenzug zwischen Vachdorf und Juchsen (Micheisberg) ♦ Hohe 476,5 ca. 3 km ostlich von Juchsen ♦ Hohe 415,2 ca. 1 km sudwest/ich von Exdorf ♦ Hohe 512,0 ca. 1 km ost/ich von Obendorf ♦ Hohenzug nordost/ich (ca. 1 km Entfernung) von Obendorfund ostlich (ca. 1 km Entfernung) von Exdorf ♦ Hohenzug zwischen Exdorfund Beinerstadt an der Kreisgrenze (Abstandzu beiden Orten ca. 2,5 km) ♦ ca. 2 km sudwest/ich von Behrungen an der Landesgrenze ♦ Fiache zwischen Berkach, Woifmannshausen und Behrungen ♦ Fiache etwa 1 km ostlich von Berkach (unmitteibar an der BAB 71) ♦ Fiache etwa 1 km westlich von Berkach (unmitteibar an der BAB 71) Aus den von verschiedenen Dienststellen des Landes zur Verfugung gestell- ten Unterlagen geht nicht eindeutig hervor, ob das Gebiet ostlich von Meinin- gen an der kunftigen Auffahrt der BAB 71 lediglich als Restriktionsraum Oder als Gunstraum einzustufen ist, zumal in diesem Bereich bereits eine 600 kW- Windkraftanlage genehmigt und errichtet worden ist. 79

Bild 3: Klimatische Gunstraume im Bereich Breitungen / Trusetal / Fambach (rote Schraffur) 1

' Karte liegt vergroBert und in Farbe bei der FBF zur Einsicht vor. 80

Bild 4: Klimatischer Gunstraum ostlich des Werratals auf dem Hohenzug zwischen Niederschmalkalden und Fambach (rote Schraffur) 1

-\KURpRT SCHMAj

3.7 Potentialbewertung der Gunstraume

Bei der Potentialberechnung wurde so vorgegangen, daB ausgehend von zwei Windgutachten fur in Restriktionsraumen befindliche Standorte der Zone II die durchschnittliche Jahresenergieproduktion fur ausgewahlte Anlagen in 40 m und 65 m fiber Grund auf die zugelassenen Standorte hochgerechnet wurde. Somit sind die berechneten Ertrage reprasentativ, da in den Gunst- raumen ein hoheres Windpotential vorhanden ist, als an den Standorten, fur welche die Windgutachten erarbeitet worden sind. Als Rasterelement wurden 250 m mat 250 m pro Windkraftanlage angesetzt - somit kann sowohl die Anlagenzahl, als auch die zu erwartende Energiepro- duktion pro Jahr bei flachendeckender Nutzung durch Windkraftanlagen fiir die eriaubten Gebiete angegeben werden.

Karte liegt vergroBert und in Farbe bei der FBF zur Einsicht vor. 81

Bei der Potentialberechnung wurde davon ausgegangen, dal3 ca. 20 % der ausgewiesenen Gunstraume fur die Errichtung von Windkraftanlagen geeign- et sind. Im Hinblick auf eine mogliche Einbeziehung von Restriktionsraumen wurde von einem nutzbaren Flachenanteil von 2 % ausgegangen. Von diesem verbleibenden Restriktionsflachenanteil sind wiederum 20 % als fur Windkraftanlagen geeignet eingeschatzt worden. Damit ergibt sich fur den Landkreis Schmalkalden-Meiningen ein insgesamt nutzbarer Flachenanteil von 2,25 km2 = 0,2 % der Gesamtflache des Landkreises.

Die Ergebnisse dieser Potentialstudie sind als Szenarienrechnung nachfol- gend tabellarisch dargestellt:

Berechnungsgrundlage: Ergebnis der Berechnung des Windenergieangebotes in zwei Restriktionsraumen (Windgutachten im Werratal nordostlich von Breitungen sowie im Schmalkaldetal und auf dem Volker- schen Berge)

Die Berechnung erfolgte fur 7 representative Windkraftanlagen im Nennleistungsbereich von 500 kW bis 1000 kW und Na- benhohen 40 m bis 70 m.

Ergebnisse: Durchschnittsjahresenergieertrag

40 m Nabenhohe: 390 MWh/a

Durchschnittsjahresenergieertrag

65 m Nabenhohe: 436,7 MWh/a 82

♦ Durchschnittsjahresenergieertrag fur alia Nabenhohen (41,5; 50; 58; 60; 65; 70) m = 413 MWh/a

Der Istwert des Jahresenergieertrages der 65 in Thuringen bekannten Wind- kraftanlagen betragt 408 MWh/a. Die geringe Abweichung nach unten gegenuber den berechneten Werten hat Ihre Ursache darin, da(3 in die Istwert-Berechnung auch die Oaten zahlreicher Anlagen mit kleinerer Leistung (250 kW) eingegangen sind. Ansonsten wird mit dem Soll-lstwert-Vergleich gezeigt, daG die beiden o.g. erstellten Windkraftgutachten reprasentativ fur den orographischen Bereich des Landkreises zwischen 300 m und 500 m uber NN sind.

Tabelle 4: Ergebnisse der Potentialberechnung (Durchschnittliche Ertragswerte fur einen Anlagenmix 600 kW...1000 kW u. Nabenhohen 41,5 m ... 70 m)

davon Flachenanteil Flachen- Anzahl der Jahresenergie- in km2 belegung fur Windkraft- ertrag Windkraft- anlagen anlagen in km2 in MWh/a Gunstraume

>100W/m2...<180W/m2 9,19 1,90 30 12390

Restriktionsraume

bis 100 W/m2 1,77 0,35 6 2478 Berechneter moglicher Nutzen aus dem Windenergiepotential:

Erzielbarer Jahresertrag Elektroenergie durch

Windkraft im Landkreis Schmalkalden-Meiningen: 14.868 MWh/a

Gesamtverbrauch Elektroenergie 1999 im Landkreis Schmalkalden-Meiningen: 517.104 MWh/a

Moglicher Deckungsanteil der mit Windenergie

erzeugten Elektroenergie: 2,8%

Istanteil im Jahr 2000 fur Deutschland: 2,3%

Mogliche C02 - Einsparung im Landkreis: 3.717 t/a

Mogliche Schaffung von Arbeitsplatzen fur

Betriebe und Wartung der Anlagen im Landkreis: 12 84

3.8 Zusammenfassende Fakten zur Windenergie

Mit dem folgenden Uberblick soli ein nachdenkenswerter Vergleich zu den Ef- fekten vorgenommen werden, die mit der Anwendung der Windenergie er- zielbar waren: O Arbeitsplatze: Die Windenergie, die 1999 mit rund zwei Frozen! zur nationalen Stromerzeugung beisteuerte, beschaftigt in Deutschland mehr als 25.000 Menschen. In der Atomwirtschaft, die ca. 31 Frozen! des na ­ tionalen Strombedarfs deckt, arbeiten rund 40.000 Beschaftigte. Die Windenergienutzung hat einen zehnfach hoheren Arbeitsplatzeffekt als die Atomkraftindustrie.

O Energiebilanzen von Kraftwerken Mit einer Windkraftanlage laBt sich wahrend der 20-jahrigen Nut- zungszeit rund 20 bis 100 mal soviel Energie gewinnen, wie fur ihre Herstellung und Entsorgung verbraucht wird. Bei konventionellen Kraftwerken betragt dieser „Erntefaktor “ nur 0,3 bis 0,4, da wahrend des Betriebes standig Energie in Form von Rohstoffen zugefuhrt wer­ den muB.

O Externe Kosten Unter externen Kosten versteht man die Kosten, welche nicht in die betriebswirtschaftliche Preisberechnung einflieBen, sondern von der Allgemeinheit getragen werden. Ein Ausgleich durch die Verursacher erfolgt nicht. Bezogen auf den Energiesektor gehoren hierzu unter an- derem Tankerhavarien, Sauberung verstrahlter und verschmutzter Gebiete und politische sowie militarische Sicherung der Zugange zu den Rohstoffen. 85

Diese Kosten, welche nur bei Versorgung mit fossilen Energien und der Kernenergie entstehen, sind grolBenteils nur schwer zu quanti- fizieren und flieBen bislang nicht in die Preise konventioneller Stromer- zeugung ein. Wurden sie jedoch berucksichtigt, verteuerte sich die Stromerzeugung bei Kohle, 01, Gas und Atomkraft um (5...60)Pf/kWh. Derzeit zahlt die Allgemeinheit diese okologischen, politischen und militarischen Folgekosten mit Steuergeldern. Durch die Nutzung regenerativer Energien werden schadstofftrachtige Brennstoffe und daraus resultierende Umwelt- und Gesundheitsschaden sowie Importabhangigkeiten bei Erdol, Erdgas, Kohle und Kernbrennstoff vermieden. Bei einer korrekten wirtschaftlichen Gesamtbetrachtung - auch unter Einbeziehung der externen Kosten - 1st die Windkraft neben der Wasserkraft heute schon die okonomisch und okologisch effektivste Stromquelle.

O Flachenbedarf Bei einer jahrlichen Stromerzeugung von rund 150 Milliarden Kilowatt- stunden hat die deutsche Braunkohle derzeit einen Flachenbedarf von rund 700 km2. Fur die gleiche Strommenge wurden Windkraftanlagen nur 15 % dieser Flache versiegeln - daruber hinaus kann die Flache unter den Anlagen landwirtschaftlich genutzt werden.

O Versorgungssicherheit Kein Kraftwerk fur sich allein kann eine sichere Energieversorgung ga- rantieren. Samtliche europaweit verfugbaren Kraftwerke schutzen und stutzen bei Ausfall einzelner Kraftwerke das Gesamtnetz. Windener- gieanlagen lassen sich technisch ohne weiteres in dieses Verbundnetz integrieren. Der von ihnen erzeugte Strom kann problemlos in die Kraftwerksplanung zur dffentlichen Stromversorgung eingebunden werden. 86

Mit den Einspeiseschwankungen der Windturbinen konnen Kraftwerke wesentlich unkomplizierter umgehen, als mit den verbraucherbeding- ten Abnahmeschwankungen. Meteorologische Prognoseprogramme ermoglichen eine immer prazise Vorhersage der Windstromeinspei- sung, was die Stromproduktion bestehender konventioneller Kraft­ werke reduziert und den Bau neuer Kraftwerke uberflussig macht. Windstrom kann zum effektiven Betrieb von Pumpspeicherwerken beitragen. Mit der aus Windkraft erzeugten Elektroenergie konnen Pumpen betrieben werden, die das Wasser aus Unter-in Speicher- (Oberjbecken pumpen. In Thurinaen entstehen mit Leibis und Goldisthal derzeit solche Werke. die als Speicher fur erzeuate Windeneraie dienen konnten.

O Zukunftstechnologie Wasserstoff

Der Vorteil von Wasserstoff als Energiespeicher ist die umweltfreundli- che und C02-freie Umsetzung der Energie. Wasserstoff entsteht durch die elektrische Spaltung von Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Der Wasserstoff kann dann gespeichert und bedarfsgerecht an einer Wasserstoff-Tankstelle an Fahrzeuge abgegeben werden. Er reagiert mit dem Sauerstoff aus der Luft und wird wieder zu Wasser. Bei diesem ProzelB wird Energie frei. Sicher- heitstechnisch ist das Risiko bei der Nutzung von Wasserstoff mit dem von Erdgas vergleichbar. Fur die Spaltung von Wasser ist natur- lich Energie notwendig. Bisher wurde dazu Energie aus herkomm- lichen Kraftwerken genutzt - doch damit ist eine Belastung der Um- welt verbunden. Wurden fur die Gewinnung des Wasserstoffs regenerative Energien genutzt, ware sowohl die Erzeugung des Wasserstoffs als auch dessen Nutzung umweltfreundlich. 87

O Regionale Wirtschaftsimpulse

Die bestehenden Windkraftanlagen bedeuten fur viele strukturschwa- chen Gebiete wichtige Wirtschaftsimpulse. Die Windkraft schafft neue Arbeitsplatze, verhindert den AbfluB der Kaufkraft, sorgt fur Gewerbe- steuereinnahmen und starkt die landwirtschaftlichen Betriebe, fur die der Windstrom-Verkauf bzw. auch die eigene Nutzung ein weiteres wirtschaftliches Standbein bedeutet. 1

O Rohstoffreserven

Die weltweiten Vorrate an Ol, Gas, Kohle und Uran sind in uberschau- baren Zeitraumen erschopft.*2 Fossile und atomare Ressourcen sind prinzipiell endlich. Auch die Entdeckung neuer Vorkommen und Ener- giesparmalBnahmen konnen das Ende nur hinauszogern. Die erneuer- baren Energien bieten dagegen ein unerschopfliches Potential und sind, im Gegensatz zur Kernfusion, bereits heute verfugbar. O Schadstoffeinsparung Jede mit Windturbinen erzeugte Kilowattstunde spart die Verbren- nung fossiler Rohstoffe bzw. von Kernbrennstoffen. Die dadurch eingesparten Schadstoffe, verglichen mit einem Braunkohlekraftwerk, belaufen sich bei einem Windpark mit 6 MW installierter Leistung auf jahrlich ca. 10 Mio.kg Kohlendioxid, 67450 kg Schwefeldioxid, 26600 kg Stickoxide, 8550 kg Kohlemonoxid und 1710 kg Staub. Im Ver- gleich zu einem Atomkraftwerk spart dieser Windpark 29 kg Atommull im Jahr.3

’ Siehe hierzu auch im Energiekonzept die von der FBF vorgeschlagene Initiative „Der Landwirt als Energiewirt" 2 Flierzu siehe die Bemerkungen in der Einleitung. 3 Vielfach wird suggeriert, dalB durch Nutzung der Kernenergie kein C02 freigesetzt wird. Aber auf dem Weg von der Uranforderung bis zum AbriB eines Kernkraftwerkes und der Lagerung des „Atommulls “ werden nach einer Untersuchung von Susan Boos „Strahlende Schweiz" (Rotpunktverlag, S.376/377) je nach eingesetzter Technik etwa (30 ... 160) g C02 je kWh erzeugter Elektroenergie emittiert. 88

O Vogelschutz und Wildtiere

Das Verhalten von Vogeln und Wildtieren in der Nahe von Windturbi- nen 1st unterschiedlich: Wahrend einige Vogelarten ihre Master teilwei- se im Schutz der Generatorhauser bauen, meiden andere diese Um- gebung. Wissenschaftlich fundierte Studien belegen, daB der soge- nannte „Vogelschlag“ an Windkraftwerken keine Rolle spielt. Als „Vo- gelschlag" warden die Kollisionen von Vogeln mit den Flugeln der Ro- toren bezeichnet. Weitere Untersuchungen belegen, daB Windkraftan- lagen keine gravierenden Storquellen fur das heimische Niederwild sind. Neuere Untersuchungen zeigen auch, daB anfanglich beobach- tete Verdrangungseffekte durch eine sich relativ schnell einstellende Gewohnung von Vogeln und Niederwild vermieden Oder wenigstens auf ein Minimum beschrankt werden. In Natur- und Vogelschutzgebie- ten findet daruber hinaus kein Ausbau der Windenergie statt.

O Tourismus Bisherige Untersuchungen in Schleswig-Holstein mit dem hochsten Aufkommen an Windkraftanlagen haben gezeigt, daB auch Touristen die modernen Oko-Kraftwerke eher positiv bewerten und es keinen Zusammenhang zwischen dem Touristenaufkommen und der Anzahl der Windturbinen vor Ort gibt. Besichtigungstouren auf den Anlagen konnen das touristische Angebot sogar wesentlich bereichern. Dar­ uber hinaus stehen „Windmuhlen “ auch als Zeichen fur eine dkolo- gisch orientierte Entwicklung und Umweltschutz, was gerade in Tou- rismusgebieten zu einem positiven Image beitragt. 89

O Landschaftsbild Das Landschaftsbild 1st seit jeher von den Menschen vorgenommenen Veranderungen unterworfen. Im Vergleich zu den Veranderungen, die von gigantischen Verkehrs- und Industriebauten hervorgerufen war­ den, nimmt der Anteil der das Landschaftsbild verandernden Faktoren durch Windkraftanlagen (auch unter den Zielstellungen fur die nachsten Jahre) nur einen verschwindend geringen Anteil ein. Die Re- gionalplanung und kommunale Flachennutzungsplanung bieten genu- gend Instrumente, so daG Belange des Landschafts- und Naturschut- zes in ausreichendem MaGe unter Beteiligung der Burgerinnen und Burger sowie der betroffenen Trager offentlicher Belange berucksich- tigt werden.

3.9 SchluBfolgerungen

Ziel des Erneuerbare-Energien-Gesetzes-EEG v. 1.4.2000 ist es, den Anteil der erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2010 mindestens zu verdoppeln - fur Deutschland waren das rund 5 %; der Landkreis Schmalkalden - Meiningen kdnnte auf Grund seiner Struktur ca. 2,8 % seines Strombedarfs mit Windkraft decken. Das vorliegende Konzept soil zur Konfliktminderung beitragen und durch Ausweisung von geeigneten Standorten fur Windener- gieanlagen einen Beitrag zur umweltschonenden Energieerzeugung leisten. 90

3.10 Anwendungsbezogene Projekte

In diesem Abschnitt werden zwei Projekte vorgestellt, die von der FBF fur das Energiekonzept erarbeitet warden. Bin weiteres Projekt, in dem die Anwen- dung der Windenergie moglich ist, wird im Abschnitt „Photovoltaik“ vorge­ stellt, da es eine Kombination aus Windenergie- und Photovoltaikanwendung ist.

FBF- Projekt „Untersuchung eines Standortes einer Windkraftanlage im Werrata! im Be- reich eines Industrie- und Gewerbegebietes in der Region Breitungen“1

1. Projektdarstelluna Zielstellung des Projektes ist die Ermittlung des Windpotentials im Bereich Breitungen an einem konfliktarmen Standort. Dazu wurde auf der Grundlage langjahriger MeBreihen des Deutschen Wetterdienstes ein Gutachten erstellt, welches auf der Basis der Windenergieverteilung das Windenergiepotential am vorgesehenen Standort unter Berucksichtigung der standortspezifischen topographischen Gegebenheiten (Orographie, Rauhigkeit, Hindernisse) be- stimmt. Der durchschnittliche Jahresenergieertrag verschiedener Windkraft- anlagen wurde entsprechend der von den Herstellern angegebenen Leis- tungskennlinien berechnet. Orographisch kann die Standortumgebung als hugeliges Gelande bezeichnet werden mit Hdhenunterschieden zwischen 225 und 500 Metern. Der Standort bzw. die Standortumgebung selbst wei- sen eine mittlere Hohe von 280 Metern auf.

Das vollstandige Projekt mit einer ausfuhriichen Darstellung ist als Anlage dem Energiekonzept beigefugt. 91

Bild 5: Lageplan der beurteilten Standortumgebung (Auszug aus der topographischen Karte 1:25000) 92

Bild 6. Orographie der Standortumgebung

Die Hohenlinien haben einen Abstand von 20 m

Standortorographie

Norden (m) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 900010000

7000 7000

6000 6000

5000 5000

4000 (m ) 4000

3000 3000 Osten

2000

1000 1000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Sueden (m) 93

Bild 7 : Perspektivische Darstellung der Standortumgebung (Gelandemodell); der Standort ist markiert.

j Ausgehend von den vorausgegangenen theoretischen Berechnungen fur die I Windverhaltnisse im Werratal-Raum Breitungen wurde der Jahresenergieer- | trag verschiedener Windkraftanlagen bestimmt. | Als langjahriger Mittelwert kann folgendes Jahresmittel des Energieertrages i erwartet werden (vgl. Bild 8): 94

Bild 8 : Jahresenergieertrag verschiedener Windkraftanlagen im Raum Brei- tungen

BNabenhdhe 50 m BNabenhdhe 55 m £ 600 □ Nabenhdhe 60 m BNabenhdhe 65m BNabenhdhe 70 m

AN Bonus 44/600 Jacobs 43^600 Nordex 54/1000 Wind-World 45/750

2. Moaliche Eneraie- und Kosteneinsparuna Die Auswertung von 20 Varianten (4 unterschiedliche Windkraftanlagen- Typen zwischen 600 kW und 1000 kW Nennleistung und 5 Nabenhohen zwischen 50 m und 70 m) ergibt einen durchschnittlichen jahrlichen Energie- ertrag von 483 MWh. Damit kann die Stromversorgung von ca. 160 Haushalten Oder von 2 bis 3 Firmen mittlerer GrolBe sichergestellt werden. Etwa 110.000,00 DM flieGen dadurch pro Jahr nicht fur den Stromeinkauf aus dem Landkreis ab! 95

2. Moaliche CO.-Einsoaruna Mit dem Betrieb einer der oben ausgewahlten Windkraftanlagen ergibt sich eine Reduzierung der C02-Belastung in Hohe von ca. 120 t/a.

3. Schaffuna von Arbeitsplatzen Fur den Betrieb und die Wartung einer einzelnen solchen Anlage werden 0,5 Arbeitskrafte aus der Region benotigt.

4. Strateaieaussaae Der wirtschaftliche Betrieb von Windkraftanlagen im Werratal, Raum ostlich von Wernshausen/Breitungen/Barchfeld ist prinzipiell moglich. Die Nutzung der gewonnenen Elektroenergie in nahen Industriebetrieben ist moglich, so da(3 eine Fortleitung des Stromes uber groBe Distanzen nicht notwendig ist und damit eine Netzbelastung keinerlei Rolle spielt.

Ein Konfliktpotential mit der umgebenden Landschaft ist nicht vorhanden. 5. MaBnahmevorschlaae Da im untersuchten Gebiet sowohl Restriktions- als auch etwa 40 % der im Landkreis insgesamt vorhandenen Gunstraume vorhanden sind, sollten diese bei einer regionalpolitisch positiven Haltung zur Windkraft auch genutzt wer­ den. 96

FBF- Projekt „Untersuchung von Standorten fur Windkraftnutzung im Gewerbegebiet Schmalkalden-West und auf dem Volkerschen Berge zur direkten Nutzung durch die dort anges/ede/ten industriebetriebe“1

1 Projektdarstelluna Die FBF hat zusammen mit einer interessierten Schmalkalder Firma eine Er- mittlung des Windenergiepotentials im Bereich des Schmalkalder Gewerbe- gebietes-West vorgenommen mit dem Ziel, die technischen, wirtschaftlichen und landschaftsplanerischen Moglichkeiten zur Eigennutzung der erzeugten Elektroenergie zu prufen. Auf der Grundlage von Windkraftgutachten wird der mogliche Energieertrag an zwei verbrauchernahen Standorten untersucht.

1 Das vollstandige Projekt mit einer ausfilhrlichen Darstellung ist als Anlage dem Energiekonzept beigefugt. Bild 9: Lageplan der beurteilten Standortumgebung (Auszug aus der topographischen Karte 1:25000) 98

Bild 10: Jahresmittel der Windgeschwindigkeit in verschiedenen Nabenhohen am Standort 1 (Gewerbegebiet Aue) r I:

1 =

e 0,5

Bild 11: Jahresmittel der Windgeschwindigkeit in verschiedenen Nabenhohen am Standort 2 (auf dem Volkerschen Berge) 99

Aus diesen Werten sowie aus den Weibull-Parametern lassen sich nachfol- gende Windenergiepotentiale fur die beiden Standorte ableiten: Bild 12: Mittleres jahrliches Windenergiepotential am Standort 1

Bild 13: Mittleres jahrliches Windenergiepotential am Standort 2

900 i------. 100

Die Berechnung der jahrlichen Energielieferung erfolgte fur Windkraftanlagen von drei verschiedenen Herstellern. Fur die mittlere jahrliche Energieproduk- tion ergeben sich folgende Werte: Bild 14: Jahresenergieertrag verschiedener Windkraftanlagen am Standort 1

Bild 15: Jahresenergieertrag verschiedener Windkraftanlagen am Standort 2

AN Bonus 44/600 Wind-World W-410CV500 Wind-World W-450(y750 101

2. Moaliche Eneraie- und Kosteneinsparuna Ein unmittelbar neben den Abnehmern gelegener Standort scheidet wegen des geringen Energieaufkommens und hohen Konfliktpotential mit der Umge- bung aus. Der zweite untersuchte Standort liegt in einem Restriktionsraum und aus landschaftsplanerischer Sicht ware dort die Errichtung einer Windkraftanlage prinzipiell moglich. Der durchschnittlich zu erwartende Jahresenergieertrag (bezogen auf einen bestimmten Typ eines Windgenerators) liegt bei 860 MWh/a (in diesem Wert ist ein Sicherheitsabschlag von 10 % enthalten). Damit kdnnen ca. 30 % des Strombedarfes fur elektroenergieintensive technologische Prozesse in einem dort angesiedelten Industriebetrieb ab- gedeckt werden. 3. Moaliche CO.-Einsoaruna Es werden ca. 215t/a G02-Emissionen vermieden.

4. Schaffuna von Arbeitsplatzen Im betreffenden Industriebetrieb wird unabhangig von den Arbeitsplatz for- dernden Effekten beim Windkrafthersteller eine halbe Arbeitskraft ganzjahrig fur den Betrieb und die Wartung der Windkraftanlage bendtigt.

5. Strateaieaussaae Der Eigenverbrauch von regenerativ erzeugten Energien ist besonders wich- tig, well dabei die vorgelagerten Energienetze entlastet und Verluste fur die Heranfuhrung des elektrischen Stroms von weit entfernten Kraftwerksstand- orten vermieden werden.

6. MaBnahmevorschlaae Standorte von Windkraftanlagen sollen unter Beachtung der Forderungen des Natur- und Landschaftsschutzes bevorzugt dort ausgewiesen werden, wo der Eigenbedarf an elektrischer Energie besonders hoch ist. 102

4 Nutzung des Wasserkraftpotentials

4.1 Zielstellung

Nachfolgend warden die Ergebnisse der Untersuchungen der FBF zur Nutzung der Wasserenergie hinsichtlich dreierTeilziele dargestellt: • Inwieweit wurde Wasserkraft im Landkreis in der Vergangenheit als Energiequelle genutzt (historische Darstellung)? • Welche Kraftwerke mit welcher Leistung sind heute zur Energie- gewinnung im Einsatz? • Welche weiteren Wasserkraftpotentiale konnten in der Zukunft ge­ nutzt werden?

4.2 Wasserkraftnutzung

Wasserenergie ist gespeicherte Sonnenenergie. Die Sonne laGt das Was- ser verdampfen und hebt es damit auf groBere Hohen, von denen es wie- der herabflieBen und seine potentielle Energie in kinetische Energie und Elektroenergie umwandeln kann. Wasserenergie ist eine der umwelt- freundlichsten Aden, Strom zu produzieren. Eine ganze Reihe von Vorteilen sprechen fur die Wasserenergie, wie z. B.: • Die Energieumwandlung geschieht unter einem sehr hohen Wir- kungsgrad. Dies bedeutet, daB ein hoher Prozentsatz der einge- setzten Energie in Strom umgewandelt wird. Die Warmeabgabe an die Umgebung ist sehr gering, es gibt kaum Abwarme. • Bei der Nutzung dieser Energiequelle werden keine Schadstoffe freigesetzt. Die 1. UN-Umweltkonferenz, die 1992 in Rio de Janeiro (UNCED- Verhandlungen - UN-Konferenz uber Umwelt und Entwicklung - Agenda 21) stattfand, nannte die Energiegewinnung aus Wasserkraft als wichtiges Ziel fur alle Staaten und gab dieser somit eine sehr hohe Prioritat. 103

4.2.1 Geschichtliches zur Wasserkraftnutzung

In der Region wird die Wasserkraft seit mehr als 1000 Jahren eingesetzt und sie diente schon den Vorfahren uber Jahrhunderte hinweg als wich- tigste Energiequelle. 1 Im heutigen Landkreis Schmalkalden-Meiningen wa- ren sehr viele Wasserkraftanlagen errichtet. Im Rahmen dieser Arbeit wur- de durch Dipl.-lng. Walter Herder versucht, alle Altstandorte zu erfassen und das Potential nach einer moglichen Reaktivierung hochgerechnet (siehe 4.4).

4.2.2 Wasserkraftnutzung heute

Wasserkraftwerke werden heute auf der ganzen Welt fast ausschlieBlich zur Stromerzeugung eingesetzt. Rund ein Funftel des Strombedarfs wird weltweit mittels Nutzung der Wasserenergie abgedeckt. In Deutschland wurden 1997 durch die Wasserkraft 18.900 GWh/a erzeugt, das sind 3,6 % des gesamten Strombedarfs. Thuringen liegt bei etwa 148,3 GWh/a Stromgewinnung durch Wasserkraft, das sind rund 1,5 % des Strombedarfs. Gegenwartig wird in Thuringen schon ein groBer Teil des nutzbaren Was- serkraftpotentials eingesetzt. Weitere groBe Wasserkraftwerke zu bauen, wurde in vielen Fallen die Natur zu stark beeintrachtigen. Deshalb steht bei der Nutzung der Wasserkraft hierzulande die Moderni- sierung von bestehenden Anlagen und die Wiederinbetriebnahme alter und stillgelegter Kleinwasserkraftwerke im Vordergrund. Gleichzeitig mus- sen neue Formen der Wasserkraftnutzung gefunden werden - erste Erfol- ge sind hier bei der Druckminderung mittels Axialturbinen in Trinkwasser- verbundsystemen zu verzeichnen.

’ Siehe hierzu u.a.: Krah, N.: Schmalkalden - ein traditioneller Wirtschaftsstandort in Thuringen. In: 1125 Jahre Schmalkalden. Schmalkalden 1999; ISBN 3-00-004395-0 104

4.2.3 Wasserkraftanlagen im Landkreis

Zur Nutzung der Wasserkraft im Landkreis kommen vor allem die Gewas- ser Werra, Schmalkalde, Truse, Hasel und Herpf in Frage. Diese Flusse verfugen uber das insgesamt groBte Wasserkraftpotential im Landkreis. Von besonderem Interesse im Landkreis sind die Laufwasserkraftwerke, da ihr Einsatz wirtschaftlich am sinnvollsten ist. Urn Aussagen zum Wasserkraftpotential des Landkreises machen zu kdnnen, wurde als erstes der Ist-Bestand bestehender Wasserkraftanla ­ gen aufgenommen. Wie Tabelle 1 verdeutlicht, gibt es insgesamt 11 Wasserkraftanlagen mit einer gesamten elektrischen Leistung von 651,5 kW. Dies entspricht etwa einer nutzbaren Energie von 3,3 GWh/a.

Tabelle 1: Wasserkraftanlagen und deren elektrische Leistung im Landkreis

Name der AnschluBleistung Standort Gewdsser Wasserkraftanlage in kW„ Briickenmuhle Vachdorf Werra 15,0 Werramuhle Einhausen Werra 190,0 Frankeninsel ObermaBfeld Werra 264,0 Kammgamspinnerei Wernshausen Werra 54,0 Untere Muhlen Breitungen Werra 12,0 Rasenmuhle Viemau Schonau 11,0 Zainhammer Brotterode Truse 15,0 Museum „Neue Hutte" Schmalkalden Schmalkalde 41,0 Gesenkschmiede Lubenbach Lubenbach 10,0 - Trusetal/Winne Truse 17,5 - Trusetal/Winne Truse 22,0 X 651,5 kW

Die ermittelte elektrische Leistung im Landkreis betragt 651,5 kW. 105

4.3 Wasserkraftpotential im Landkreis Einen Oberblick uber mogliche reaktivierbare Wasserkraftstandorte enthalt die „Wasserkraftstudie des Landes Thuringen" des Thuringer Ministeriums fur Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt. Diese gibt zum einen Auf- schluB uber fruher genutzte Wasserkraftanlagen, welche heute in dieser Form zum groBten Teil nicht mehr existieren und zum anderen wird eine klare Aussage gemacht, welche Leistung man erzielen konnte, waren die ­ se ehemaligen Wasserkraftanlagen optimal ausgebaut. Tabelle 2: Obersicht uber die Laufwasserkraftwerke

des Landkreises

ehemaliges WKW optimal ausgebautes WKW FluB NebenfluB Ortsname hN m p h„ m P m m3/s kW m m3/s kW

Werra Beilrieth 11 120 Werra Einhausen 1 1,8 6 25 1,8 6 >100 Werra Einhausen 3 1,8 30 30 Werra Einhausen 4/Muhle 35 110 Werra Fambach/Muhle 10 Werra Meiningen 1 2,55 >13,0 250 2,55 >13,0 270 Werra Meiningen 2/Muhle 2 26 200 Werra Meiningen 3/Muhle 18 150 Werra Meiningen 4/Muhle 2,1 1,9 21 2,1 13 200 Werra ObermaBfeld 1 2,2 11,5 200 250 Werra Schwallungen 2,05 180 250 Werra UntermaSfeld 1,6 >21,3 150 1,9 >21,3 300 Werra Walldorf 1 8 1,6 50 15 2,25 270 Werra Walldorf 2 2,6 4 60 2,6 4 80 Werra Wasungen 1 2,43 2,7 100 2,7 100' Werra Wemshausen 1 3,3 15,75 360 450 Werra Hasel Dillstadt 1/Muhle 1.25 11 35 Werra Basel Dilistadt 2 1,5 15 40 Werra Hasel Einhausen 2 2,9 90 2,9 90 Werra Hasel Ellingshausen 1 20 45 Werra Basel Ellingshausen 2 1,6 30 30 Werra Hasel ObermaBfeld 2 Werra Basel Rohr 1 15 35 Werra Herpf Rohr 2 2 40 40 Werra Herpf Melkers 2 10 13 Werra Schmalkalde Rippershausen 3,5 15 22 Werra Schmalkalde Hohlebom 14 10 40

1 nicht mehr aktivierbar da das Wehr entfernt wurde 106

ehemaliges WKW optimal ausgebautes WKW FluB NebenfluB Ortsname h* m p h. m P m m3/s kW m m3/s kW Werra Schmalkatde Kleinschmalkalden 5 8 12 Werra Schmalkalde Schmalkalden 1 3 21 60 Werra Schmalkalde Schmalkalden 2 Werra Schmalkalde Schmalkalden 3 2,8 16 48 Werra Schmalkalde Schmalkalden 4 Werra Schmalkalde Niederschmalkalden 1 1.8 8 40 Werra Schmalkalde Niederschmalkalden 2 1,5 8 32 Werra Truse Seligenthal/Muhle 3,5 8 40 Werra Truse Breitungen 1/Muhle 1,65 12 12 Werra Truse Breitungen 2/Muhle 1,5 5 5 Werra Truse Trusetal 1 0,3 50 50 Werra Truse Trusetal 2 >8,0 32 40 Werra Truse Trusetal 3 14,4 0,36 40 40 Werra Truse Trusetal 4 5,6 0,36 5 15 Werra Truse Trusetal 5 3,2 0,63 6 10 Werra Truse Trusetal 6-10 25 25 Werra Winne 3,3 >0,6 10 20 SUMME 2.056 4.279 Aus dieser Studie ergibt sich fur den Landkreis ein ehemaliges Wasser- kraftpotential von 2.056 kW. Welter geht aus dieser Studie hervor, daB bei optimal 1 ausgebauten Standorten der Landkreis auf ein Wasserkraft- potential von 4.279 kW kommen wurde. Als Spezialanwendung fur die Ausnutzung der Wasserkraft im Landkreis Schmalkalden-Meiningen kann die WKV-Axialturbine zur Energiegewin- nung aus Trinkwasser in Sulzfeld bezeichnet werden. Fur die Aufberei- tungsanlage Sulzfeld wird Trinkwasser uber eine 54 km lange Rohrleitung mit einem Nettogefalle von 124 m transported. Ublicherweise wird der resultierende Druck uber ein Ventil entspannt, die Energie geht dabei „ver- loren".

1 ‘optimal bedeutet, daB durch gezielte Forschung und Entwicklung wesentlich verbesserte Turbinen fiir kleine Wasserkrafte mit geringen Fallhohen zum Einsatz kommen, die sich auszeichnen durch: - optimale Anpassung an nahezu jeden Bedarfsfall im jeweiligen Fallhohenbereich - maximalen Wirkungsgrad durch hydraulisch erprobtes Schaufelprofil - beste Teillastwirkungsgrade - hohe Betriebssicherheit bei erschwerten Bedingungen bei stark schwankendem und verschmutzten Triebwasser - wartungsarme Lager mit mindestens 100.000 Betriebsstunden - minimale Montagekosten durch besondere Konstruktion 107

Die Druckminderung kann aber auch energiegewinnend mit einer Turbine erreicht werden. Somit kam hier eine WKV-Axialturbine, deren Durchsatz sich mit der Drehzahl nicht verandert und bei Notabschaltung keinen un- zulassige hohen DruckstoB in der Leitung verursacht, zum Einsatz.

Technische Oaten:

H= 124 m Q = 205 I/s

P„ = 206 kW

4.4 Muhlenstandortstudie im Landkreis

Unabhangig von der Studie des Thuringer Ministeriums fur Landwirt- schaft, Naturschutz und Umwelt wurde von Dipl.-lng. Walter Herder eine weitere Untersuchung zu bestehenden und ehemaligen, historischen Wasserkraftstandorten durchgefuhrt. Die grundliche Recherche erfaiBte insgesamt 135 ehemaliae und bestehende Wasserkraftstandorte im Landkreis. Zum groBten Teil handelt es sich hierbei um historische Muh- lenstandorte. Darunter sind Muhlenstandorte erforscht und erfaBt, die wahrscheinlich erstmalig in einer aktuellen Veroffentlichung benannt werden. Von W. Herder wurde im Ergebnis der Untersuchungen zu dieser Studie eine interaktive menuaefuhrte Datenbank zu ehemaliaen und bestehen ­ den Wasserkraftstandorten in Sudthurinaen erstellt, die bei der FBF eingesehen werden kann. 1 Mit der Herder schen Studie wurde auch der Versuch unternommen, fiber eine Vergleichsrechnung die Energiepotentiale der historischen Wasser- kraftanlagen zu ermitteln; die Bezugsbasis dazu bildeten Wasserkraftanla- gen an der Werra (siehe Tabelle 3 ab Nr. 122). In Tabelle 3 werden die Erkenntnisse aus dieser Studie dargestellt.

1 Herder, W.: Interaktive menugefuhrte Datenbank „Muhlen in Sudthuringen"; darin sind 228 Muhlen, 73 Wasserlaufe und 130 Ortslagen erfaBt, das Wasseraufkommen wird einer Bewertung unterzogen. 108

Tabelle 3: Studie Muhlenstandorte im Landkreis

Nr. Muhlenname Ortslage Gewasser Faktor" QinnrrVs" 3 P.-inkW ’* Anzemuhle Oberweid Anze 0,006 0,08 0,74 2 Hachelsteinmuhle Asbach Asbach 3 0,077 0,96 9,47 3 Bohrmuhle Asbach/Naherstille Asbach 3 0,077 0,96 9,47 4 Rohrhammer Schmalkalden Asbach 3 0,077 0,96 9,47 5 Hainmuhle Bibra Bibra 2 0,022 0,27 2,71 6 Steinmuhle Wdlfershausen Bibra 2 0,022 0,27 2,71 7 Wolfershauser Muhle Wdlfershausen Bibra 2 0,022 0,27 2,71 8 Unter-Muhle Christes Christeser W. 0,006 0,08 0,74 9 Erbsmuhle Kattensundheim Felda 2 0,022 0,27 2,71 10 Ehrenmuhle Reichenhausen Felda 2 0,022 0,27 2,71 11 Raupenmuh/e Reichenhausen Felda 2 0,022 0,27 2,71 12 Obere Muhle Floh Rohbach 3 0,077 0,96 9,47 13 Schneidmuhle Floh Flohbach 3 0,077 0,96 9,47 14 Stetemuhle Seligenthal Flohbach 3 0,077 0,96 9,47 15 Struther Muhle Struth-Helmershof Flohbach 3 0,077 0,96 9,47 16 Mittlere Muhle Unterharles Harlesbach 2 0,022 0,27 2,71 17 Obere Muhle Unterharles Hariesbach 2 0,022 0,27 2,71 18 Untere Muhle Unterharles Harlesbach 2 0,022 0,27 2,71 19 Obermuhle Dillstddt Hasel 3 0,077 0,96 9,47 20 Ellingshauser Muhle Ellingshausen Hasel 4 0,28 3,48 34,44 21 Untere Riedmuhle Rohr Hasel 4 0,28 3,48 34,44 22 Haselmuhle Hermannsfeld Hasel 2 1 0,006 0,08 0,74 23 Obere Muhle Bettenhausen Herpf 3 0,077 0,96 9,47 24 Untere Muhle Bettenhausen Herpf 3 0,077 0,96 9,47 25 Rothe Muhle Gerthausen Herpf 2 0,022 0,27 2,71 . 26 Weyhersmuhle Gerthausen Herpf 2 0,022 0,27 2,71 27 Karstmuhle Helmershausen Herpf 2 0,022 0,27 2,71 28 Schneidmuhle Helmershausen Herpf 2 0,022 0,27 2,71 29 Herpfmuhle Herpf Herpf 3 0,077 0,96 9,47 30 Papiermuhle Herpf Herpf 3 0,077 0,96 9,47 31 Melkerser Muhle Melkers Herpf 3 0,077 0,96 9,47 32 Obere Muhle Melkers Herpf 3 0,077 0,96 9,47 33 Schneidmuhle Melkers Herpf 3 0,077 0,96 9,47 34 Bruckenmuhle Walktorf Herpf 3 0,077 0,96 9,47 35 Herpfmuhle Walldorf Herpf 3 0,077 0,96 9,47 36 Bermbacher Muhle Bermbach Heselbach 1 0,006 0,08 0,74 37 Beckenmuhle Brotterode Insetwasser 3 0,077 0,96 9,47 38 Mittlere Muhle Juchsen Juchse 2 0,022 0,27 2.71 39 Kurschnermuhle Neubrunn Juchse 2 0,022 0,27 2,71 40 Neumuhle Neubrunn Juchse 2 0,022 0,27 2,71 41 Mittlere Muhle Mehmels Katza 3 0,077 0,96 9,47 42 Obere Muhle Mehmels Katza 3 0,077 0,96 9,47 43 Schlagmuhle Mehmels Katza 3 0,077 0,96 9,47 44 Untere Muhle Mehmels Katza 3 0,077 0,96 9,47 45 Reifendorfer Muhle Oberkatz Katza 2 0,022 0,27 2,71 46 Olmuhle Unterkatz Katza 2 0,022 0,27 2,71 47 Wahnser Muhle Wahns Katza 2 0,022 0,27 2,71 48 Katz-Lohmuhle Wasungen Katza 3 0,077 0,96 9,47 49 Katzmuhle Wasungen Katza 3 0,077 0,96 9,47 50 Klosteimuhle Wasungen Katza 3 0,077 0,96 9,47 51 Schleifkothmuhle Wasungen Katza 3 0,077 0,96 9,47 52 Kurimbach-Muhle Henneberg Kdmbach 1 0,006 0,08 0,74 53 Kombach-Muhle Schwallungen Kombach 2 2 0,022 0,27 2,71 54 Oberkdmbach Schwallungen Kdmbach 2 1 0,006 0,08 0,74 55 Holl-Muhle Frankenheim Leubach 1 0,006 0,08 0,74 56 Obere Muhle Benshausen Lichtenau 3 0,077 0,96 9,47 109

Nr. Muhlenname Ortslage Gewasser Faktor" k,„,/ Q in m7s * P.-~inkW " 57 Papiermuhle Benshausen Lichtenau 3 0.077 0,96 9,47 58 Schlagmuhle Benshausen Uchtenau 3 0.077 0,96 9,47 59 Lichtenau-Muhle Ebertshausen Lichtenau 3 0,077 0,96 9,47 60 Neu-Muhle Kaltenwestheim Lotte 1 0,006 0,08 0,74 61 Lottenmuhle Mittelsdorf Lotte 2 0,022 0,27 2,71 62 Stedtenmuhle Mittelsdorf Lotte 2 0,022 0,27 2,71 63 Witzels-Muhle Mittelsdorf Lotte 2 0,022 0,27 2,71 64 Lubenbachmuhle Zella-Mehlis Lubenbach 2 0,022 0,27 2,71 65 Partemuhle Ritschenhausen Parte 2 0,022 0,27 2,71 66 Pulvermuhle Ritschenhausen Parte 3 0,077 0,96 9,47 67 Georgenzeller Muhle Georgenzell Rosa 2 0,022 0,27 2,71 68 Helmerser Muhle Helmers Rosa 3 0,077 0,96 9,47 69 Rosamuhle Rosa Rosa 2 0,022 0,27 2,71 70 Kohlbachsmuhle RoBdorf Rosa 2 0,022 0,27 2,71 71 Rossdorfer Muhle RoBdorf Rosa 2 0,022 0,27 2,71 72 Schildbachmuhle Eckardts Schildbach 1 0,006 0,08 0,74 73 Luckmuhle Schwarzbach Schildbach 3 0,077 0,96 9,47 74 Untere Walkmuhle Aue Schmalkalde 4 0,28 3,48 34,44 75 Glatt-Muhle Hohlebom Schmalkalde 3 0,077 0,96 9,47 76 Mahlmuhle Niederschmalkalden Schmalkalde 4 0,28 3,48 32 77 Alte Erbsmuhle Schmalkalden Schmalkalde 4 0,28 3,48 34,44 78 Alte Schlossmuhle Schmalkalden Schmalkalde 3 0,077 0,96 9,47 79 Auemuhle Schmalkalden Schmalkalde 4 0,28 >5 48 80 Gespringturbine Schmalkalden Schmalkalde 3 0,077 0,96 9,47 81 Alter Drahthammer Seligenthal Schmalkalde 3 0,077 0,96 9,47 82 Schneidmuhle Seligenthal Schmalkalde 3 0,077 0,96 9,47 83 Neue Muhle Weidebrunn Schmalkalde 3 0,077 0,96 9,47 84 Rasenmuhle Herges-Hallenberg Schdnau 3 0,077 0,96 9,47 85 Unterhammer Herges-Hallenberg Schonau 3 0.077 0,96 9,47 86 Oberhammer Unterschdnau Schdnau 2 0,022 0,27 2.71 87 Ratz-Muhle Viemau Schonau 3 0,077 0,96 9,47 88 Rasenmuhle Viemau Schdnau 3 0,077 0,96 9,47 89 Schneidemuhle Viemau Schdnau 3 . 0,077 0,96 9,47 90 Obere Riedmuhte Rohr Schwarza 3 0,077 0,96 9,47 91 Schneidmuhle Schwallungen Schwarzbach 3 0,077 0,96 9,47 92 Prokopsmuhle Schwarzbach Schwarzbach 3 0,077 0,96 9,47 93 Windtalmuhle Schwarzbach Schwarzbach 3 0,077 0,96 9,47 94 Obere Muhle Solz Solzbach 2 0,022 0,27 2,71 95 Fuchsmuhle Stepfershausen Solzbach 1 0,006 0.08 0,74 96 Hochmuhle Stepfershausen Solzbach 1 0,006 0,08 0,74 97 Kleine Muhle Stepfershausen Solzbach 1 0,006 0.08 0,74 98 Untermuhle Stepfershausen Solzbach 1 0,006 0,08 0,74 99 Dorrensolzer Muhle Dorrensolz Springbach 2 0,022 0,27 2,71 100 Mittelstiller Muhle Mittelstille Stille 2 0,022 0,27 2,71 101 Neumuhle Mittelstille Stille 2 0,022 0,27 2,71 102 Blechhammerturbine Schmalkalden Stille 4 0,28 3,48 34,44 103 Blechhammer Schmalkalden Stille 4 0,28 3,48 34,44 104 Neumuhle Sulzfeld Sulze 2 0,022 0,27 2,71 105 Zainhammermuhle Brotterode Truse 3 0,077 0,96 9,47 106 Olmuhle Fambach Truss 3 0,077 0,96 9,47 107 Papiermuhle Fambach Truse 3 0,077 0,96 9,47 108 Trusenmuhle Fambach Truse 3 0,077 0,96 9,47 109 Laufwasserkraftwerk Herges-Vogtei Truse 3 0,077 0,96 9,47 110 Trusenmuhle Trusen Truse 3 0,077 0,96 9,47 111 Winnemuhle Winne Truse 3 0,077 0,96 9,47 112 Kehlmuhle Metzeis Wallbach 1 0,006 0,08 0,74 113 Obere Wallbachsmuhle Metzels Wallbach 1 0,006 0,08 0,74 114 Georgshofmuhle Wallbach Wallbach 2 0,022 0,27 2,71 115 Schlagmuhle Wallbach Wallbach 2 0,022 0,27 2,71 110

Nr. Muhlenname Ortslaqe Gewasser Faktor “ km/ Q in m7s ° P in kW “ 116 Bachmuhle Westenfeld Weidbach 1 0,006 0,08 0,74 117 Hintermuhle Unterweid Weidbach 2 0,022 0,27 2,71 118 Vordermuhle Unterweid Weidbach 2 0,022 0,27 2,71 119 Mittlere Muhle Welkershausen Welkershauser Bach 1 0,006 0,08 0,74 120 Obere Muhle Welkershausen Welkershauser Bach 1 0,006 0,08 0,74 121 Untere Muhle Welkershausen Welkershauser Bach 1 0,006 0,08 0,74 122 Belriether Muhle Belrieth Werra 5 1 12,5 123 123 Obere Muhle Breitungen Werra 5 1 12,5 5 124 Untemnuhle Breitungen Werra 5 1 1,5 12 125 Gerlachmuhle Einhausen Werra 5 1 1,5 123 126 Werramuhle Leutersdorf Werra 5 1 12,5 123 127 E-Werk Meiningen Werra 5 1 12,5 123 128 Mittelmuhle Meiningen Werra 5 1 12,5 123 129 Walkmuhle Meiningen Werra 5 1 12,5 123 130 Elektrizitatswerk ObermaBfeld Werra 5 1 12,5 123 131 Laufwasserkraftwerk Schwallungen Werra 5 1 12,5 123 132 Werramuhle Vachdorf Werra 5 1 12,5 123 133 Papiermuhle Walldorf Werra 5 1 12,5 123 134 Papiermuhle Wemshausen Werra 5 1 12,5 123 135 Niedermuhle Wasungen Werra/Muhlgraben 4 0,28 3,48 34,44' 136 Pforten-Schneidmuh/e Wasungen Werra/Muhlgraben 4 0,28 3,48 34,44 137 Pfortenmuhle Wasungen Werra/Muhlgraben 4 0,28 3,48 34,44 138 Aumuhlen Friedelshausen Wurmling 1 0,006 0,08 0,74 139 Obere Muhle Kaltenlengsfeld Ziegelbach 1 0,006 0,08 0,74 140 Untere Muhle Kaltenlengsfeld Ziegelbach 1 0,006 0,08 0,74 141 Untere Muhle Zillbach Zillbach 2 0,022 0,27 2,71 Gesamt = 2.302 kW

Aus der Studie von Dipl.-lng. W. Herder wird ein theoretisches Leistungs- potential von insgesamt 2.302 kW ersichtlich. Dies entspricht einer theoretischen elektrischen Leistung von etwa 1.877 kW. 1

1 Nr. 135 bis 137 sind nicht mehr reaktivierbar, da der dazugehorende Miihlengraben nicht mehr existiert. 111

4.5 Fazit

Zur Zeit warden im Landkreis bei einer installierten Leistung von 651 kW etwa 3,3 GWh/a an Strom erzeugt. Dies entspricht lediglich 0,6 % des gesamten Strombedarfs im Landkreis. Geht man alleine nur von der theo- retischen Leistung von 4.279 kW aus, die durch das Thuringer Ministeri- um fur Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt ermittelt worden ist, und wenn die ehemaligen Wasserkraftanlagen (Tabelle 2) optimal ausgebaut waren, so ergibt sich folgende Prognose fur den Landkreis Schmalkalden- Meiningen: e 21,7 GWh/a Jahresstromerzeugung durch Wasserenergie • das entspricht 4,0 % des derzeitigen Gesamtstrombedarfs • Verminderung des C02-Ausstol3es gegenuber der Energie- erzeugung mit Kohle: 21.4331C02 • equivalent dafur mulBten ca. 5,1 Mio. I Ol verbrannt werden • um diese C02-Beiastung der Umwelt zu neutralisieren, ist eine Waldflache von ca. 3760 ha = 37,6 km2 Wald notwendig (Ge- samtflache Landkreis = 1.210 km2).

Die heutige realisierte Leistung bei Wasserkraft entspricht gerade 15,2 % der reaktivierbaren Leistung. Bei der Umsetzung der oben genannten technischen Realisierungsmoglichkeiten mussen bestehende Diskrepan- zen zwischen derzeit politischen Handlungsrichtlinien und den Forderun- gen, die sich aus dem Klimaschutz ergeben, uberwunden werden. In einer Wasserkraftstudie des Thuringer Ministeriums fur Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt wird gefordert: 1 1

1 Thuringer Ministerium fur Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt: Wasserkraftstudie, Erfurt 1999. In dieser Studie wurden nur Standorte an den funf wichtigsten Thuringer Gewassem, der Saale, WeiBe Elster, Unstrut, llm und der Werra untersucht. 112

„ Aufgrund der geltenden Verpflichtung zur Erhaltung und Herstellung der okologischen Funktion der Gewasser 1 wird eine Energiegewinnung aus Laufwasserkraft grundsatzlich nur noch an vorhandenen Querbauwerken, das sind in der Regel feste Wehranlagen, als mdglich betrachtet. Bei der Untersuchung der vorhandenen Standorte erfolgte eine Selektion nach Nutzbarkeit zur Energiegewinnung Oder Nichtnutzbarkeit. AuBerdem wur- de ermittelt, um welche Hohe des Wasserkraftpotentials es sich dabei handeln kann. Das in dieser Studie ermittelte Potential stellt die theoretische optimale Ausbauleistung dar, die unter uneingeschrankten optimalen Bedingungen installierbar ware, jedoch nur fur Standorte, die als ,nutzbar ‘ zum Zweck der Energiegewinnung aus Laufwasserkraft beurteilt wurden. Damit wird das theoretische Wasserkraftpotential eines Gewassers wesentlich redu- ziert. Festgestellt wurde, daB insbesondere bei Reaktivierungen alter Anlagen die realisierbaren Ausbauleistungen erheblich unter dem Wert des ermit- telten optimal nutzbaren Potentials liegen. Dagegen ergibt die Untersu ­ chung, daB an vorhandenen fur die Wasserkraftnutzung aeeiqneten Querwerken . die bisher nicht zur Energiegewinnung dienten, das ermittel­ te optimale Potential weitestgehend ausgeschdpft werden konnte. ... Von Bedeutung ist, daB die konkrete Forderung zur Wiederherstellung bzw. Verbesserung der okologischen Durchgangigkeit der FlieBgewasser Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit von Wasserkraftanlagen hat."

1 lm Rahmen dieser Studie wurden die bekannten einschrankenden umweltschutz- und gewasserokologisch relevanten Bedingungen anhand von vorliegenden naturschutzfachlichen und wasserwirtschaftlichen Studien in allgemeiner Form einbezogen. Insbesondere wurden an jedem Standort die fischereibiologischen Probleme hinsichtlich der Notwendigkeit zur Herstellung der okologischen Durchgangigkeit der Gewasser berucksichtigt. Dabei ist zu beachten, daB damit die besonderen spezifischen Untersuchungen am Einzelstandort keinesfalls ersetzt werden Oder diese Studie daftir zugmnde gelegt werden kann. Daruber hinaus besitzen die aufgefuhrten Anlagenparameter keine Planungs- Oder Rechtsverbindlichkeit. 113

AbschlielBend wird in der Wasserkraftsstudie festgestellt, „daB in Thurin- gen die hydrographischen und hydrologischen Bedingungen fur eine dis- kussionswurdige Erhohung des Ante!Is der erneuerbaren Energie aus Laufwasserkraft am gesamten Stromaufkommen des Landes nicht gege- ben bzw. von untergeordneter Bedeutung sind. Auch mit einem Ausbau der vorhandenen noch nutzbaren Standorte kann dieser Anteil nur unwe- sentlich gesteigert werden. Dennoch ist der mit dieser Studie vorliegende Datenspeicher mit den als nutzbar eingeschatzten Standorten gleichzeitig eine Entscheidungshilfe fur die Gewahrung von Zuwendungen fur Anlagen, an denen aufgrund der Gegebenheiten die Energiegewinnung aus Wasserkraft einen Vorteil fur das Gemeinwohl erbringen kann." Wegen der Festlegung, dalB Anlagen zur Energiegewinnung aus Laufwas ­ serkraft grundsatzlich nur noch an vorhandenen Querbauwerken als mbg- lich betrachtet werden, sind die vorhandenen Querbauwerke (z.T. alte Wehranlagen) von den Gewassern Werra, Hasel und Schmalkalde in die- se Bearbeitung aufgenommen worden (siehe Anlage). 1 Dabei sind der Standort der Querbauwerke und die derzeitige Nutzung mit angegeben. Trotz starker umweltschutz - und gewasserokologischen Einschrankun- gen existieren, wie oben aufgezeigt zahlreiche mogliche Wasserkraft- standorte (vorhandene Querbauwerke) im Landkreis. Diese Standorte be- durfen einer genaueren Untersuchung, urn z.B. Reaktivierungsmoglichkei- ten bestehender Anlagen zu prufen.

Auf der Grundlage einer Zuarbeit des Staatlichen Umweltamtes Suhl. 114

Anlage: Bild 1: Wasserkraftstandorte im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

Wasserkraftstandorte im Landkreis

Nr. Muhlennahme Standort Gewflsser AnschschluBleistung In kK 1 BruckenmCihle Vachdorf Werra 15,0 2 Werramuhle Einhausen Werra 190,0 3 Frankeninsel Obermaflfeld Werra 264,0 4 Kammgamspinnerei Wemshausen Werra 54,0 5 Untere Muhlen Breitungen Werra 12,0 6 Rasenmuhle Viemau Schdnau 11.0 7 Zainhammer Brotterode 15,0 8 Museum Schmalkalden Schmalkalde 41,0 .Neue Hutte" 9 Gesenkschmiede Lubenbach Lubenbach 10,0 10 Gesenkschmiede Trusetal/Winne Truse 17.5 115

5 Energieholzpotential im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

5.1 Einfuhrung

Der Landkreis ist sehr waldreich und besitzt dadurch groBe Energieholz- potentiale, die zum grolBten Teil noch ungenutzt sind. Man kann sagen: „Die Energie liegt vor der Haustur, man muB sie nur nutzen". Aus diesem Grund soil in erster Linie das Energiepotential des Waldes (Energiewald- holzpotential) betrachtet und ausgewertet werden. Es sind aber auch be- achtliche Potentials von Restholzmengen aus der Industrie vorhanden.

Die energetische Verwertung von Holz ist grundsatzlich zu befurworten, denn sie ist C02-neutral und damit umweltfreundlich. Der Bedarf an foss- ilen und kernenergetischen Rohstoffen wird welter reduziert und damit die Abhangigkeit von diesen Energietragern verkleinert; zudem wird der Fi- nanzabfluB aus dem Landkreis herabgesetzt. AuBerdem wurde die energetische Nutzung von Waldholz zur Erhaltung und Schaffung neuer Ar-beitsplatze beitragen.

5.2 Potential und Nutzung von energetisch verwertbarem Holz im Landkreis

5.2.1 Das Energieholzpotential

Der Landkreis hat insgesamt eine Waldflache von 57.784 ha. Bei einer Gesamtflache des Landkreises von 121.016 ha sind rund 47,7 % Wald ­ flache. Schon diese Zahl deutet auf ein grolBes Potential hin. 116

Nach Befragungen bei den groBen zustandigen Forstamtern und bei Forstern, die groBe Privatwaldflachen bewirtschaften sowie nach Anga- ben aus der Fachliteratur ergaben sich unterschiedliche Werte iiber Zu- wachsraten des Holzes in der Region. Wenn man den Durchschnitt der angegebenen Spannbreite ermittelt, kann man von folgenden Werten ausgehen: • Zuwachsrate : 6,5 fm / ha a

• Einschlag : 2 fm / ha a Daraus wird eine groBe Diskrepanz aus der jahrlichen Zuwachsrate und dem Einschlag sichtbar. Das heiBt, es wachst wesentlich mehr Holz nach, als genutzt wird. Weitere Nachforschungen haben ergeben, daB die heutige Energieholz- verwertung im Landkreis in einer GroBenordnung von 6.500 fm/a bis 7.000 fm/a liegt. Wenn man nun ansetzt, daB das jahriiche Energiewaldholzpotential nur etwa 1 fm/ha a betragt, wurde sich bei einer Waldflache von 57.784 ha ein jahrliches Energie­ waldholzpotential von 57.784 ha • 1 fm / ha a = 57.784 fm/a ergeben 1.

1 Hierzu haben Konsultationen mit Forstamtern im Landkreis und der Landesforstdirektion Oberhof stattgefunden. 117

Jedoch wurde durch eine weitere Untersuchung ein noch hoheres Ener- giewaldholzpotential ausgewiesen. Diese Untersuchung beruhte auf dem durch die zustandigen Forstamter des Landkreises aufgenommenen Po­ tential. Wie die folgende Tabelle zeigt, liegt das Energiepotential hier bei 73.395 fm / a. Tabelle 1: Ausgewiesene Energiepotentiale der einzelnen

Forstamter (Stand : 2000)

Forstamt Energieholzpotential in fm/a Meiningen 11.383 Dietzhausen 12.638 Oberhof 5.910 Wasungen 8.894 Kaltennordheim 7.503 Schnellbach 9.501 Schmalkalden 8.547 Breitungen 8.019 Summe 73.395

Beide Ermittlungen sind kein Widerspruch, sondern weisen eine realisti- sche Spannbreite des jahrlichen Energieholzpotentials im Landkreis von 57.000 fm/a bis 73.000 fm/a aus. Ausgehend von dem ermittelten Waldholzpotential 57.000 fm/a (unterer Grenzwert) und der Tatsache, daB lediglich rund 7.000 fm/a zur Ener- gienutzung verwertet werden, ergibt sich ein ungenutztes Energiepotential von 50.000 fm / a. Das heilBt, es werden nur 12,3 % des Energiewald- holzpotentials energetisch eingesetzt. 118

Bild 1: Energieholzpotentiale des Waldes im Landkreis

Energieholzpotentiale des Waldes im Landkreis

60.000 57.000

50.000

40.000 IB g 30.000

20.000

10.000

0 gesamtes Potential gegenwartig ungenutztes Potential genutztes Potential

• Restholz aus der holzverarbeitenden Industrie

Im Landkreis existiert eine ausgepragte holzverarbeitende Industrie, dar- unter auch mehrere mittelgroBe Sagewerke. Aus Befragungen und Hoch- rechnungen, eraibt sich hieraus ein weiteres Potential von mindestens 45.000 fm/a.

• Abfall- und Altholz

Abfall- und Altholz werden nicht aufgefuhrt, da diese oftmals stark konta- miniert sind und dann fur eine herkommliche energetische Verwertung unbrauchbar sein konnen. 119

• Warmepotential aus Holz Um das gesamte Warmepotential aus Waldholz und Industrieholz zu be- rechnen, wurden folgende Heizwerte angenommen:

• Waldholz 1: 2.250 kWh /fm

» Industrieholz 12: 1.400 kWh / fm

Daraus ergibt sich fiber

57.000 fm/a • 2.250 kWh / fm = 128,3 GWh / a (aus Waldholz) 45.000 fm/a • 1.400 kWh/fm = 63 GWh / a (aus Industrieholz) ein gesamtes Energiepotential von 191,3 GWh / a.

5.2.2 Verwertung des Holzpotentials

5.2.2.1 Verwertung in privaten Haushalten Eine Ausdehnung moderner Holzfeuerungsanlagen des privaten Haus- brandes ist aus okonomischen und okologischen Grunden zu befurwor- ten. Besonders interessant sind Anlagen mit kleineren Leistungen (10 kW bis 30 kW) fur 1 bis 2 Familienhauser, die in Form von modernen Scheit- holzkesseln vorliegen. Ausgehend von der Annahme, da(3 der Heizenergiebedarf eines Einfamili- enhauses (EFH) ca. 22.000 kWh / a betragt, soli folgende Betrachtung angestellt werden: WgeS| theor = 191,3 GWh / a Wges = 0,80 • Wges, theor = 153,04 GWh / a Wges = 153.040.000 kWh / a =22.000 kWh / a EFH = 6.956 EFH und damit rund 7.000 EFH.

1 gewichteter Mittelwert aus dem FBF Projekt „Ermittlung des Energiepotentials aus dem nachwach- senden Rohstoff Holz fur den Landkreis Schmalkalden - Meiningen" 2 siehe vorhergehende FuBnote 120

Das heifBt, wenn man das gesamte Holz-Warmepotential des Landkreises in Relation zum Heizenergiebedarf eines Einfamilienhauses setzt, ergibt sich eine GroBenordnung von 7.000 Einfamilienhausern. Dies sind 34,5 % der Einfamilienhauser des Landkreises, die damit voll beheizt werden konnten. Die folgende Tabelle des BMWi1 stellt einen Kostenvergleich dar. Die Werte verdeutlichen, daB es durchaus wirtschaftlich sein kann, eine Holzbefeuerung zu betreiben. Tabelle 2: Kostenvergleich verschiedener Brennstoffe 2

Brennstoff Bemerkung Pre sspanne (DM ohne MwSt.) Kosten Kosten Kosten pro Jahr pro Tonne pro 1000 kWh bei 11.200 kWh Bedarf Scheitholz Selbstwerbunq 0-180 0-45 0-504 Scheitholz ofenfertig, ab Wald 90 - 300 22,50 - 75 252 - 840 Scheitholz ofenfertig, frei Haus 190-420 47,50-105 532-1176 Hackschnitzel frei Haus 90-180 22,50 - 45 252 - 504 Sagereste frei Haus 10-135 2,50-33,75 28 - 378 Pellets frei Haus 250 - 600 48-115 538- 1288 Heizol ca. 64 717 Erdgas13 2 40,90 458,08

5.22.2 Hackschnitzelfeuerungsanlagen im Landkreis Die Hackschnitzelfeuerung ist eine weitere sinnvolle energetische Verwer- tung von Holz. Sie eignet sich meist fur hoheren Energiebedarf, wie Mehr- familienhauser Oder Betriebe. Es existieren im Landkreis 2 groBere Anla- gen, die mit Hackschnitzeln betrieben werden. Eine Anlage in Brotterode mit 835 kW und eine in Kaltensundheim mit 700 kW. Hierbei kommen in erster Linie Holzspane, Hackschnitzel und Spanebriketts zur Anwendung. Beide Anlagen gewahren bisher einen zuverlassigen Warmeversorgungs- betrieb. Sie sind als nachnutzungsfahige Projekte fur weitere Warmever- sorgungsanlagen offentlicher und privater Gebaude einzuordnen.

Deshalb soil nachfolgend das Projekt „Hackschnitzelversorgung im Hal- lenbad Brotterode" kurz vorgestellt werden. 1

1 BMWi - Bundesministerium fur Wirtschaft und Technologie, Berlin 2 Quelle: Prospekt des BMWi, Berlin 2000 3 Quelle: Vom FBF ermittelter Durchschnittswert eines regionalen Gasversorgers fur 1999 121

5.3 Forderungen von Holzfeuerungsanlagen

Durch FordermalBnahmen warden weitere Anreize fur eine Holzfeuerungs- anlage geschaffen. So wird z.B. bei automatisch beschickten Anlagen bis 100 kW ein ZuschuB in Hdhe von 120 DM je kW errichteter installierter Nennleistung gewahrt, mindestens jedoch 4.000 DM je Einzelanlage. Bei Anlagen mit einer installierten Nennwarmeleistung von mehr als 100 kW verbilligt das BMWi Kredite, die von der Kreditanstalt fur Wieder- aufbau ausgereicht warden. Als Verbilligung wird ein SchulderlaB von 120 DM je kW errichteter installierter Nennwarmeleistung und zusatzlich von 360 DM je kW errichteter installierter elektrischer Nennwarmeleistung gewahrt, maximal 1.500.000 DM.

5.4 Anwendungsfalle zur Nutzung des Energieholzpotentials

5.4.1 Hackschnitzelanlage Brotterode

Proiektbeschreibuna Das Freizeitbad in Brotterode (Bild siehe Anhang) wird von einem automa ­ tisch beschickten Holzspanekessel beheizt, welcher ausschlielBlich erneu- erbare Energietrager verwendet. Diese sind in erster Linie Holzspane, Hackschnitzel und Spanebriketts. Bei Ausfall dieser Kesselanlage besteht die Option, zwei Gaskessel zuzuschalten, so dal3 eine weitere Warmever- sorgung gewahrt bleibt. Der Holzspanekessel ist in der Lage, das gesam- te Bad mit Warme zu versorgen und hat eine gesamte Nennwarme ­ leistung von 835 kW. Die jahrliche Warmeabgabe liegt bei etwa 2.600 MWh/a. Durch attraktive Forderungen dieser Anlagen *2 (120 DM/kW) wer- den die Anschaffungskosten erheblich reduziert und eine Wirtschaftlich- keit besser ermoglicht.

' siehe auch FBF-Projektbeschreibung „Flackschnitzelversorgung im Hallenbad Brotterode", die als Anlage dem Energiekonzept beigefugt ist. 2 Uber das BMWi 122

Die Energieerzeugungskosten werden mit 40 DM/MWh angegeben. Da- durch wird ein Warmeverkaufspreis ermoglicht, der ca. 10 % unter dem Gas-Marktpreis liegt. Der Betrieb dieser Unterschub-Feuerungsanlage ist groBtenteils automatisiert. Kessel, Feuerung und Abgasstaubabscheider werden zentral gesteuert und uberwacht. Der Spanekessel wird mit Hilfe einer Forderschnecke mit Spanen beschickt und die Asche mit einer Entaschungsschnecke entleert. Zudem ist zwischen dem Kessel und der Spanezufuhr eine Zellenradschleuse eingebaut, die einen Ruckbrand der Spane in die Forderschnecke verhindert. Des weiteren wird standig die Kesselleistung durch Temperaturfuhler am Kessel und am Kamin gemes- sen, urn eine drohende Schornsteinversottung (GlanzruGbildung) zu ver- hindern. Auch wird das im Abgas befindliche Kohlenmonoxid standig ge- messen und in dem Anlagecomputer ausgewertet.

AuBerdem stellt die Steuerungstechnik eine optimale Verbrennung zu jeder Zeit sicher, die somit auch zu einer optimalen C02-Verbrennung fuhrt.

Wirtschaft/ichkeitsbetrachtungf

• Ausgangsdaten

- Bisheriger jahrlicher Warmeverbrauch 2.600 MWh/a - Bisheriger Heizolverbrauch ca. 325 m3/a = 325.000 I/a

- gegenwartiger Heizolpreis ca. 750 DM/m3 = 75 Ff/I

Wirtschaftlichkeitsvergleich

Nachfolgend wird ein Wirtschaftlichkeitsvergleich zwischen dem Einsatz von Heizol und dem Einsatz von Hackschnitzeln durchgefuhrt.

Die Investitionskosten und die Finanzierungskonditionen warden nicht zur Verfiigung gestellt. 123

• Einsatz von Heizol Aus den oben aufgefuhrten Oaten ergibt sich ein Warmepreis -Wp1 - bei Einsatz von Heizol uber den Jahreswarmepreis - Wp1a Wp1a = 325 m3/a . 750 DM/m3 = 243.750 DM/a Wp1 =Wp1a : 2.600 MWh/a = 93,75 DM/MWh = 9,73 Pf/kWh In diesem Preis sind die Kosten fur die Wartung, Reparatur, Schornstein- reinigung und Investition (Anschaffung des Olkessels ) nicht eingerechnet (sie fallen bisher praktisch zusatzlich an).

• Einsatz der Hackschnitzelwarmeversorgung Der Warmeliefervertrag fur Hackschnitzel garantiert einen um 10 % niedrigeren Warmepreis als bisher. Auf der Grundlage der o.a. Rechnung wurde dieser Warmepreis betragen 1:

Wp2 = 93,73 DM/MWh -10% 93,73 DM/MWh - 9,37 DM/MWh Wp2 = 84,36 DM/MWh = 8,4 Pf/kWh Wp2a = 2.600 MWh/a . 84,36 DM/MWh = 219.336 DM/a

• Einsparung Damit ergibt sich auf der Basis des o.a. jahrlichen Warmeverbrauchs eine jahrliche Einsparung beim Kunden bei Nutzung des Warmeliefervertrages von: E = 243.750 DM/a - 219.336 DM/a E = 24.414 DM/a zuzuglich der bisherigen Festkosten fur Wartung, Reparatur, Schornstein- reinigung usw. ( alle Preisangaben Netto ). Bei noch hdheren Olpreisen wurden sich selbstverstandlich noch groBere Einsparungen ergeben (z.B.: Einsparung bei einem Olpreis von 90 Pf/I und gleichem Warme- verbrauch - 29.250 DM/a zuzuglich Einsparung an Festkosten).

Wp2- Warmepreis bei Einsatz von Hackschnitzeln; Wp2a - Jahreswarmepreis 124

• Verminderung von Emissionen Die schon erwahnte Steuerungstechnik garantiert eine optimale Verbren- nung, die somit auch zu einer emissionsmindernden Verbrennung fuhrt. Die ermittelten Staubemissionen liegen bei 70 mg (Grenzwert 150 mg) und die CO-Emissionen bei 100 mg ... 200 mg (Grenzwert 300 mg), be- zogen auf 13 % Sauerstoffgehalt bei der Verbrennung. Durch die quasi C02 - neutrale Warmeerzeugung auf Basis der Holzv- erbrennung ergibt sich eine Verminderung des C02 - AusstoBes pro Jahr von 1.014 t/a gegenuber der Warmeerzeugung auf der Basis von Heizol.

• Fazit Die Anlage ist als eine interessante und umweltschonende Alternative zu betrachten, vor allem gegenuber zu den herkommlichen Heizsystemen, die auf fossilen Energietragern basieren. Zudem steht sie im Einklang mit den groBen Restholzvorkommen des Landkreises. Hierbei wird der As- pekt beachtet, daB bei der Verwendung von Holz, als einem heimischen Energietrager, nicht nur ein okologiefreundliches Heizsystem zur Anwen- dung kommt, sondern gleichzeitig auch Arbeitskrafte der Region fur die Energieversorgung benotigt werden und zum Einsatz kommen. Aus die- sem Grund sollte bei Planungen von Heizungsanlagen fur kommunale und soziale Zwecke eine Holzspanefeuerungsanlage bedacht werden. Mogli che Anwendungen stellen z.B. Schulen, Verwaltungsgebaude, Betriebe und Wohnanlagen dar, an denen das Heizsystem heute schon erfolgreich angewendet wird.

5.4.2 Unternehmenskonzept zur ErschlieBung des energetisch verwertbaren Waldholzes

Eine ausfuhrliche Darstellung dieser Problematik ist im FBF - Projekt „Struktur- und Bewirtschaftskonzept fur ein Restholzverwertungsunter nehmen" zu finden, das als Anlage dem Energiekonzept beigefugt ist. 125

Es wird die Grundung einer Unternehmung im Landkreis Schmalkalden - Meiningen betrachtet, die aus Restholz der Forstwirtschaft und Industrie, Hackschnitzel zur energetischen Verwertung verarbeitet. Entscheidend hierbei ist die Wirtschaftlichkeit einer solchen Unterneh ­ mung. Aus diesem Grund sollen anhand eines Beispiels, die zu erwarten- den Ertrage und Kosten berechnet und gegenubergestellt werden. Zur Umsetzung der Unternehmensidee hat man sich fur folgendes Kon- zept entschieden: 1

Im Rahmen der Bestandspflege des Waldes werden die zu entnehmen- den Baume und Abschnitte maschinell Oder motormanuell gefallt, aufge- arbeitet und sortimentsweise an teste AbfuhrstraBen geruckt. An- schlieBend erfolgt die Hackung durch Einsatz mobiler Hacker im Wald. Die Hackschnitzel werden vor Ort (im Wald) entsprechend gelagert und kdnnen je nach Bedarf an einzelne Heizwerke schnellstmoglich geliefert werden. Diese Methode erlaubt eine sehr hohe Flexibilitat bei mdglichen Lagerkostenminderungen. Fur das Unternehmen sind insgesamt 12 Arbeitnehmer vorgesehen, die in 4 Arbeitsgruppen zu je 3 Arbeitskraften unterteilt werden. Damit ist es moglich, flexibei auf alle beeinflussenden Faktoren wie Hackschnitzelbe- darf, Wetter und soziale Aspekte zu reagieren. Eingesetzt werden kdnnen auch Arbeitswillige aus forstfremden Bereichen. Damit auch von diesen die geforderten Aufgaben ausgefuhrt werden kdn ­ nen, ist ein zusatzliches Bildungs- und Qualifizierungsprogramm zu absol- vieren.

Ideentrager dieses Konzeptes ist Herr Renko Bercz, der auch das o. g. FBF- Projekt bearbeitet hat. 126

Berechnuna der zu erwartenden Ertrage und der anfallenden Kosten

• Annahmen zur Ertrags- und Kostenrechnung

Es wird davon ausgegangen, daB ein Waldarbeiter im Durchschnitt taglich 0,5 ha an Bestandspflege realisiert. 12 Waldarbeiter wurden demnach ei- ne jahrliche Bestandspflege von 1.188 ha bewaltigen. Hierbei sind Unter- richt, Urlaub, Feiertage und Krankheit berucksichtigt. 1 Tagesleistung pro FW: 0,5 ha (FW = Forstwirt) monatl. Leistung / FW : 11 ha monatl. Leistung / 12 FW : 1 32 ha Gesamtjahresflache : 1.188 ha/a Gesamtjahresleistung : 16.275 t/a • Ertragsrechnung aus der Bestandspflege

Es wird angenommen, daB aus der Bestandspflege des Waldes zusatzli- che Ertrage erzielt werden konnen. Diese Ertrage ergeben sich in Abhan- gigkeit der GroBe des Waldes und werden mit 300 DM/ ha angenom ­ men. Der Gesamtertrag aus der Bestandspflege ergibt sich wie folgt.

1.188 ha/a • 300 DM / ha = 356.400 DM/a • Kostenrechnung

Die fur die gesamte Unternehmung jahrlichen Kosten werden im folgen- den betrachtet und in Kostenbldcke aufgeteilt. • Kosten fur den Hackereinsatz: 169.429 DM • Kosten fur den Transport: 69.171 DM • Ausrustungskosten: 49.632 DM • Lohn- und Nebenkosten: 469.985 DM # Verwaltungskosten, allgemeine Kosten: 75.000 DM # Gesamtkosten der Unternehmung: 833.217 DM/a

Einzelberechnungen - siehe o. g. FBF- Projekt 127

Zur WirtschaftHchkeitsbetrachtung werden zwei Annahmen getroffen: • Annahme 1

Die erste Annahme geht davon aus, daB durch die Bestandspflege ein Er- trag von 356.400 DM erzielt werden kann. In diesem Fall mussen den jahrlichen Gesamtkosten die Erlose aus der Bestandspflege entgegenge- setzt werden. Daraus ergeben sich:

833.217 DM /a-356.400 DM/a = 476.817 DM/a Diese 476.817 DM/a werden mit der Gesamtjahresleistung von 16.275 t/a in Relation gesetzt.

476.817 DM/a : 16.275 t/a = 29,30 DM /1 Bei dieser Annahme betragen die Kosten 29.30 DM fur eine Tonne Hack- schnitzel. • Annahme 2

Die zweite Annahme geht davon aus, daB durch die Bestandspflege kein Ertrag erzielt werden kann. Das heiBt die gesamten Kosten mussen durch den Verkaufspreis gedeckt werden. Hierbei werden die gesamten Kosten von 833.217 DM/a mit der Gesamt­ jahresleistung von 16.275 t/a in Relation gesetzt. 833.217 DM/a : 16.275 t/a = 51,50 DM /1 Danach betragen die Kosten 51.50 DM fur eine Tonne Hackschnitzel. 128

• Fazit

Nach eigenen Ermittlungen betragt der Kaufpreis einer Tonne Hack- schnitzel zur Zeit ca. 75 DM. Marktschatzungen besagen, daB der Preis voraussichtlich weiter steigen wird. Durch die angestellte Betrachtung ge- langt man zur Erkenntnis, daB eine Hackschnitzelaufbereitung im Land- kreis Schmalkalden mit und ohne FordermaBnahmen durchaus eine Wirt- schaftlichkeit erreichen kann.

5.4.3 Kurzbeschreibung eines Gas- und Dampfturbinen Heizkraftwerkes auf Holzbasis

• Projektdarstellung 1

Bei der Anlage handelt es sich um eine Kraft - Warmekopplungsanlage auf Holzbasis mit Einsatz einer GuD (Gas- und Dampfturbine) - Turbinen- anlage. Um eine Gasturbine betreiben zu konnen, ist ein Brenngas erfor- derlich. Das zum Betrieb erforderliche Brenngas wird aus dem eingesetz- ten Holz mittels zweier Holzvergaser gewonnen. In diesen Vergasern herr- schen Temperaturen von ca. 2000 °C, bei denen samtliche organische Verbindungen des Holzes aufgespalten werden und vergasen. Das dabei entstehende Rohgas (mit 20 % H2) muB einige Reinigungsstufen durchlaufen, um fur den GasturbinenprozeB unerwunschte Bestandteile abzufuhren. Am Ende des Gasturbinenprozesses tritt Abgas mit einer Temperatur von ca. 490 °C aus. Mit diesem Abgas wird ein Abhit- zedampfkessel beaufschlagt und es wird Dampf von 400 °C mit einem Druck von 41 bar erzeugt. Bei diesem ProzeB wird das Gasturbinenabgas auf ca. 190 °C abgekuhlt. Mit solch temperiertem Abgas ist noch eine Warmenutzung fur die Beheizung eines Fern- Oder Nahwarmenetzes mdglich. Danach wird das Abgas uber einen Schornstein in die Atmosphere abgegeben.

’ Hierzu wurde von der im Landkreis ansassigen Firma Recycling - Park Schwallungen GmbH (i.G.) durch die Geschaftsfuhrer M. Mandel und R. Mandel ein Projektauftrag an die TU Bergakademie Freiberg vergeben. Als Ergebnis liegt ein technisches und logistisches Konzept vor, das von der FBF bewertet wurde. 129

Bild 2: Funktionsschema der Anlage 1

1 Breonstoffbunker 2 Breonstofftrockner 3 Zwisdwn bunker und Beschlckungseinrichtung 4 Hotzvefgaser 5 Gaszyklon (grob) 9 Rohflwsktihter 7 Fetnfiiter SSaugzug

10 FrischluflgebUse 1 11 Brennkammec 12 Hochlemperatur- Warmeubeftrager (WO) 13 Frischlullgebiflse 2 HHeiBgashfltine 15 Abhitzedampferzeuger 16 Rauchgas-WO 17 Kamin 18 Entnahme- Kondensations- Dampfturtime 19 Heizkondensator Rohholz 20 Kondensatof 21 Kuhlturmkreislauf, Kondensator 22 Nahwarmetrasse 23 WO, NelWFemwamte 24 Kondensat-Vorwflrmer 25 Speisewassefbehfllter 26 SpeisewassereufbereHung

HKW-Projekt TU BAF

GAS- UND DAMPFTURB1NEN-HEIZKRAF7WERK euf Holzgasbasia Siebenlehn

Bine zusatzliche Komponente der Anlage 1st ein Rostkessel zur Holz- verbrennung, dessen Warme zur Herstellung von Dampf verwendet wird. Dieser Dampf hat die gleichen Parameter wie die des Abhitzekessels. Beide Dampfmengen werden auf eine Entnahme-Kondensations- Dampfturbine geleitet. Durch die Entspannung des Dampfes wird die Tur ­ bine und somit ein Generator angetrieben. Aus der Turbine kann Dampf bei einer Druckstufe von 3 bar und einer Temperatur von ca. 160 °C ent- nommen werden. Mit diesem Dampf kann ein Nah- bzw. Fernheizungs- netz beheizt werden.

Quelle: TU Bergakademie Freiberg 130

Wenn keine Warmeabnahme erfolgt, kann die Dampfturbine im Konden- sationsbetrieb gefahren werden, d. h., der Dampf wird bis zur (Condensa ­ tion in der Turbine entspannt und es kann eine hohere elektrische Leistung bereitgestellt werden. Die Errichtung einer solchen Anlage ist aus wirtschaftlicher und okologi- scher Sicht positiv zu bewerten. Fur den Betreiber der Anlage ist aufgrund der ansetzbaren Fordermittel fur Investition und Stromverkauf, sowie der gewahrten steuerlichen Entlastungen, ein wirtschaftlicher Betrieb der An ­ lage moglich. Fur die Region, in der ein solches Heizkraftwerk errichtet wird, entstehen positive Auswirkungen, denn alle fur den Betrieb der Anlage erforderlichen Brennstoffe mussen aus der unmittelbaren Umgebung bezogen werden. Dadurch wird ein regionaler Ware - Geld - Kreislauf aufgebaut. Das be- deutet, da(3 im Gegensatz zu fossilen Energietragern das Geld innerhalb des Landes bleibt, Arbeitspl&tze geschaffen werden und somit die Kauf- kraft in dieser Region gestarkt wird. Die Anlage sollte nach dem Bedarf der zugeordneten Energieverbraucher ausgerichtet sein. Die durch die TU Bergakademie Freiberg konzipierte Anlage ist speziell fur die Energieversorgung groBerer Industriebetriebe ausgelegt. Diese Abnehmer zeichnen sich dadurch aus, daB sie ProzeBwarme in groBeren Mengen benotigen. Diese Voraussetzungen sind fur eine Kraft- warmekopplungsanlage optimal, well dadurch ein ganzjahriger, relativ konstanter Warmebedarf vorliegt. Die maximale elektrische Leistungsabgabe des Heizkraftwerkes betragt 5,67 MW im Kondensationsbetrieb. Im Entnahmebetrieb sind eine elektri­ sche Leistung von 4,23 MW und eine thermische Leistung von 10 MW moglich; durch den Einsatz einer Entnahme-Kondensations-Dampfturbine konnen auch schwankende Warmelastanforderungen ausgeglichen wer­ den. - 131

Um diese Leistungswerte zu erreichen, ist ein Brennstoffeinsatz von 6,5 t Holz pro Stunde notwendig. Dies entspricht bei einem Heizwert von 14,5 MJ/kg einer Brennstoffleistung von 26,2 MW. Dem gegenuber steht die maximale Leistungsabgabe von (10+ 4,23) MW=14,23 MW, was zu einem energetischen Wirkungsgrad von 54 % fuhrt. Im Vergleich zu konventionellen Kondensationskraftwerken, welche einen Wirkungs ­ grad von 35 % ...40 % besitzen, ist der Wirkungsgrad dieser Kraft- Warme gekoppelten Anlage wesentlich hoher.

1. Mogliche Energie- und Kosteneinsparung Bei der Eigenerzeugung von 74.000 MWh/a Warme- und Elektroenergie aus heimischen Brennstoffen wird der Kauf von ca. 13.500.000 m3 Erd- gas vermieden und es verbleiben Geldmittel in Hohe von ca. 8 Mio. DM / Anlage im Landkreis. 2. Mogliche C02 -Einsparung Bei 8.000 Betriebsstunden der Anlage pro Jahr und einer jahrlichen War­ me- und Elektrizitatsabgabe von 74 GWh wird die C02-Emission um jahrlich 25.000 Tonnen reduziert. 3. Arbeitsplatz-Schaffung Unter Einbezug der Brennholzbeschaffung und -aufbereitung aus dem Landkreis wurde bei einer 26 MW-Anlage eine zuordenbare Zahl von 15 Arbeitsplatzen entstehen.

4. Strategieaussage Die durch die FBF durchgefuhrte Bewertung des Projektes der TU Berg- akademie Freiberg aus der Sicht eines Einsatzes im Landkreis Schmal- kalden - Meiningen berechtigt zur Empfehlung der Einbeziehung eines angepalBten Projektes in die Energieaufkommensquellen der Kategorie „Nahwarme aus erneuerbaren Energien" fur den Landkreis Schmalkalden - Meiningen. 132

Der Einsatz dieser Technologie sollte an Bedarfsstandorten mit hohen Abnahmekapazitaten an Warmeenergie (z.B. Nahrungsguterunterneh- men, Papierfabriken, groBe Krankenhauser u.a.) bzw. zur Versorgung von Nahwarmenetzen erfolgen. Die Brennstoffbereitstellung ist durch gesonderte Sicherungsvertrage zu gewahrleisten. 1

5. MaBnahmevorschlage • Der sich bewerbende Betreiber der Anlage ist wegen des uberzeugenden wirtschaftlichen und okologischen Ergebnis- ses der Anlage in seinem Bestreben auf Errichtung der Anlage und Betrieb der Anlage als Contractor zu unterstutzen. • Der kontinuierliche Betrieb der Anlage ist durch ein vertraglich gesichertes Programm der Holzbeschaffung mit Preisbindung zu fundamentieren.

Die Firma R. Mandel hat dazu entsprechende Vorvertrage mit Lieferanten abgeschlossen. 133

6 Nutzung von Energietragern der Landwirtschaft

6.1 Einleitung

Neben verstarkten Bemuhungen zur Energieeinsparung und rationellen Energienutzung konnen der Verbrauch der fossilen Energietrager sowie die damit verbundenen C02-Emissionen durch den Einsatz erneuerbarer Energietrager vermindert werden. Dabei zahlt Biomasse zusammen mit der Sonnen- und Windenergie zu den wichtigsten erneuerbaren Energie­ tragern. Im Vergleich zur Sonnen- und Windenergie besitzt die Biomasse den Vorteil, zur Energieerzeugung dann eingesetzt werden zu konnen, wenn auch die Nachfrage nach Energie besteht. Die Energie aus der Biomasse ist also „speicherbar “. Dabei ist die energetische Nutzung der Biomasse annahernd C02-neutral, da die bei der Verbrennung frei werdende C02-Menge beim Anbau der Biomasse fiber die Photosynthese eingebunden wurde. Nachwachsende Rohstoffe sind aus (nachwachsenden) Pflanzen 1 gewon- nene Rohstoffe. Aus diesen lassen sich Energietrager wie Ethanol aus Zu- ckerrohr aber auch Gebrauchsmittel wie Tenside aus dem Ol der Olpalme gewinnen. Nachwachsende Rohstoffe gelten als nachwachsend, wenn die Biomasse des Agrardkosystems im Mittel erhalten bleibt. Im Mittel bedeutet, daB jeweils nur die Menge an Biomasse entsprechend der Zu- wachsrate geerntet wird. Als Agrarokosystem wird das System bezeich- net, in dem die Pflanzen angebaut und aus dem die nachwachsenden Rohstoffe gewonnen werden.

6.2 Anbaupotentiale nachwachsender Rohstoffe im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

Die landwirtschaftlich genutzte Flache betragt mit 45.790 ha, etwa 37,8 % der Gesamtflache des Landkreises Schmalkalden - Meiningen.

1 neuerdings werden hierzu auch von Tieren gewinnbare Produkte wie Wolle gezahlt 134

Sie ist nach einem Anstieg (Mitte der 90er Jahre) annahernd konstant geblieben und weist 1999 erstmals einen Ruckgang auf (vgl. Tabellen 1 und 2 sowie Bild 1). Tabelle 1: Landwirtschaftliche Flachennutzung

Flache in ha 1994 1995 1996 1997 1998 1999

Landwirtschaftsflache 42.868 44.047 44.914 46.113 46.198 45.790

Ackerland 21.273 20.611 20.656 20.779 20.668 20.585 Garten - - 10 - 10 4 Obstanlagen 11 12 0 2 2 1 Baumschulen - 33 - 29 21 8 Dauergrunland 21.559 23.363 24.228 25.269 25.479 25.173 Wald u. Forst - - - 57.784 51.758 -

Bild 1: Landwirtschaftlich genutzte Gesamtflache

Landwirtschaftsflache im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

47.000 46.113 46.198 45.790 46.000

jS 45.000 c m 44.000 42.868 E 43.000

42.000

41.000 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Jahr 135

Tabelle 2: Landwirtschaftliche Flachennutzung (Anbauflache) im Vergleich zum Land Thuringen

Jahr 1999 1999 Anbauflache Thuringen Landkreis Landkreis in ha in ha in % Getreide 369.799 12.121 3,28 Winterweizen 170.813 2.846 1,67 Sommerweizen 13.192 332 2,52 Roggen 16.699 1.667 9,98 Wintergerste 66.859 1.678 2,51 Sommergerste 70.179 2.838 4,04 Hafer 7.043 1.022 14,51 Kartoffeln 4.039 56 1,39 Zuckerruben 12.544 73 0,58 Hauptsach- lich fur die Runkelriiben 342 - - menschli- che und Winterraps 94.200 2.559 2,72 tierische Silomais 43.452 1.519 3,50 Ernahrung angebaut Klee/Gras/Luzerne 7.359 666 9,05 Luzerne 5.616 97 1,73 Pflanzen gesamt 882.136 27.474 3,11 Hieraus konnen Ableitungen zur moglichen energetischen Nutzung getroffen warden. 136

Nachfolgend sollen die Potentiale von pflanzlichen und tierischen Produkten zur direkten Energieerzeugung naher betrachtet werden, d. h. die Verfahren zur Biogas- und zur Biodieselherstellung: Bioaaserzeuauna durch:

• Guile, Jauche, Mist und deren Cofermentate (Mais.Gras und Ruben) • Futteruben Biodieselerzeuauna durch:

• Raps Weiterhin wird auf die Verwertung landwirtschaftlicher Produkte zur Warmedammung eingegangen. Als Beispiel hierfur sollen die Warme- dammung mit Hanf und Wolle betrachtet werden. Das Energiepotential des Holzes wird im nachsten Gliederungspunkt behandelt.

6.3 Biomasse

Der Beg riff,,Biomasse" ist eng verknupft mit dem Beg riff „nachwachsende Rohstoffe". Biomasse im weitesten Sinne sind alle organischen Verbindungen, die aus der Photosynthese entstanden sind, also organische hochmolekulare Verbindungen, die Sonnenenergie gespeichert haben. Zur Biomasse gehdren aber nicht nur die primar produzierten und primar genutzten organischen Massen (Holz, Olsaaten etc.), sondern auch alle in einem Kreislauf bereits anderweitig genutzten, aber noch nicht vollig verbrauchten organischen Massen. 137

Dazu gehort z.B. der organische Mull aus Haushalten (Biomull), organi- scher Gewerbemull (Altpapiere, Zelluloseabfalle, Altfette, Schlachtabfalle) und auch Ruckstande der Verdauung (Klarschlamm, Mist, Jauche, Guile) sowie primar nicht nutzbare Abfalle aus der landwirtschaftlichen Produk- tion. 1 - Wasserpflanzen konnen auch als Biomasse genutzt werden. Besonders wenn sie schnell wuchern und entfernt werden mussen, damit der Eutrophierung entgegen gewirkt wird, kann man die Biomasse energe- tisch verwerten. Biomasse kann zur Deckung der End- bzw. Nutzenergienachfrage mit Hilfe einer Vielzahl unterschiedlicher Techniken und Verfahren eingesetzt werden. Die verschiedenen Optionee unterscheiden sich hierbei in Abhangigkeit von der eingesetzten Biomasse ( z.B. Waldrestholz, Rapssaat, Weizen, Guile, Klarschlamm ) und des jeweils gewunschten End- bzw. Nutzener- gietragers ( z.B. Warme, Strom, Ethanol, Rapsolmethylester) erheblich. Biomasse kann im Verlauf einer Bereitstellungskette, die den Weg vom Anfallort bis hin zur gewunschten End- bzw. Nutzenergie beschreibt, auf sehr unterschiedliche Art und Weise aufgearbeitet und letztlich in die gewunschte Energieform umgewandelt werden. Von den drei moglichen Saulen der Energiegewinnung aus Biomasse - Verbrennung - Olsaatenproduktion

- Biogas konkurrieren zwei urn die moglichen vorhandenen Flachen:

- Produktion von Biomasse zur direkten Verbrennung

1 Auf die energetische Verwertung von Mull wird im Energiekonzept nicht welter eingegangen, da es hierzu innerhalb der ZAST (Zweckverband Abfallwirtschaft SudthOringen), dem der Landkreis Schmal- kalden - Meiningen angehort, entsprechende Planungsunterlagen und Beschlusse gibt. 138

- Produktion von Ol aus Olsaaten zur Energiegewinnung.

Es ist unbestritten, daB die Olsaatenproduktion weitaus effektiver ist als die Produktion von lignozellulosehaltigen Kulturen mit hoher Masse auf den gleichen Flachen. Zum einen liegt die nutzbare Energie pro Hektar bei Ol wesentlich hoher, zum anderen ist Ol auch als Motorentreibstoff uni- verseller und mobiler einsetzbar als die meist stationare Verbrennung. Die Biomasse zur direkten Verbrennung wird sich demnach vorwiegend aus der Forstwirtschaft rekrutieren, teilweise auch aus Stroh und Ernte- ruckstanden (die Masse Stroh pro Hektar wird aber immer geringer) zu geringem Anteil auch aus Pflanzen mit Mehrfachnutzung wie z.B.. Hanf. Die Produktion von Ol ist ein einfacher ProzeB. Das gepreBte Ol kann di- rekt Oder nach Veresterung als Motorentreibstoff eingesetzt werden. Be- grenzend dabei ist, daB die zur Verfugung stehende Ackerflache kaum vergroBert werden kann (durch ED - Verordnung begrenzt). Ol (z.B. Rapsol) ist in erster Linie ein Lebensmittel und nur die UberschuBproduk- tion (non-food) kann und darf als Energietrager verwendet werden (EU-Verordnungen).

6.4 Energiebereitstellung von Biogas aus Biomasse

6.4.1 Biogas

Die Untersuchungen der FBF zur Nutzung von Biogas im Landkreis Schmalkalden - Meiningen weisen auf ein hohes und noch nicht genutz- tes Potential hin. Die Ursachen dafur sind nicht in der fehlenden Oder un- zureichenden Technologie zu suchen, auch nicht in der fehlenden Bereit- schaft des betreffenden Personenkreises, diese Technologien anzuwen- den Oder in einer unzureichenden Bereitstellung von Biomasse, sondern zum Teil in den politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen (obwohl auf diesem Gebiet Fortschritte erzielt wurden) aber auch in den recht hohen Investitionen fur diese Technologien, die viele Betriebe zu- ruckhaltend reagieren lassen. 139

Einen wesentlichen Fortschritt in dieser Hinsicht brachte das EEG1. Wie die welter hinten durchgefuhrte Modellberechnung zeigt, konnen die oko- logisch hoch effektiven Biogasanlagen mit den seit April 2000 geltenden Einspeisvergutungen trotz hoher Investitionen rentabel arbeiten. Analysen der FBF haben ergeben, daB nunmehr wegen der gunstigeren Bedingungen die Anzahl der Biogasanlagen in Thuringen stark ansteigen werden.

Biogas ist ein Gasgemisch, das zu rund 70 Prozent aus Methan, zu uber 30 Prozent aus Kohlendioxid sowie zu 1 Prozent aus weiteren Gasen, wie Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Wasserstoff bzw. Sauerstoff, besteht. Es entsteht beim Abbau von organischen (Abfall-)Stoffen aus der Land- und Forstwirtschaft. So konnen zum Beispiel pro GroBvieheinheit (Rind) 12 ca. 1,5 m3 ... 2 m3 Biogas am Tag gewonnen werden. Je nach Methangehalt entspricht der Heizwert pro Kubikmeter Biogas etwa 0,6 Liter Heizdl Oder ca. 0,6 m3 Erdgas. Bei entsprechenden vorhandenen Bedingungen und Genehmigung kann Biogas in das Erdgasnetz eingespeist werden. Verflussigtes Biogas wird als Motorentreibstoff benutzt. Die gegenwartige Hauptnutzung ist eine Verstromung uber ein Blockheizkraftwerk, wobei allerdings bis zu zwei Drittel als Warme anfallen. Bei dieser Verwertung kann eine Biogasanlage gemaB den aktuellen wirt- schaftlichen Rahmenbedingungen rentabel bewirtschaftet werden. Hierbei haben die Landwirtschaftsbetriebe der „neuen “ Bundeslander einen deutlichen Standortvorteil, da sie gegenuber den „alten “ Bundes- landern prozentual einen hoheren Besatz an GroBvieheinheiten (GVE) mit mehr als 100 GVE je Landwirtschaftsbetrieb aufweisen.

1 Emeuerbare Energien Gesetz (01.04. 2000) 2 Als Venrechnungseinheit wird sich auf ein Rind bezogen. 140

6.4.2 Biogasgewinnung

6.4.2.1 Ziele und Nutzen der Biogasgewinnung Das Ziel der Biogasgewinnung ist primar die Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie. Mit der Energie, die sich aus Biogas gewinnen lalBt, kann nicht nur der thermische Eigenbedarf (Warmenutzung fur die Stalle, Gewachshauser, Geschafts- und Wohngebaude) gedeckt werden, sondern es lassen sich auch zusatzliche Einnahmen durch die Stromein- speisung ins offentliche Netz erzielen.

Der Landwirt kann somit im Nebenerwerb zum Eneraiewirt werden. 1

6.4.2.2 Biogasanlagen Bei der Biogasgewinnung werden DurchfluGanlagen (Flussiamistanlaaen/ Flussiastoffanlaaen) und Speicher-/Durchflul3anlagen (Festmistanlaaen/ Feststoffanlaaenl eingesetzt. Im Bild 2 sind die grundsatzlichen technischen Moglichkeiten zur Her- stellung von Biogas aufgezeigt.

Die FBF hat dem Landkreis eine Initiative - „Der Landwirt als Energiewirt" - vorgeschlagen, da guns- tige Voraussetzungen vorhanden sind und wirtschaftliche Rentabilitat erreicht werden kann. 141

Bild 2: Grundsatzliche technische Moglichkeiten zur Herstellung von Bio gas Material

Technik 142 lm Bild 3 wird eine Biogasanlage im Oberblick dargestellt.

Bild 3: GrundflieIBbild einer Biogasanlage’ Armahme

2

Quelle: Thome'- Kozmienski, K.; Biologische Abfallbehandlung; Berlin 1995 143

6.4.2.3 Flussigmistanlagen - Kurzbeschreibung • Inputstoffe sind Klarschlamm, Guile, Mist, Jauche • es erfolgt eine kontinuierliche Zu- und Abfuhrung der Stoffe • kontinuierliche Produktion - Entleerung in geschlossenen Fermentern von 300 m3... 1500 m3 Inhalt, mit Steuerungsmoglichkeit fur die opti- male Temperatur

• 15 ... 30 Tage Gesamtgarzeit (= Verweilzeit des Inputmaterials )

• Trockensubstanzgehalt maximal 18 % • Gasausbeute ca. 15 m3... 100 m3 Gas pro 1 m3 Reaktorinhalt bei ei- ner Garzeit von 150 Tagen

• Verwertung erfolgt uber die Verstromung mit Warmeenergieabfall • Abprodukt: Guile (wesentlich desodoriert )

Dieser Typ von Flussigmistanlagen mit den beschriebenen Merkmalen stellt gegenwartig den ausgereiftesten und gebrauchlichsten Anlagentyp dar.

G.4.2.4 Festmistanlagen - Kurzbeschreibung • Inputstoffe sind Strohmist, Gras, Mais u. a. • diskontinuierliche Produktion ist moglich, da eine kontinuier ­ liche Entleerung nicht zwingend erforderlich ist • Trockensubstanzgehalt maximal 55 % • Verweilzeit betragt 40 bis 50 Tage

• Gaserzeugung: ca. 750 m3/a GVE • Verwertung uber die Verstromung mit Warmeenergieabfall

• Endprodukt: Sekundarrohstoffdunger (hoher Dungewert)

Da dieser Typ von Anlagen noch nicht technologisch ausgereift ist und sich verschiedene Anlagentypen noch in Erprobung befinden, ist er in der Anwendung noch nicht sehr verbreitet. 144

6.4.3 Biogasanlagen im Landkreis Schmalkalden - Meiningen 1

Im Landkreis Schmalkalden Meiningen sind gegenwartig 315 vom TMWAI12 geforderte, Biomasse verwendende 3, Anlagen in Betrieb. Dabei sind die nachfolgend als Beispiel ausgewahlten Biogasanlagen fertigge- stellt bzw. in Planung (vgl. Tabelle 3).

Tabelle 3: Ausgewahlte Biogasanlagen des Landkreises Schmalkalden - Meiningen Realisierte Festmistanlagen GasprodJrrfi/a Ort Technik GVE Brutto Nutzung Flussigmist Rippershausen 2- stufig 350 255.000 Heizung Schweinegulle Flussigmist BHKW Kaltensundheim einstufig 400 280.000 Verstromung Mischqulle Heizung In Planung (1. Planungsphase Stand 2000) BHKW Queienfeld Flussigmist 280.000­ 400 - 600 Verstromung Wolfmannshausen Mischgulle 420.000 Heizung ca. 2.0001 Festmistanlage BHKW Kompostanlage Org. Trocken- Papierreststoffe Verstromung Wolfmannshausen substanz ca. 900.000 Guile Heizung ~1 200 GVE

1 Eine wesentliche Grundlage fur die Ausarbeitung und Darstellungen in diesem Abschnitt war das vom FBF- Mitglied Dr. vet. Eberhard Schiffner erarbeitete Projekt „Daten und Fakten zum Energiepo- tential der Landwirtschaft im Landkreis Schmalkalden - Meiningen", das als Anlage dem Energiekon- zept beiliegt. 2 Thuringer Ministerium fur Wirtschaft, Arbeit und Infrastruktur 3 Biomasse schlielBt hier auch die Nutzung von Klargas Oder Flolzresten mit ein. 145

6.4.4 Biogasproduktion im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

Nach Auskunft des Landesamtes fur Landwirtschaft sind im Landkreis Schmalkalden - Meiningen 40 landwirtschaftliche Betriebe mit einem GrolBviehbestand von mehr als 100 GVE vorhanden. 1

Im Jahr 1999 hatte der Landkreis Schmalkalden - Meiningen 103.361 angemeldete Nutztiere in der Landwirtschaft. Dieser Nutztierbestand gliederte sich wie folgt auf: - Schweine 31.466 Stuck - Hinder 29.287 Stuck

- Schafe 27.229 Stuck - Geflugel 15.379 Stuck Folgende Darstellung zeigt die Bestandsentwicklung an Nutztieren in dem angegebenen Zeitraum: Jahr 1994 1996 1999 Nutztierbestand 110.803 108.358 103.361 Bild 3: Entwicklung des Nutztierbestandes im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

Entwicklung des Nutztierbestandes

112.000 •» 110.803

110.000 • 108.358 * 108.000 ■ 5> £ 106.000 ■ 3 103.361 5 104.000 • 1 m 102.000 •

100.000 '

98.000 • ■ 1994 1999 Jahr

1 Nahere Angaben warden gegenwartig aus Datenschutzgrunden verweigert, so daB Einzelauskunfte eingeholt werden muBten. 146

Die statistischen Werte weisen eine kontinuierliche Abnahme der Tierbe- stande in den letzten Jahren aus. Von dieser Tatsache muB ausgegangen werden, wenn man das theoretisch nutzbare Biogaspotential bestimmen will. Die von der FBF ermittelten Werte ergaben, daB von einem nutzbaren GVE- Potential von 27.480 Stuck ausgegangen werden kann (siehe Tabelle 4).

Tabelle 4: Theoretisch mogliche Biogasproduktion aus der Tierproduktion des Landkreises Schmalkalden - Meiningen

Tabellarische Ubersicht

Gesamtanzahl an GVE 27.480 Stuck

700 m3 Bruttogasproduktion pro GVE und Jahr (690... 730) m3

Jahrliche Mist-Gulle-Produktion einer GVE berechnet 1.500 kg als organische Trockenmasse (1.400... 1.700) kg

Daraus mogliche Biogasproduktion 19.263 000 m3/a (Anlagentyp gleichwertig ) Brutto

Abzuglich 30% fur Netto 13.140 000 m3/a Fermenterbeheizung Heizwert 21,5 MJ/Nm3 (60% CH4 40%CO2 1GVE/a) 10.400 MJ

Heizol-Aquivalent 42,7MJ 1 GVE/a 245 kg

Holz- Aquivalent 14,7MJ/kg 1 GVE/a 709 kg

Heizol-Aquivalent alle GVE/a 100 % Auslastung 6 732 600 kg 147

Aus der Tabelle ist zu erkennen, daB bei einer Nutzung der GroBviehein- heiten 1 ein Heizolaquivalent von 6.732.600 kg erreicht warden kann.

Bei einer Gasproduktion von 700 m3/GVE und einer Gesamtmenge von 27.480 GVE mit 70 % Auslastung, betragt die

mogliche im Landkreis Schmalkalden - Meiningen erzeugbare Gasmenge 13.140.000 m3/a.

Bei einer Verbrennung in einem BHKW ware in einem Jahr eine Energie- produktion von 78.840 MWh moglich. '

Dies waren 52.560 MWh Warmeenergie und 26.280 MWh Elektroener- gie.12

6.5 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung

6.5.1 Modellberechnung

Mit der folgenden Modellberechnung (siehe Tabelle 5) warden am Beispiel der reinen Gulleverwertung die anfallenden Kosten und die Gewinnent- wicklung mit steigendem Umfang der Biogasproduktion verdeutlicht.

1 Die zur Berechnung angenommene Zahl an GroBvieheinheiten setzt sich aus dem Binder- und Schweinebestand zusammen. 21,5 m3/GVE und Tag, 1 m3 Biogas erzeugen 6kWh Energie (bei einem BHKW erfolgt eine Aufteilung von 4 kWh Warmeenergie und 2 kWh Elektroenergie. 148

Tabelle 5: Modellberechnung Wirtschaftlichkeit 1 Gulle-Fermentervolumen m3 263 395 790 Generatorleistung KW. 20 27 56 Ertrage Gasertrag m3/a 62.050 93.075 502.950 Stromeinspeisung kWh/a 126.442 189.664 1.264.027 Warmeproduktion (Netto) kWh/a 133.097 199.646 899.023 Kosten Investitionskosten fur Fermenter, DM 196.000 274.925 537.700 zusatzliches Gullelager, BHKW, Sonstiges ZuschulB Bundesforderung DM 53.000 65.000 99.000 Abschreibung (15 Jahre) DM/a 9.593 13.995 29.247

Zinsen (5,2% von Vi Nettoinvestition) DM/a 3.741 5.458 11.406 Betriebskosten einschlieBlich Wartung DM/a 10.230 15.038 31.917 Arbeitserledigung DM/a 5.000 5.000 5.000

Kosten gesamt DM 28.546 39.491 77.569

Nutzen Stromverkauf DM/a 25.288 37.933 85.981 Warmeeinsatz DM/a 2.500 4.000 6.000 (8.0001 Heizol = 0,50 DM/I)*2 Dungwert DM/a 2.000 3.000 9.000

Nutzen gesamt DM/a 29.788 44.933 100.981 Gewinn = Nutzen ges. - Kosten gesamt DM/a 1.224 5.442 23.411 Bei Biogasanlagen mit einer Kovergarung von Mais Oder Futterruben kann der erzielte Nutzen wegen der hoheren Gasausbeute noch hoher liegen.

Quelle: Top Argrar 4/2000 2 hier wird ein etwas alterer Preis fur einen Liter Heizol angesetzt; heutiger Preis etwa 0,80 DM 149

6.5.2 Fordermoglichkeiten fur Biogasanlagen

Man kann fur den Bau von Biogasanlagen ein zinsverbilligtes Darlehen bei der Kreditanstalt fur Wideraufbau beantragen. Auf dieses Darlehen wird ein ZuschuB von maximal 300.000 DM Oder es werden 30 Prozent der Investitionssumme gewahrt. Die Hohe des Zuschusses hangt von folgen- den Kriterien ab: • der elektrischen Leistung der Biogasanlage, nach EEG1, • der Anzahl der GrolBvieheinheiten,

• der genutzten Anbauflache, • der Menge vergorener Guile und nachwachsender Rohstoffe,

• Zukaufsmengen.

6.6 Futterrubensaft fur die Biogaserzeugung

Als eine weitere fur die Biogaserzeugung nutzbare Pflanze soli die Verwendung von vergartem Futterrubensaft kurz vorgestellt werden. 12 Die Biogasherstellung ist dabei als Direktvergarung zu Biogas, aber auch als Kovergarung mit Guile bzw. anderen pflanzlichen Stoffen wie Mais und Kartoffeln moglich. Dabei wird nachfolgend ein Pilotprojekt skizziert, das in Kirchlingen (Ostwestfalen) realisiert wurde 3 (hier findet eine Direktverga­ rung statt) und fur den Landkreis Schmalkalden - Meiningen Referenz- charakter besitzt. Bei diesem Projekt ist das Hauptziel, die Wirtschaft- lichkeit der geplanten Anlage uber eine moglichst hohe Gasausbeute pro Hektar und Menge der geernteten Futterruben zu erzielen.

1 EEG - Emeuerbare - Energien - Gesetz vom 01.04. 2000 2 Nahere Informationen sind im FBF- Projekt .Futterruben als Energietrager - eine landwirtschaftliche Alternative" zu finden. 3 Die FBF hat zu diesem Pilotprojekt eine Zusammenarbeit mit dem fur dieses Projekt zustandigen Ingenieurburo Look Consultants Hamburg angeknupft. 150

Dies soil zum einem durch eine Ertragssteigerung an Ruben pro ha und zum anderen durch eine moglichst hohe Ausnutzung des geernteten Ru- benmaterials erreicht werden. Dabei 1st geplant, eine Gasausbeute von mehr als 1000 m3 pro Tonne organischer Trockensubstanz zu erzielen und den Futterrubenertrag auf 200 t/ha zu steigern. 1 Um diese beiden Ziele zu erreichen, waren Innovationen auf den Gebieten des landwirtschaftlichen Anbaus, der Ernte sowie der Weiterverarbeitung notwendig. Eine dieser Innovationen ist der Einsatz eines neuartigen Fut- terrubenroders fur die Ernte. Mit dem neuen Erntegerat ist es moglich, sechs Reihen an Futterruben anstatt nur einer, gleichzeitig zu ernten. Als weitere Neuentwicklung kommt eine neue Zerkleinerungstechnik zum Einsatz, die Ruben und Blatter optimal verflussigt. Damit ist eine fur den VerarbeitungsprozelB notwendige sauerstoffarme Zerkleinerung gewahrleistet, und es werden Aufschaumungen des Sub- strats wie in herkdmmlichen Muhlen vermieden. Durch die Verflussigung der Ruben kann eine einjahrige Lagerungsfahig- keit der Pulpe und folglich dadurch eine kontinuierliche Energieerzeugung gewahrleistet werden. Das verflussigte Material wird in groBen mit Schutz- folie ausgekleideten Spannbetonbehaltern gelagert und anschlieBend in die eigentliche Biogasanlage, die aus zwei Fermentern besteht, einge- speist. Das Biogas wird im BHKW in Strom und Warme umgewandelt. Die erzeugte Energie dient zunachst dem Eigenbedarf der Anlage und dem Eigenverbrauch des Anlagenbetreibers. Etwa 90 % der erzeugten Energie werden jedoch in das Stromnetz des lokalen Energieversorgungsunter- nehmens eingespeist . Das sind bei dem hier betrachteten Projekt ca. 80 kW , die zu einem Preis von 20 Pf/kWh abgenommen werden.

Zum Vergleich: Bei Graskraftprojekten (Vergasung von Gras) ist eine Mindestflache von 35 ha zur Erzeugung von 1 Mio. kWh notwendig. 151

Die Abfallstoffe des Garsubstrates konnen wie bei der Biogasverwertung von z. B Guile auch als Danger auf die Felder ausgebracht werden. Somit entsteht ein geschlossener Nahrstoffkreislauf. Die das Projekt beschrei- benden Daten sind hier noch einmal in einer Ubersicht zusammengefaBt.

Datenubersicht Futterrubenertrag 200 Vha' Gesamtausbeute 1000m3 /1 oTS2 Erzeugte Energie ca. 115 MWh Pilotprojekt 10 ha Erzeugte Leistung des BHKW - P„, 80 kW Einspeisungsvergiitung 20 Pf / kWh C02 - Reduzierung (Pilotprojekt) 450 t/a Die Gesamtanbauflache von Futterruben liegt in Deutschland derzeit bei 10.000 ha. Ein Vergleich der Biogaserzeugungsmengen mehrerer ausge- wahlter Biostoffe zeigt die Wirtschaftlichkeit des Futterrubeneinsatzes auf (vgl. Tabelle 6). 1 2 3 4 abelle 6: Vergleichsdaten 3 Amtell oTS Biogas je kg oTS Tagliche Biogasmenge in kq in I in m3 Guile 750 400 300 Roggen4 1.290 900 1.661 Futterruben 2.739 1.000 2.739 Die hier angegebenen Zahlen warden jeweils bei einer Direktvergarung er- zielt.

1 Zielstellung im Pilotprojekt; bisher (100-150) t/ ha 2 oTS: - organische Trockensubstanz 3 Daten: - aus dem Internet (www.wind-eneraie.del „Neue Energie 2000, Biogas"

4 minderwertiger, nicht als Nahrungsmittel angebauter Roggen 152

Die moglichen Gewinne je ha angebauter Futterruben sollen in einer Mo- dellrechnung fur die Direktvergarung aufgezeigt werden (vgl. Tabelle 7). Tabelle 7: Wirtschaftlichkeit1 Rubenertrag (mit Blatt) je ha 1.000 dt Trockensubstanz je ha 180 dt Energieausbeute je ha 100.000 kWh Erlos ie ha 10.000 DM Kosten je ha 4.500 DM Gewinn ie ha 5.500 DM

Fordergelder von bis zu 30 % der Investitionskosten, die garantierte Stromabnahme bedingt durch das Emeuerbare - Energien - Gesetz und nicht zuletzt die okologischen Vorteile durch die Erzeugung regionaler Stoff- und Energiekreislaufe lassen die Nutzung von Futterruben zur Ener- gieerzeugung als eine Technologie mit Zukunft erscheinen.

So wird der Landwirt teilweise zum Energiewirt !

1 Oaten: - aus dem Internet (www.wind-eneraie.de ) JNeue Energie 2000, Biogas" 153

6.7 Rapsol als Energietrager

Gegenwartig betragt im Landkreis Schmalkalden - Meiningen der Anteil angebauter Olfruchte an der Gesamtanbauflache 15 % (vgl. auch Bild 4). Bei der Gewinnung von Ol aus nachwachsenden Rohstoffen wird vor al­ ien der Raps als bevorzugte Pflanze eingesetzt. Als Alternativen bieten sich Sonnenblumen Oder Hanf an. Nachfolgend soil die energetische Verwertung von Raps naher betrachtet werden.

Im Rapskorn sind ca. 40 % Rapsol enthalten. Dieses kann entweder durch ein kombiniertes Verfahren (Vorpressen und Extraktion) Oder bereits durch Kaltpressen im landwirtschaftlichen Betrieb gewonnen werden. Somit ist zwischen der zentralen und dezentralen Rapsolgewinnung zu unterscheiden.

Bild 4: Prozentuale Anbauflachen im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

Anteil an Anbauflache in %

EGetreide H Olfruchte □ Kartoffeln BZuckerruben ■ Rest der Feldfruchte 154

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein vereinfachtes Grundschema der Rapskettenverwertung . Bild 5: Grundschema der Rapskettenverwertung

Rapsanbau bis hin zur Emte

zentrale Olmuhle dezentrale

RapsOI Rapsdl

Veresterung

Rapsolmethyleste^

Zum Einsatz von Rapsol als Treibstoff bieten sich derzeit verschiedene Moglichkeiten an: • Nutzung von naturbelassenem Pflanzenol als Treibstoff in Spezialmo- toren Oder herkdmmlichen Vorkammer-Dieselmotoren • Einsatz von verestertem Rapsdl als Rapsol-Methyl-Ester (RME) (Bio­ diesel) • Verwendung von additiviertem Rapsdl, wie Tessol-Nadi (80 % Rapsdl mit Zusatz von 20 % einer Isopropanol-Testbenzin-Mischung) 155

Bei der Nutzung von Rapsol als nachwachsender Rohstoff sind vor allem die positiven okologischen Auswirkungen hervorzuheben: • Einsparung an fossilen Energietragern z. B. durch Biodieseleinsatz anstelle von (fossilem) Diesel • Verminderung der Atmospharenbelastung durch Kohlendioxid und andere Schadstoffe (z. B. 1,1 I Biodiesel ersetzen 1 I fossilen Die­ sel - Einsparung an C02= 3,24 kg/IC02eq1) • Geringere Gefahrdung von Boden und Grundwasser beim Umgang mit Kraftstoff, Schmierstoffen und Hydraulikflussigkeiten

• AuBerdem stellt die energetische Rapsolnutzung auch eine Mog- lichkeit der FBF-lnitiative „Der Landwirt als Energiewirt" und den sich daraus ergebenden regionalen okonomischen Effekten dar. Betrachtet man die gesamte Situation im Landkreis Schmalkalden - Mei- ningen realistisch, so kann man von einer Anbauflache fur Raps von ca. 1.000 ha ... 1.200 ha ausgehen. 12 Bei einem Olgehalt von ca. 40 % und einem durchschnittlichen Ertrag an Raps von 30 dt/ha ergeben sich folgende Werte: • auf 1.000 ha konnen ungefahr 3.0001 Raps angebaut werden • aus 3.0001 geernteten Raps werden rund 1.200.000 kg Ol gepreBt => dies entspricht einem Heizol-Aquivalent von 1.080.000 kg Heizol

Bei einem Weltmarktpreis von derzeit 22,00 DM / dt kostet 1 kg Rapsol 0,55 DM. Mit alien Nebenkosten (z.B. Olpresse) und den Presskosten la- ge der Preis bei ca. 0,80 DM/kg ... 0,90 DM/kg.

1 C02=g_ CO; -Gleichwert d.h. die Wirkung der anderen Klimagase umgerechnet auf die C02 -Wirkung 2 Von der EU vorgegebene maximal mogliche Anbauflache 156

Urn die Verbreitung der Nutzung von Raps als Energietrager zu fordern, sollten mit den Landwirten Gesprache gefuhrt, Oder ein Workshop veran- staltet werden, in dem uber die Moglichkeiten der Nutzung von Raps als Energietrager informiert wird und MaIBnahmen abgesprochen werden konnen. Mit der Tabelle 8 wird eine abschlieBende Ubersicht uber die mogliche Energieausbeute beim Einsatz der landwirtschaftlichen Energietrager Bio­ gas und Rapsdl gegeben. Die Werte zeigen auf, daB dieses Potential zielgerichtet erschlossen werden sollte. Tabelle 8: Ubersicht uber die mogliche Energieausbeute im Landkreis Schmalkalden-Meiningen

Artdes Erzeugung mdgliches Heizolaquivalent Energietragers Biogas 13.140.000 m3 Biogas 4.800.000 kg Heizol Rapsdl 3001 Raps 1.080.600 kg Heizol mdgliches Gesamtheizolaquivalent 5.880.600 kg Heizol 157

6.8 Hanf und Wolle als Warmedammung

6.8.1 Allgemeines zur Warmedammung

6.8.1.1 Bauliche Gegebenheiten Die Anforderungen an den Warmeschutz von Gebauden steigt mit zu- nehmender Sensibilisierung in Hinsicht gesamtokologischer Aspekte. So sind heutzutage Dammstarken bis 25 cm keine Seltenheit mehr.

GroBe Vorteile weist die Holzstanderbauweise auf. Hier kann zwischen dem Tragergestell ein hochwertiger Dammstoff untergebracht werden. Bei der Massivbauweise sind zur Erzielung gleicher Warmeschutzwerte groBe Wandstarken Oder eine zusatzliche Fassadendammung erforder- lich. Auch beim Blockhaus ist eine zusatzliche Dammung auf der Innenseite der tragenden Konstruktion notwendig. Die Fahigkeit eines Gebaudes, Warme zu speichern, ist abhangig von der Masse des Gebaudes. Hier hat die Massivbauweise klare Vorteile. Bei Holzstanderbauweise (und Blockhausern) ware hier zusatzliche Masse, zum Beispiel durch massive Ausfachung Oder sonstige Speichermassen, notwendig.

6.8.1.2 Kriterien bei der Wahl des Dammaterials Dammaterialien werden durch folgende Eigenschaften bestimmt.

- Warmespeicherungsvermogen - Entflammbarkeit / Brandfestigkeit

- Feuchtigkeitsregulation - Vertraglichkeit mit den baulichen (stofflichen) Gegebenheiten

- Widerstand gegenuber Parasitenbefall u.a. Eine weiteres Kriterium bei der Wahl des richtigen Dammaterials ist neben den Dammeigenschaften seine Eignung als Larmschutz. 158

6.8.2 Okologische Dammstoffe

An der Verbesserung des Warmedammungsstandards fuhrt haute auch im Hinblick auf die Klimaproblematik kein Weg mehr vorbei. Okologischen Dammstoffen erwachst daraus eine zunehmende Anwendungsbreite. Der derzeitige Marktanteil liegt bei ca. 5 % des gesamten Dammstoffmarktes mit steigender Tendenz. Nachfolgend wird eine Auflistung der zur Zeit gebrauchlichen Aden von Dammstoffen vorgenommen.

Kork

Holzweichfaser Ausgangsmaterial: Holz Baumwolle Holzwolle Schilfrohr

Machs Ausgangsmaterial : Pflanzenfasern Zellulose Kokos Hanffasern

Schafwolle Ausgangsmaterial: tierische Fasern

Polyester

Polystyrol Ausgangsmaterial : Kunststoff Polyurethan

Mineralfasern 159

6.8.3 Hanfeinsatz zur Warmedammungl

Die Bauzulassung fur die Verwendung von Hanffasern als Dammstoff wurde durch das Deutsche Institut fur Bautechnik, Berlin, unter der Zulas- sungsnummer Z-2311-1192 erteilt.

Die Hanffasern werden bei der mechanischen Trennung des Hanfstrohs in Holz- und Faseranteil gewonnen, danach mit Soda impragniert und mit dem Polyesteranteil gemischt zu einem Vlies gelegt. Die ausreichende Verfugbarkeit des Rohstoffs aus deutschem Anbau ist gegeben. Aus den so bearbeiteten Hanffasern werden Matten geformt. Diese eig- nen sich fur die Dammung im Dach, in der Wand und im Boden. Sie wer­ den wie auch die anderen Dammaterialien verlegt. Die Mattenstarke kann von 40 mm bis 160 mm variieren.

Bild 1: Hanffasermatten

Hanffasermatten Z-2311-1192

Das Dammaterial besteht zu 85 % aus Hanffasern. Es ist mit ca. 15 % Polyesterstutzfasern versetzt.

Als Flammschutzmittel wird Soda (Na^COJ eingebracht. 1

1 Bei dieser Ausarbeitung konnte auf umfangreiches Material von Frau Erika Grimm ..Thuringer Hanf- gesellschaft" e. V., Breitungen zuruckgegriffen werden. 160

Die saubere und staubarme Verarbeitung, Hautvertraglichkeit ohne Juck- reizverursachung und gute Dammwerte gestalten das Produkt zu einem hervorragenden Baumaterial. Durch die gute Diffusionseigenschaft von Hanffasern ergibt sich eine automatische Feuchtigkeitsreguiation, die zu einem sehr guten Raumklima fuhrt. Weil die Hanffaser kein EiweiB enthalt, entfallt eine Behandlung gegen Motten und Kafer. Dies ist ein wichtiger Vorteil von Hanffasern gegenuber anderen okologischen Dammstoffen.

• Forderung Gegenwartig wird der Hanfanbau von der Europaischen Union folgendermaBen gefordert.: - Erhohung der garantierten einzelstaatlichen Mengen fur Flachs und Hanf fur Deutschland auf 12.800 Tonnen/a - Erhohung der Verarbeitungspramie fur Kurzfaserflachs und Hanf auf 90 Euro je Tonne - Verarbeitungsbeihilfe fur Langfaser im Wirtschaftsjahr 2001/02 bis 100 Euro je Tonne

- ab Wirtschaftsjahr 2006/07 - 200 Euro je Tonne. Eine Hanfbeihilfe wird fur Flachen gewahrt, die voll ausgesat und abgeern- tet wurden. Fur das Jahr 2000/01 betragt die Beihilfe fur Nutzhanf 1.085,00 DM/ha. Fur Thuringen selbst gibt es keine Anbauhochstmen- gen, sie sind in die Anbauhdchstmengen von Deutschland integriert. • Potential fur den Landkreis Schmalkalden - Meiningen Im Landkreis Schmalkalden - Meiningen bestehen bereits Erfahrungen mit dem Anbau von Hanf. So wurde in der Jahren von 1996 bis 1998 auf mehreren Versuchsfeldern 1 probeweise Hanf angebaut.

1 z. B. Grune Heimat e.V., Breitungen und Dr. vet. E. Schiffner, Rentwertshausen 161

Weiterhin bauten einige Agrargenossenschaften Hanf zur kommerziellen Verwertung an. Diese Anbauversuche scheiterten damals jedoch an den fehlenden Weiterverarbeitungsmoglichkeiten. Als Beispiel fur solche Anbauversuche sollen hier folgende Agrargenos­ senschaften genannt werden. Ort Landwirtschaftsbetrieb Jahr Anbauflache - Queienfeld Agrargenossenschaft 1996 1 ha Queienfeld e. G. - Schmalkalden Agrargenossenschaft 1997 2 ha Schmalkalden e. G. 1998 3 ha - Vachdorf Okozentrum Werratal Thuringen 1997 1 ha GmbH Vachdorf 1998 7 ha Bei einer Ansiedlung von Hanffasern verarbeitenden Firmen kdnnten diese Erfahrungen genutzt werden, eine marktfahige stabile Hanffaser-Verarbei- tungskette aufzubauen. 1

6.8.4 Einsatz von Wolle als Warmedammstoff

Neben der traditionellen Verwendung von Wolle als Ausgangsstoff fur Be- kleidung wird seif langerer Zeit auch eine Verwendung der Wolle als Dammstoff zur Warme- und Schallisolierung als eine neue Moglichkeit zur Vermarktung von Wollprodukten genutzt. Auch ein in Schmalkalden neugegrundetes Unternehmen hat sich die Vermarktung von Schafwolle mit dem Schwerpunkt aus der Rhon als Aufgabe gestellt.12

1 Weitere Informationen zum Hanfanbau und -verarbeitung konnen bei Herrn Dr. Voigt „Neue Arbeit Thuringen" in Gotha Oder bei Herrn Hdlbing „Kompetenz- und Koordinationszentrum Hanf Thuringen" KKHT in Erfurt erfragt werden. 2 WOOL - ENGINEERING GmbH, D-36466 Dermbach 162

• Wolle als Dammstoff

Die Vorteile von Wolle als Dammstoff sind: - bessere Dammeigenschaften als synthetische Materialien z. B. Mineralfasem - guter Schallschutz - angenehmes Raumklima - physiologische Unbedenklichkeit - flexible Herstellung - leichte Handhabung beim Einbau Nachteilig bei der Verwendung von Wolle ist die Notwendigkeit der Kon- servierung der Wolle gegen SchadlingsfralB und Pilzbefall (im Gegensatz zu Mineralfasem Oder Hanffasern) und der Einsatz chlorhaltiger Verbin- dungen beim Reinigen der Wolle durch einige Hersteller von Wolldamm- stoffen. Die Herstellung des Dammstoffes erfolgt durch Reinigung von zum Teil auch schlecht verspinnbarer Wolle in einer Waschanlage zur Gewinnung einer schmutz- und fettfreien Faser. Diese kann sowohl eine stationare als auch eine (neuentwicke!t$ mobile Anlage sein 1. Dabei hat eine mobile Waschanlage mit gleichzeitig mobiler Wasseraufbereitungsanlage den Vorteil, auch in landlichen Regionen eine wirtschaftliche Verarbeitung der Wolle zu gewahrleisten. Als Endprodukt fur die Verarbeitung entsteht ein variabler (mit ca. 100 mm bis 210 mm Durchmesser) „Dammstrick“, der hinter einer Verschalung in die zu dammenden Flachen maanderformig eingelegt wird.

1 Eine mobile Anlage wird von der Fa. WOOL - ENGINEERING GmbH genutzt. 163

O Fazit Die Verwendung heimischer Schafwolle als Dammaterial in der Bauin- dustrie, ermoglicht der regionalen Schafwirtschaft, vor allem in der Rhon, bei einem ausreichend groGen Marktanteil, eine gesicherte Abnahme ihrer Schafwolle, und den Schafwolle verarbeitenden Unternehmen die kosten- gunstige Herstellung eines hochwertigen Dammstoffs. Das hier kurz vor- gestellte Dammstoffherstellungsprojekt wird gefordert vom Bundesminis- terium fur Wirtschaft und Technologie. Weitere Anwendungsmdglichkeiten heimischer Baustoffe sind in dem FBF- Projekt „Aspekte energetisch und dkologisch sinnvoller Werkstoff- entwicklung und -anwendung im Landkreis Schmalkalden - Meiningen" zu finden, das dem Energiekonzept des Landkreises Schmalkalden - Meiningen als Anlage beigefugt ist. 164

7 Nutzung des Klargaspotentials im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

7.1 Einfuhrung

Bei alien Klarprozessen entstehen Faulgase, die bestimmte Energiepoten- tiale enthalten. Durch ihre Nutzung kann z.B. eine erhebliche Reduzierung des Energieeinsatzes bzw. des Netzstrombezuges herbeigefuhrt werden.

Um das Klargas energetisch zu nutzen, wird der Klarschlamm aus der Vorreinigung in sogenannten Faulturmen ca. 25 Tage bei einer Tempera- tur von 32°C ... 34°C fermentiert. 1 Bild 1: Prinzipdarstellung der Klargasaufbereitung 12

Gasaufbereitung

Das bei der Ausfaulung unter LuftabschlulB entstehende Gas verfugt i.a. uber einen Methananteil von rund 65%. Das im Faulturm entstehende Gas wird einem Gasbehalter und von dort einem BHKW zugefuhrt (siehe Bild 1).

1 Diese anaerobe (unter LuftabschlulB) Fermentation 1st eine Vergarung bzw. Faulung, bei der Gase, vorwiegend Methan, anfallen. 2 Quelle: Arbeitsgemeinschaft fur sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch (ASUE). Hamburg, 2000 165

Zur Zeit verwendet lediglich die Klaranlage in Niederschmalkalden als ein- zige im Landkreis das Faulgas fur energetische Zwecke. Mit dem FBF - Projekt sollen potentielle Moglichkeiten der Nutzung von Klargas im Landkreis Schmalkalden - Meiningen aufgezeigt werden.

7.2 Klaranlagen im Landkreis Schmalkalden-Meiningen

Im Rahmen dieser Untersuchung warden die grofiten Klaranlagen im Landkreis Schmalkalden-Meiningen erfalBt. Bin ausgearbeiteter Erfas- sungsbogen wurde verschickt und die Antworten aufbereitet (siehe Tabel- le 1).' Tabelle 1: Klaranlagen im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

angeschlossene Jahresabwasser- mittlere Einwohnerzahl menge Tagesabwasser- menge in m3 in m3 Meiningen 28.000 2.005.000 5.500 Niederschmalkalden 17.500 2.745.000 7.500 Zella-Mehlis 10.400 2.079.000 5.700 Oberhof 4.500 367.000 1.006 Steinbach-Hallenberg 1.400 50.000 140

7.3 Klaranlage in Niederschmalkalden

Die Klaranlage in Niederschmalkalden verwendet das anfallende Faulgas, urn mit diesem ein BHKW zu betreiben. Es hat eine elektrische Leistung von 114 kW und eine thermische Leistung von 198 kW. In den folgenden Grafiken werden das nutzbare Klargas und die erzeugte Bruttoenergie im Zeitraum von 1997 bis 2000 dargestellt. Die Klaranlage in Niederschmal ­ kalden hatte 2000 eine nutzbare Klargasmenge von 133.442m3/a er- zeugt, das entspricht einer Bruttoenergiemenge von 880.71 7kWh/a.

' Weitere Angaben sind im FBF - Projekt „Nutzung des Klargaspotentials im Landkreis Schmalkalden- Meiningen" zu linden, das als Anlage dem Energiekonzept beigefugt 1st. 166

Bild 2: Klargasentwicklung der Klaranlage in Niederschmalkalden

180.000 160.000 140.000 E 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000

Bild 3: Bruttoenergieentwicklung der Klaranlage in Niederschmalkalden

.200.000

.000.000

800.000

600.000

400.000

200.000 167

7.4 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Faulgasverwertung

Bevor das anfallende Faulgas energetisch verwertet wird, muB die Wirt- schaftlichkeit vorher nachgepruft werden. AuBer den Investitions- und Be- triebskosten ist die wichtigste BezugsgroBe, die die Wirtschaftlichkeit ei- ner Faulgasverwertung beeinfluBt, der Einwohnergleichwert (EGW - die angeschlossene „Einwohnerzahl “) einer Anlage. Jedoch ist die Wirtschaft­ lichkeit noch von weiteren Faktoren abhangig. Aus diesem Grund wurde im FBF - Projekt 1 ein Berechnungsbeispiel der LAWA12 dargestellt, das beispielgebend fur analogs Berechnungen herangezogen werden kann. In diesem Beispiel wird von einer bestehenden Klaranlage von 25.000 Einwohnerwerten ausgegangen, die in dieser GroBenordnung auch fur kunftige Klaranlagen im Landkreis ein Basiswert sein konnte. Aus dem Beispiel der Kosten- Vergleichsrechnung ist zu erkennen, daB eine Faulgasnutzung schon ab ca. 25.000 Einwohnerwerten wirtschaftlich gefuhrt werden kann. Im Landkreis kamen fur nahere Betrachtungen in erster Linie die Klaranlagen in Meiningen und im Zella-Mehliser Baum in Frage, wo mit einem positiven Ergebnis fur eine energetische Nutzung des Klargases gerechnet werden kann. Mit den Stadtwerken Meiningen und den Stadtwerken Suhl /Zella-Mehlis sind auf dem energetischen Ge- biet erfahrene Teams vorhanden, urn solche Projekte zum Erfolg zu fuh- ren.

1 Das FBF - Projekt .Nutzung des Klargaspotentials im Landkreis Schmalkalden-Meiningen" ist als Anlage dem Energiekonzept des Landkreises Schmalkalden - Meiningen beigefugt. 2 LAWA - Landerarbeitsgemeinschaft Wasser 1990 168

7.5 Hochrechnung fur das Energiepotential im Landkreis Schmal- kalden - Meiningen

Bei der Klargasentwicklung wird von folgendem ausgegangen: • 1 Einwohnergleichwert (EGW) „erzeugt ‘‘ 10 m3 / a Klargas

• fur 144.970 Einwohner des Landkreises ergeben sich daraus theoretisch 1,449.700m 3 / a Klargas. Allgemein wird davon ausgegangen, dalB rund 20 % der theoretischen Menge uber BHKW energetisch genutzt werden kann. Fur den Landkreis Schmalkalden - Meiningen bedeutet das: • 1.449.700m 3/a • 0,20 = 289.940m 3/a Klaraas konnten einer Nutzung zugefuhrt werden. • Der Energiegehalt von 1 m3 Klargas betragt ca. 6,5 kWh ; das be­ deutet: 289.940m 3/a • 6,5 kWh/m3 = 1.884.610 kWh/a. Somit ergibt sich mit dem heutigen Stand der Technik fur den Landkreis eine reale nutzbare Eneraie aus Klargas von 1.884.610 kWh/a.

Unter Einbeziehung des bereits genutzten Potentials der Klaranlage in Niederschmalkalden von 880.71 7kWh/a bleibt eine noch zu erschlieBen- de Reserve nutzbaren Klargaspotentials von 1.013.610 kWh/a. 169

8 Nutzung des Deponiegaspotentials im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

8.1 Einfuhrung zu Deponiegas und dessen energetischer Nutzung

Deponien emittieren Deponiegase, die Energiepotentiale beinhalten, deren Emissionen stellen aber auch ein nicht zu vernachlassigendes Schadi- gungs- und Gefahrdungspotential fur Menschen, Gebaude und Vegetati­ on dar.

„Als Deponiegas werden die im Deponiekorper durch mikrobielle Abbau- prozesse entstandenen gasformigen Stoffwechselprodukte - soweit sie nicht gelost werden - und die in die Gasphase ubergegangenen abgela- gerten Stoffe bezeichnet. “1

Das wesentliche Gefahrdungspotential ist besonders auf den (fur die energetische Nutzung gewiinschten) Methananteil zuruckzufiihren, der zusammen mit Luft zu einem explosiven Gemisch, Oder durch Sauerstoff- verdrangung ursachlich zu Erstickungen fuhren kann. Fur jede heute angelegte Deponie muB das Gefahrdungspotential oberste Prioritat besitzen, aber gleichzeitig muB auch die energetische Nutzung des Deponiegases angestrebt werden.

8.2 Deponiegasentstehung und -entwicklung

Grundsatzlich ist eine weitere Verwertung der Deponiegase stark von dem Methangehalt im Deponiegas abhangig und von den freigesetzten Gas- mengen. Fur Anwendungen, wie mit dem gewonnenen Gas ein BHKW zu betreiben ist, urn Strom zu generieren und Warme abzugeben, gibt es in Deutschland viele Beispiele.

Quelle: Tabasaran, O.; Rettenberger, G.: Grundlagen zur Planung von Entgasungsanlagen. In: Mo­ sel, G., u.a.: Miill-Handbuch. E. Schmidt-Verlag, 1984 170

Nach dem heutigen Erkenntnisstand wird davon ausgegangen, dalB die Deponiegasentwicklung iiber die folgenden 4 Phasen ablauft (vgl. Bild 1).

Bild 1: Veranderungen der Deponiegaszusammensetzung in Abhangigkeit von der Zeit nach dem Mulleinbau 1

Aerob Anaerob Anaerob Anaerob saure Methangarung Methangarung Gdrung 'nstabil stabil ~~

Quelle: Franzius, V.: Gefahrdung durch Deponiegas. In: Hdsel, G.; u.a.: Mull-Handbuch. Berlin, E. Schmidt-Verlag, 1984 171

4 Phasen einer Deponie

1. Phase Mit Hilfe des eingelagerten Sauerstoffs findet ein aerober erster Ab- bauprozeB statt.’ Wahrend dieser Phase werden vorwiegend N2 und 02 emittiert. Zeitdauer: etwa 14 Tage

2. Phase Nach 14 Tagen beginnt die anaerobe „Nicht-Methan-Phase “, die auch als saure Garung bezeichnet wird. 12 In dieser Zeit werden organische Makro- molekule abgebaut. Dabei werden hauptsachlich Essigsaure und andere organische Sauren sowie Alkohole, C02 und H2 gebildet. Das Ende der Phase ist durch ein Maximum von C02 - und H2 - Anteilen gekennzeich- net. Zeitdauer: ca. 3 Monate

1 Aerobe mikrobielle Garung: Bakterieller Abbau von Biomasse bei Vorhandensein von Luft (Sau- erstoff). Es entstehen Warme, Kohlendioxid und Wasser. Beispiel: Verrottung biologischer Abfalle auf dem Komposthaufen. 2 Anaerobe mikrobielle Garung: Bakterieller Abbau von Biomasse unter Luft (-sauerstoff) abschluB. Es entstehen vor allem Methan und Kohlendioxid. Beispiele: Biogas, Klargas, Deponiegas. 172

3. Phase Mit Beginn dieser Phase, die als ein anaerober ProzelB ablauft, setzt eine instabile Methanaarunq ein, die im wesentlichen durch 2 Reaktionen ge- kennzeichnet ist, die zur Methanbildung fuhren. 1

Etwa in der Mitte dieser Phase hat der Methananteil am Deponiegas einen Wert von uber 40 Vol.- % erreicht, der bis zum Ende der Phase auf 55 Vol.-% ansteigt. Zeitdauer: ca. 1,5 bis 2 Jahre

4. Phase Diese anaerobe Phase ist erreicht, wenn sich die Methanbildung stabili- siert hat (nach 1,5 bis 2 Jahren). Das Deponiegas setzt sich wahrend die ­ ser Phase aus 50% bis 60 % Methan, 40 % bis 45 % Kohlendioxid und weiteren Komponenten zusammen, die in wesentlich geringeren Anteilen enthalten sind, wie z. B. Wasserstoff [(0... 3,6) Vol.-%], Sauerstoff [(0 ... 31,6) Vol.-%], Stickstoff [(0 ... 82,5) Vol.-%], Kohlenmonoxid [2,8 Vol.-%], Ammoniak [(0 ... 0,35) ppm], Schwefelwasserstoff [(0 ... 70) ppm] u.a. 12

1 Zunachst wird die gebildete Essigsaure abgebaut: ch3cooh => C02 + CH4 Danach erfolgt die Reaktion des gebildeten Wasserstoffs mit C02 zu Methan und Wasser. 4 H2 + C02 => CH4 + 2 H20 Die Methanbildung wird stark durch Milieuschwankungen beeinfluBt. Durch die ph-Wert-Absenkung wahrend der sauren Garung werden einerseits die Ausgangsstoffe fur die Methanbildung (hauptsach- lich Essigsaure) erzeugt, andererseits fuhrt dies aber auch zeitgleich zunachst zu einer Verschlechte- rung des Milieus fur die Methanbildung. Erst durch den zunehmenden Essigsaureabbau steigt der ph- Wert an, und mit dem zunehmenden Auftreten von Ammonium werden gunstigere Milieubedingungen fur die Methanerzeugung geschaffen. Diese beschriebenen Vorgange verlaufen in analoger Weise bei der anaeroben Klarschlammbehand- lung im Faulturm sowie bei der anaeroben Abwasserreinigung ab. 2 Quelle: Franzius, V.: Gefahrdung durch Deponiegas. In: Mosel, G.; u.a.: Mull-Handbuch. Berlin, E. Schmidt-Verlag, 1984 173

Die Gasbildung und -zusammensetzung wird vorwiegend durch das ein- gelagerte Material, das organisch abbaubar ist, die Mullfeuchte und den Wassergehalt in der Deponie beeinfluBt. Durch den Wasseranteil konnen die anaeroben Prozesse 1 gezielt optimiert werden. Dabei wird der Anfall an Sickerwasser mit genutzt.

Die wirtschaftlich nutzbaren Gasmengen unterliegen auBerordentlich gro- Ben Unsicherheiten, so daB die berechneten Werte nur Schatzwerte dar- stellen. Die Gesamtaasmenae . die auf deutschen Deponien anfallt, liegt zwischen (60 ... 180)m 3/t. Die Gasbildunasrate betraat etwa (10 ... 20)m3/t a. Uber die Gasbildungsrate und die Gesamtgasmenge ergibt sich ein Nutzungs- dauerzeitraum von 10 bis 15 Jahren.

8.3 Zu den Standorten im Landkreis Schmalkalden-Meiningen

Bis 1990 existierten in jeder Gemeinde des Landkreises Altablagerungs- standorte, die jedoch 1990 geschlossen wurden. Heutzutage ist die Miill- entsorgung und damit die Deponienstruktur zentralisiert. Es existieren im Landkreis Schmalkalden-Meiningen lediglich noch die Deponiestandorte Meiningen und Trusetal /Erzschwinde.

8.4 Deponiestandort Meiningen

Dieser Deponiestandort ist vorlaufig bis zum Jahre 2005 als vom Kreis be- triebener Standort vorgesehen. Bis heute werden die entstehenden De- poniegase abgefackelt und gehen somit einer weiteren energetischen Nutzung verloren. Aus diesem Grund sollte uberpruft werden, ob eine Verwertung des anfallenden Deponiegases mit wirtschaftlichem Aufwand moglich ist.

1 Der Wassergehalt sollte fur die anaeroben Prozesse mindestens 40 % betragen. 174

• Absaugversuch und dessen Wertung Zur Erlangung fundierter Entscheidungskriterien hinsichtlich einer mogli- chen Deponiegasverwertung wird seit fiber einem Jahr ein Absaugver­ such durchgefuhrt. Innerhalb dieses Zeitraumes sind die entsprechenden Gasmengen und -qualitaten nachzuweisen. Parallel zu den praktischen Versuchen sollten auch theoretische Berechnungen einer Deponiegas ­ verwertung angestellt werden. Die theoretisch ermittelten und praktisch nachgewiesenen Werte sind gegenuberzustellen und auszuwerten. Zudem ist eine chemische Deponiegasanalyse durchzufuhren. Hierzu sind auBer den Hauptkomponenten Methan, Kohlendioxid, Stickstoff und Sau- erstoff, vor allem die Anteile an Schwefel und Silizium zu untersuchen, da diese Gase in hoheren Konzentrationen technische Systeme bei einer thermischen Verwertung zerstoren konnen. Zur Zeit laufen die notwendigen Vorbereitungen, um das vorhandene De- poniegasfassungssystem mit erforderlichen Gasbrunnen, -drainagen, -transportleitungen und -sammelstationen zu ertuchtigen. Das ist eine Voraussetzung, damit eine optimale Entgasung erreicht wird. Nach diesen MaBnahmen ist davon auszugehen, daB die Gasmengen wie auch die Gasqualitaten merklich steigen werden. Eine Deponiegasnutzung konnte in Meinigen entsprechend der Prinzip- darstellung im Bild 2 erfolgen. 175

Bild 2: Prinzipdarstellung fur eine mogliche Deponiegasnutzung am Standort Meiningen mit Kraft- Warme - Kopplung (Quelle: ASUE, Ham­ burg, 2000)

Die Finanzierungs- und Betreibermodelle sind so zu entwickeln, daB eine groBtmogliche Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage erreicht wird. Zu- dem mussen die Strom-Einspeisemodalitaten mit dem ortlichen Strom- versorger geklart werden. Im Vorfeld sind am Deponiestandort Meiningen erste Messungen durch- gefuhrt und der Gasstrom, der CH4-Gehalt, der Tagesdurchsatz sowie die Fackeltemperatur ab dem 10.04.00 gemessen und grafisch ausgewertet worden (siehe: Anlagen im entsprechenden FBF-Projekt).

Diese ersten MeBergebnisse lassen eine grobe Vorauswertung zu. Der Methangehalt liegt bei ca. 45%; dieser Gehalt wurde ausreichen, urn z.B. ein BHKW zu betreiben. Auch die (bis jetzt) weiteren Voruntersuchungen deuten auf eine sinnvolle, zukunftig mogliche Nutzung des Deponiegases bin. Zudem ist zu erwarten, daB nach abgeschlossener Ertuchtigung der Anlage, der Methangehalt weiter steigen wird. 176

Ein Ausschnitt aus der MeBreihe am Deponiestandort Meiningen zur De- poniegasmessung ist auf der nachsten Seite zu finden. Neueste Techno- logien erlauben sogar eine Verwendung des Gases bei lediglich 40% Methangehalt. Eine Gesamtdarstellung des Deponiekorpers als Prinzipdarstellung und die grafische Auswertung einer MeBreihe sind als Anlage beigefugt.

8.5 Prognose zur Nutzung des Deponiegaspotentials im Landkreis Schmalkalden - Meiningen

Wenn man von der gegenwartig am Standort Meiningen eingelagerten Mullmenge von 92.000Va ausgeht, laBt sich fur diese Menge die energetische Nutzung wie folgt uberschlaglich berechnen:

• Es wird angesetzt 11 Mull entwickelt 100 m3 Deponiegas als Gesamtgasmenge, daraus ergeben sich fur 92.0001 Mull 9.200.000 m3 Deponiegas als Gesamtgasmenge.

• Bei einem Methangehalt von 45 % und einem Methanenergiegehalt von 9,968 kWh/m3 ergeben sich 9.200.000 m3 • 0,45 • 9,968 kWh/m3 = 41.267.520 kWh.

Damit kdnnte mit der in einem Jahr eingelagerten Mullmenge von 92.000 t/a uber die Nutzungsdauer 1 eine

Gesamtgasmenge von 41.268 MWh energetisch genutzt werden.

1 Nutzungsdauer zwischen 10 und 15 Jahren 177

8.6 Deponiestandort T rusetal /Erzschwinde

Die Deponie Trusetal / Erzschwinde ist stillgelegt. Ab dem Jahre 2001 werden an diesem Standort RekultivierungsmaBnahmen vorgenommen. Im Rahmen dieser RekultivierungsmaBnahmen werden die technischen Voraussetzungen fur eine Pflichtentgasung geschaffen. Bezuglich weiterer Verwertung des Deponiegases wurden Absaugversu- che durchgefuhrt deren Auswertung ergab, daB eine energetische Ver­ wertung nicht wirtschaftlich ware.

8.7 Anlagen - Deponiekdrper Meiningen und GasmeBprotokoll

Die Darstellungen zum Deponiekdrper Meiningen und zum GasmeBproto­ koll sind auf den nachsten Seiten zu finden. Sanierungstell

Kreismtilldeponle Melningen

KREISWERKE Prinzipdarstellung-Deponiekbrper SchraalkaldeivMelniogen GmbH (nicht malistablich) Gcwerbegebiei ..Am Still** 1 98617 SUlzfeld Tel: 036945/580 70 Z erarb./aktual.: Helm Aug./2000 // . V ' Oeiamtmenge abflefacksltes Deppnlegaa in (cbm); 1.840.138 tiber d«n hn Oiagramm dargeatellten Zeltraum

Gasstrom, CH4-Gehalt, Tagesdurchsatz, Fackettemperatur (Daponiegaaverbrennung mittels Hochtemperaturfackelanlage) KreismUlldeponie Melnlngen

8000 ...... '....Roh-Methart-n * -GasatromM * Temp-Fackej 7000 —*—Tagesdurchsatz % J '

v^* fC)

^ - % m m vT s, r *• * *** Verbrennungstemperatur

53£ | 135 1 6 (cbm)und

3L **•■«*- , „ <£»PC. Tagesdurchsatz

B B B B 180

9 Vergleiche und Prognosen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Landkreis und in Thuringen 1

9.1 Vergleich zur Nutzung erneuerbarer Energien

Um zu verdeutlichen, welchen Stand der Landkreis bei der Anwendung erneuerbarer Energien erreicht hat, warden die nachfolgenden Oaten und Fakten zusammengestellt und kurze verbale Auswertungen vorge- nommen. In der Tabelle 1 ist ein Gesamtuberblick uber den 1st - Bestand erneu ­ erbarer Energien im Landkreis Schmalkalden - Meiningen dargestellt. Tabelle 1: Ubersicht uber die vom TMWAI geforderten Anlagen im Landkreis

Emeuerbare Anlagenanzahl Gesamtleistung in kW Bemerkung Enemien Wind 2 1.200 Wasserkraft 11 652 Biomasse 334 11.680 Solarthermie 427 594 3.284 m2 Photovoltaik 34 73 Summe 808 14.199 Ende 2000 hatte Thuringen eine installierte Gesamtleistung von ca. 524,5 MW an erneuerbaren Energien, daran hat der Landkreis mit 14,2 MW lediglich einen Anteil von 2,7 %. Jedoch betragt der Anteil des Landkreises an der Gesamtbevolkerung des Landes Thuringen 5,9 % und der Flachenanteil 7,5 %.

’ Grundlage fur diesen Gliederungspunkt ist die Ausarbeitung von Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Alexander Schmitt fur das Energiekonzept. 181

Mit diesen Anteilen ist der Landkreis Schmalkalden - Meiningen bezug- lich seiner Bevolkerung der drittgroBte und bezuglich seiner Flache der zweitgroBte Landkreis in Thuringen.

9.2 Vergleich der Nutzung emeuerbarer Energien im Landkreis und in Thuringen bezogen auf die Einwohnerzahl

Dm Aussagen zum Stand der erneuerbaren Energien im Landkreis zu treffen, wurde der gegenwartige Bestand des Landkreises mit dem Be- stand des Landes Thuringen, bezogen auf die Einwohnerzahl, gegen- (ibergestellt. Als Basisdaten fur die Einwohnerzahlen von 1999 galten folgende Werte: Einwohner (EW) Freistaat Thuringen: 2.449.082 Landkreise 1

Landkreis Schmalkalden - Meiningen: 144.970

Wartburgkreis: 145.712

Sommerda: 81.884

llm - Kreis: 122.513

Saalfeld - Rudolstadt: 134.307

Saale - Orla - Kreis: 99.651

Gotha: 149.491 • Windkraft

Im Landkreis sind gegenwartig zwei Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von 1.200 kW installiert. Das sind 8,3 W Windenergie auf einen Einwohner, dagegen sind es im Land Thuringen schon 62 W. Hieraus wird ein deutliches Defizit des Landkreises in der Windkraftan- wendung gegenuber dem Land deutlich.

' Es wird eine Auswahl von Landkreisen vorgenommen, die in die vergleichende Auswertung ein- bezogen werden. 182

Bild 1: Vergleich - Nutzung des Windkraftpotentials im Landkreis und in Thuringen bezogen auf die Einwohnerzahl

Nutzung des Windkraftpotentials in Watt pro Einwohner

Pges.in W/EW im Landkreis Pges.in W/EW in Thuringen

• Wasserkraft Die Wasserkraftnutzung im Landkreis ist mit 4,5 W/EW nur ein Bruchteil der Wasserkraftnutzung Thuringens (70 W/EW). Zwar ist die Wasser­ kraftnutzung im Landkreis Schmalkalden - Meiningen gegenuber ande- ren Landkreisen geografisch ungunstiger anwendbar, jedoch konnte der Nutzungsgrad hoher sein, auch wenn landesadministrative Entschei- dungen einen Ausbau bestimmter Nutzungsarten vorlaufig nicht ermoglichen. 1

Die hohe Gesamtleistung der Wasserkraft in Thuringen kommt haupt- sachlich dadurch zustande, da die Pumpspeicherkraftwerke der beiden Talsperren eine installierte Leistung von 143 MW und eine Laufwasser- kraftleistung von 15,1 MW haben.

1 siehe Festlegungen in der Wasserkraftstudie des Thuringer Ministeriums fur Landwirtschaft, Na- turschutz und Umwelt; Erfurt, April 1999 183

Bild 2: Vergleich - Nutzung des Wasserkraftpotentials im Landkreis und in Thuringen bezogen auf die Einwohnerzahl

Nutzung des Wasserkraftpotentials in Watt pro Einwohner

• Photovoltaik Beim Vergleich der Photovoltaikleistung pro Einwohner liegt der Land ­ kreis mit einer Leistung von 0,5 W /EW unter der des Landes Thuringen mit 0,61 W / EW (siehe Bild 3). Im Vergleich z.B. mit dem Landkreis Sommerda (2,15 W/EW) liegt der Landkreis deutlich darunter (siehe Bild 4). Durch die GroBanlage, die 2001 in Viernau installiert wird, verbessert sich der Photovoltaiknutzungsgrad im Landkreis erheblich. Von der FBF wurde durch Untersuchungen und Projekte nachgewiesen, daB mit dem EEG sich auch fur den Landkreis weitere Moglichkeiten ergeben, urn zunehmend Photovoltaikprojekte zu realisieren. 184

Bild 3: Vergleich - Nutzung des Photovoltaikpotentials im Landkreis und in Thuringen bezogen auf die Einwohnerzahl

Nutzung des Photovoltaikpotentials in Watt pro Einwohner

0,44

Pges.in W/EW im Landkreis Pges.in W/EW in Thuringen

Bild 4: Vergleich - Nutzung des Photovoltaikpotentials einzelner Landkreise bezogen auf die Einwohnerzahl

Nutzung des Photovoltaikpotentials einzelner Landkreise in Watt pro Einwohner

Schmalkaden - Sdmmerda llm • Kreis Saalfekt - Wartburgkreis Meiningen Rudolstadt 185

• Solarthermie Bei der Nutzung solarthermischer Anlagen liegt der Landkreis auf dem Niveau des Landes. Es sind, wie in Bild 5 ersichtlich, im Landkreis eine Kollektorflache von 0,022 m2/EW und im Land Thuringen eine von 0,02 m2/EW instal- liert. Der Landkreis Saale - Orla hat z.B. eine installierte Kollektorflache von 0,042 m2/EW. Dam it liegt dieser urn 90 % hdher als der Landkreis Schmalkalden - Meiningen.

Bild 5: Vergleich - Nutzung des Solarthermiepotentials im Landkreis und in Thuringen bezogen auf die Einwohnerzahl

Kollektorflache der Solarthermie in m2 pro Einwohner

<= 0,015

S 0,005

m2/EW im Landkreis m2/EW in Thuringen

Besonders durch solarthermische GrolBanlagen, wie die von der Firma Reha Tec GmbH in Trusetal installiert wurde, und durch die „5 % - So- larinitiative" wie sie von der FBF fur den Landkreis konzipiert ist, wird sich der solarthermische Nutzungsgrad im Landkreis entscheidend verbessern kbnnen. 186

Bild 6: Vergleich - Nutzung des Solarthermiepotentials einzelner Landkreise bezogen auf die Einwohnerzahl

Kollektorflache der Solarthermie einzelner Landkreise in m2 pro Einwohner

Schmalkaden - Saale - Orla • Hildburghausen llm • Kreis Wartburgkreis Meiningen Kreis

• Biomassen Zu den fur die Energieerzeugung nutzbaren Biomassen gehoren:

- Abfalle aus Land, Forst- und Lebensmittelwirtschaft sowie Hausmull auf Deponien

- Holz (aus Forstwirtschaft sowie der Industrie) - Energiepflanzen welche nicht zur menschlichen Oder tierischen Er- nahrung dienen.

Bei der Nutzung von Biomassen liegt der Landkreis mit 80 W/EW deutlich vor dem Landesdurchschnitt mit 63 W/EW. Jedoch hat der Saale - Orla -Kreis 234 W/EW und liegt damit urn 193 % hoher als der Landkreis Schmalkalden - Meiningen. 187

Gild 7: Vergleich - Nutzung des Biomassepotentials im Landkreis und in Thuringen bezogen auf die Einwohnerzahl

Nutzung des Biomassepotentials in Watt pro Einwohner

100 80 1 60 C 0_ 40 20 Pges.in W/EW im Landkreis Pges.in W/EW in Thuringen

Gild 8: Vergleich - Nutzung des Biomassepotentials einzelner Land- kreise bezogen auf die Einwohnerzahl

Nutzung des Biomassepotentials einzelner Landkreise in Watt pro Einwohner

Schmalkaden * Saale - Orla ■ Saalfeld - Wartburgkreis Gotha Meiningen Kreis Rudolstadt 188

Mit dem abschlieBenden Vergleich zur energetischen Flachenausbeute von ausgewahlten erneuerbaren Energietragern soil ein Hilfs- mittel fur Entscheidungen bzw. fur Dimensionierungen von al- ternativen Varianten gegeben warden. Bezieht man die heutigen spezifischen Kosten in diese Betrachtung mit ein, 1 dann ist auch unter Beachtung des technischen Fortschritts zu- mindest mittelfristig (8 Jahre ... 12 Jahre) zu erwarten, daB der steigen- de Anteil erneuerbarer Energien durch einen rationellen Energiemix zwi- schen den unterschiedlichen Moglichkeiten realisiert werden wird.

Tabelle 2: Vergleich - energetische Flachenausbeute von erneuerbaren Energietragern (nach RWE AG Essen, 1995)

Art erneuerbarer Energienutzung Spezif. Jahresausbeute pro m2 Jahresertrag Landflache Endenergie Primarenergie

Rapsol 1.300 l/ha 1,2 kWhBr 1,2 kWh Biomasse Energiegetreide 12 t/ha 4,8 kWhBr 4,8 kWh

Binnenland 400 kWhe/m2 8,7 kWhe| 25,0 kWh windenergie Kuste 1.000 kWhe/m2 22,0 kWh6| 62,0 kWh

Photovoltaik 850 kWhe/kWp 34,0 kWhei 97,0 kWh

Solarkollektoren 400 kWhth/m2 133 kWh,h 190 kWh Leoende: Br: Brennstoff, el: elektrisch, th: thermisch Photovoltaik: Modulwirkungsgrad 12 %, Land- - Energiegetreideertrag 12 t/(ha a) bei 15 % Feuchte nutzungsfaktor 1/3 spezifischer Ertrag bezogen auf Spitzenleistung in kW„ - Windenergie: Anlagenbestand = 8 * Rotordurchmesser, spezifischer Solarkollektoren: Landnutzungsfaktoren 1/3 Ertrag bezogen auf Rotorkreisflache

Im Energiekonzept warden vielfach die Kosten fur konkrete Projekte aufgezeigt. 189

9.3 Prognosen zur Nutzung erneuerbarer Energien

Auf der Grundlage der von der FBF erarbeiteten Oaten, den durchge- fuhrten Untersuchungen und Projekten und in Auswertung von Verof- fentlichungen renommierter Verfasser bzw. wissenschaftlicher Institutio- nen warden schon im Teil II des Energiekonzeptes Prognosen zur Nut ­ zung erneuerbarer Energietrager fur den Landkreis Schmalkalden - Meiningen entwickelt und dargestellt. Nachfolgend sind sie fur die er- neuerbaren Energien aufgeschlusselt nach Elektroenergie und Warme- energie in den Tabellen 3 und 4, sowie eine Prognose fur den Warme- pumpeneinsatz in der Tabelle 5, in ubersichtlicher Form fur den Land ­ kreis zusammengestellt.

• Elektroenergie Tabelle 3: Istwert und Prognose zur Elektroenergiegewinnung

Energietrager Istwert Prognose Prognose Prognose mflgliche C02- 2000 2005 2010 2015 Einsparungen im Jahre2015 gegenuberfossilen Brennstoffen (Pi) in t in GWh / a in GWh / a in GWh / a in GWh / a la Wasser 3,3 12,2 24,8 37,2 11.865

Wind 0,81 3,8 8,6 13,2 4.335

Photovoltaik 0,06 1,5 16,7 31,5 11.000

Biogas 1,08 3,8 6,4 9,9 3.087

Klargas 0,39 2,3 4,0 5,1 1.650

Summe 5,64 23,6 60,5 96,9 31.937 190

• Warmeenergie

Tabelle 4: Istwert und Prognose zur Warmeenergie in GWh / a

Energietrager Istwert Prognose Prognose Prognose mogliche C02- 2000 2005 2010 2015 Einsparungen im Jahre 2015 gegenuber fossilen Brennstoffen (til) in GWh / a in GWh / a in GWh / a in GWh / a int/a Solarthermie 1.64 5,5 13 27 8.870 Holz 16,8 18.3 21.8 22.8 2.100 Biogas 1.33 4,7 7,9 12,1 3.770 Klargas 0.48 2,9 4,8 6,2 2.000 Summe 20.25 31.4 47.5 68.1 16.740

Die Anwendung erneuerbarer Energien konnte im Jahre 2015 voraus- sichtlich zu einer C02-Einsparung von 48.600 1 / a fuhren.

• Prognose zur Entwicklung des Einsatzes von Warmepumpen Tabelle 5: Istwert und Prognose zum Einsatz von Warmepumpen in GWh

rationale Istwert Prognose mogliche C02- Energieversorgung 2000 2010 Einsparungen im Jahre 2010 gegenuber fossilen Brennstoffen (Ol) in GWh / a in GWh / a in t/a Warmepumpen ____ 5,5 ___ 21Z____ 3.370

Im Jahre 2000 erbrachten die installierten Warmepumpen im Landkreis einen Energieertrag von 5,5 GWh/a. Nach der Prognose wird sich die- ser Anteil bis 2010 um 294 % auf 21,7 GWh / a erhdhen. Dadurch wird eine zusatzliche C02-Minderung von 3.370 1 / a erreicht. 191

9.4 Resumes

Nach diesen statistischen Auswertungen wird eingeschatzt, daB der Landkreis Schmalkalden - Meiningen im Vergleich mit anderen Thurin- ger Landkreisen bei der Nutzung erneuerbarer Energien insgesamt kei- ne Spitzenposition einnimmt, obwohl er bezuglich seiner Flache und seiner Bevolkerungszahl an 2. bzw. 3. Stelle steht.

Mit dem Energiekonzept wurde aufgezeigt, daB der Landkreis Schmal­ kalden - Meiningen alle Voraussetzungen besitzt, das nutzbare Potential an • Energiesparmoglichkeiten, • rationeller umweltfreundlicher Energieversorgung, • erneuerbaren Energien und an • Schadstoffemissionsreduzierungen stetig besser anzuwenden. Zu diesen gunstigen Voraussetzungen des Landkreises gehoren, daB er: • ein ansehnlich stabiles wirtschaftliches Niveau erreicht hat, • uber eine Fachhochschule und Forschungseinrichtungen verfugt, • Unternehmensgrundungen mit kreativen Ideen zielgerichtet for­ ded (TGF), und daB • inzwischen ein groBer Teil der Hauseigentumer uber ein ausrei- chendes Finanzierungspotential verfugen. 192

Vordringlich miissen die offentlichen Verwaltungen bei Energieversor- gungsentscheidungen die Nutzung erneuerbarer Energien mit einbezie- hen und diese auch bewuBt mit Vorbildwirkung treffen. Gleichzeitig gilt es, Forderinstrumentarien zu konzipieren und einzusetzen, durch die ei- ne breitere Anwendung erneuerbarer Energietrager unterstutzt wird. Mittels einer thematisierten Offentlichkeitsarbeit sind Unternehmer und Gebaudeeigentumer fur okologiefreundliche Energietrager bzw. Ener- gieversorgungslosungen zu sensibilisieren. Dadurch erbringt der Landkreis Schmalkalden - Meiningen einen eigen- stand igen Beitrag fur eine nachhaltige Entwicklung der Region.