REDII Ports Studie

Pumpspeicher

Ein Pumpspeicherkraftwerk pumpt Wasser bei Stromüberschuss im Netz in ein höher gelegenes Haltebecken. Wird Strom im Netz benötigt, wird das Wasser durch Leitungen bergab laufen gelassen (Gravitationsprinzip) und treibt dann eine Turbine an, deren Bewegungsenergie mittels Generator-prinzip wieder in Strom gewandelt wird.

• keine gesicherte Aussage über Kosten und Funktion

Wasserkraft-Punktabsorber

Zur Nutzung der Energie aus der Wellenkraft wird bei diesem technologischen Ansatz ein Schwimmkörper an einer Hub-Metallstange am Rande einer Kaj o.Ä. befestigt. Die Wellen heben den Schwimmer an, die Bewegung wird über die Hubstange übertragen und mit Hilfe eines Generators in elektrische Energie umgewandelt.

• nahezu konstant verfügbare erzeugte Strommenge
• an verschiedenen Kaibereichen installierbar

• nur geringe Strommengen
• höherer Wartungsaufwand
• Platzierung des Geräts ist wichtig, da optimale Wellenbedingungen herrschen sollten

Dachflächen PV

Die Einsatzmöglichkeiten für sogenannten Aufdachphotovoltaikanlagen im Hafengebiet sind vielfältig. Zur Montage der Module sind auf dem Markt unzählige Befestigungsvarianten vorhanden, sodass prinzipiell jede Dachfläche mit Modulen belegbar ist.

• sehr hohes Erzeugungspotential

• ggf. Nutzbarkeit durch Tragfähigkeit unterschiedlicher Dachkonstruktionen (Statik)
• Abrieberscheinungen durch (fein)staubige Hafenluft

Luft-Wasser WP

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist die am weitesten verbreitete Wärmepumpentechnologie. Sie ist besonders dort gut einsetzbar, wo weder Tiefenbohrungen, noch Flächenkollektoren möglich sind.

• Vorteilhaft im Bereich "Altbau"

• geringer Wirkungsgrad im Vgl. zu Wasser-Wasser-Wärmepumpen
• Laustärke

Solarthermie

Eine Möglichkeit das thermische Potential der Sonne zu nutzen ist die Solarthermie. Bei dieser Technologie werden mit Öl gefüllte Glasröhren der Sonnenstrahlung ausgesetzt. Die Module sind beispielsweise an einen Heiz-kreis angeschlossen und geben die Temperatur des Öls im Wärmetauscher-prinzip an das Heizungswasser ab.

• höhere Energieausbeute als Solarstrom
• auch nutzbar als Optimierer für Prozesswärmeanwendungen

• teurer als Solarstrom

Biomassekessel

Während Pelletanlagen bis zu einigen hundert Kilowatt groß sein können, findet man Biomasseanlagen bis weit in den MW-Bereich hinein. Als Brenn-stoff dienen häufig Hackschnitzel.

• Brennstoffbelieferung divers (Straße, Schiene, Schiff)
• etwas preiswerter als Pellets

• hoher Betreuungs- und Wartungsaufwand
• eignen sich nicht als Kleinanlagen

PEMFC

Die PEMFC ist eine Niedertemperatur-Brennstoffzelle und arbeitet mit einem Polymerelektrolyt. Damit ist sie optimal für die Wärme- und Stromversorgung von Bestandsgebäuden geeignet, da sie die benötigten Vorlauftemperaturen der Heizung im Bereich 70-90 °C liefern kann. Die Leistung der PEM Brennstoffzellen liegen im Bereich ab 2 kW.

• sinnvoll einsetzbar in Wohngebäuden sowie Minikraftwärmekopplung

• geringer Anlagenwirkungsgrad
• Empfindlichkeit der Kathode auf Vermutzungen des Brenngases
• höhere Wartungskosten

Batterie-Speicher

Der batterieelektrische Speicher ist eine der klassischen und technisch am weitesten entwickelte Variante der Stromspeicherung. Das Funktionsprinzip basiert auf einem elektrochemischen Prozess. Momentan sind auf dem Markt zwar verschiedene Arten von batterieelektrischen Speichern erhältlich von denen wohl die Lithium-Ionentechnologie mittlerweile am weitesten verbreitet ist.

• Batterien in verschiedenen Leistungsklassen

• Brandgefahr
• teure Technologie, da Lithium-Knappheit

Wasserwärmespeicher

Der Wasserwärmespeicher ist prinzipiell ein sehr groß dimensionierter Pufferspeicher wie er in klassischen Heizungssystemen Anwendung findet. Er besteht aus einem mehrere tausend Kubikmeter fassenden Wassertank, der an der Außenseite mit Dämmmaterial verkleidet ist. Der Speicher ist angeschlossen an eine Wärmequelle (z.B. Biomasseheizkraftwerk) und kann so überschüssige Wärme aufnehmen. Wasserwärmespeicher gibt es in verschiedenen Ausführungen, unter anderem auch mit Direktwärmeerzeu-gern, den überschüssigen, regenerativen Strom zur Wärmeerzeugung nutzen.

• durch Dämmung kann Temperatur lange gehalten werden

• enormer Platzbedarf (Fläche und Höhe)

Schwungradspeicher

Der Schwungradspeicher dient dazu, in kurzer Zeit viel Leistung freizugeben. Besonders interessant ist dieser Aspekt im Bereich der Lastgangoptimierung, dem sogenannten Peakshaving. Bei dieser Technologie wird ein Schwungrad geplant kurz vor einer erwarteten Lastspitze in Rotation versetzt. Kommt die Lastspitze, wird das Schwungrad vom Elektromotor entkoppelt und wandelt die Bewegungsenergie im Generatorprinzip in elektrische Energie um.

• günstigerer Strompreis, da Leistungsspitzen reduziert werden können

• komplexe Steuerungsanforderungen
• eingeschränkte Nutzbarkeit (abhängig von Lastspitzen)

Pelletkessel

Brennstoff sind pelletierte Holzabfälle (Sägemehl und Schadholz), die als normierte Ware eine gleichbleibende Qualität (gleichbleibender Brennwert) haben. Durch den Verbrennungsprozess sind hohe Temperaturniveaus bis ca. 90 °C im Heizungsvorlauf realisierbar.

• variables Temperaturniveau (ermöglicht sukzessive Sanierung)
• Brennstoffkosten im Vgl. zu fossien Energieträgern preiswerter

• politischer Druck zum Verbot dieser Technik
• höherer Wartungsbedarf

Nachtspeicherofen

Beim Nachtspeicherofen wird tagsüber ein strombetriebenes Heizelement genutzt, um Wärme zu erzeugen, die in einem Keramikwärmespeicher für die Nachtstunden gespeichert wird. Diese Technologie ist insbesondere sinnvoll, wenn ein Stromüberschuss aus regenerativer Erzeugung besteht.

• keine Rohrleitungen nötig
• geringe Installationskosten

• geringe Wirtschaftlichkeit, wenn Netzstrom genutzt werden muss

Carport PV

Freiflächen, wie Parkplätze bieten grundsätzlich ein hohes Potential für die Erzeugung von Solarstrom. Da die Flächen natürlich Platz für Fahrzeuge und das Rangieren bieten müssen, sind Solarcarports ein Mittel, die Photovol-taikanlage entkoppelt vom Boden zu errichten. Somit lässt sich eine Doppelnutzung der Fläche als Stellplatz und als Energieerzeugungsfläche realisieren.

• Ertrag pro Fläche wird gesteigert
• Carport bietet Schutz für Fahrzeuge

• hohe Investitionskosten (3-fache von normalen PV-Aufdachanlagen)
• höhere Baukosten
• erhöhte Gefahr an Beschädigung und damit häufige Instandsetzung

Fassaden PV

Insbesondere im Bereich der Industriebauten finden sich häufig große und gradlinig verlaufende Fassadenflächen mit wenigen Öffnungen für Fenster oder Türen, bzw. Tore. Speziell für Flächen wie diese eignet sich die sogenannte Fassaden-Photovoltaik. Es ist möglich, Glasmodule mit speziellen Wandhalterungen als Vorhangfassade anzubringen – wobei der Zwischenraum dann zusätzlich zur Dämmung des Gebäudes genutztwerden kann.

• von Bedeutung für Produktionshallen & Silos
• mit Ultra Thin Modulen kann an Fassaden gearbeitet werden, was statische Probleme vorbeugt

• höhere Montagekosten, da häufig der Einsatz von großflächigen Gerüsten od. Hubsteigern notwenig ist
• geringere Effizienz durch senkrechte Montage
• Gefahr von Vandalismus

Kleinwindkraftanlage

Kleinwindkraftanlagen sind wie Ihre großen Pendants Anlagen, die durch Nutzung der kinetischen Energie des Windes Strom erzeugen.

• hohe Vielfalt an möglichen Installationsstandorten
• es sind keine langwierigen Genehmigungsverfahren zu erwarten

• noch keine Langzeitberichte über Haltbarkeit & tatsächlicher Menge des produzierten Stroms

Eisspeicher

Sie finden Ihren Einsatz dort, wo eine Wärmeversorgung mittels Wärmepumpe vorliegt. Der Eisspeicher nutzt die thermische Energie beim Phasenübergang von Wasser zu Eis und umgekehrt. Diese Technologie ist ins-besondere dort sinnvoll einsetzbar, wo ein geringes Temperaturniveau zu Heizzwecken benötigt wird.

Mini-Biogasanlage

Das Prinzip der Erzeugung von Biogas beruht auf einem Fermentierungsprozess, bei dem das energetische Basismaterial mit Wasser und Bakterienkulturen versetzt wird. Durch die Enzymspaltung des Basismaterials durch Bakterienkulturen entsteht Methan. Dies kann entweder in einem BHKW verstromt werden oder nach Aufbereitung als Biogas ins lokale Gasnetz eingespeist werden.

• Nutzung von Lebensmittel- abfällen oder menschlicher Fäkalien als Basismaterial
• geringe Anlagengröße

• hohe Zusatzkosten für die Aufbereitung des Gases
• täglicher Personalaufwand zur Befüllung & Leerung der Anlage
• Biogasausbeute liegt auf vergleichbar geringem Niveau

Folien PV

Bei einer Solarfolie handelt es sich um hauchdünne und besonders flexible Solarmodule. Bei annähernd gleicher Erzeugungsleistung und Lebenserwartung hat diese Technologie im Vergleich zu anderen Glasmodulen 30-50% weniger Gewicht.

• auf Dächern mit unzureichender Statik einsetzbar
• erhöht damit PV-Potential

• Ungewissheit in Hinblick auf Haltbarkeit & tatsächlichen Stromertrag (da neu auf dem Markt)
• Abrieb durch staubhaltige Luft könnte Trägermaterial schaden

Power 2H2 - Elektrolysator

Überschüssiger Strom wird dazu genutzt über einen Elektrolyseur grünen Wasserstoff zu erzeugen. Dieser kann dann für sowohl für die Stromerzeugung als auch für Wärmeerzeugung oder Kraftwärmekopplung genutzt werden.

• geringe Kosten

• bedarf teuren Netzstrom bei ausbleibender Erzeugung
• Genehmigungsrechtliche Schwierigkeiten

Gravitationsspeicher

Eine Abwandlung des Pumpspeicherkraftwerks ist der sogenannte Gravitationsspeicher. Hier werden Gewichte (bspw. Betonklötze, verpresster Metallschrott, nicht recyclebare Komponenten von Windkraftanlagen etc.) bei Stromüberschuss im Netz mittels einer Winde in die Höhe gezogen und bei Strommangel hinuntergelassen. Beim Hinunterlassen wird das Kabel, an dem das Gewicht befestigt ist, abgespult und über das Generatorprinzip Strom erzeugt. Gravitationsspeicher können in Form eines Krans oder innerhalb eines Gebäudes errichtet werden. Die Leistung liegt im MW-Bereich.

• geringer Anlagenpreis

• voraussichtlich erhöhter Wartungsaufwand
• es wird viel Fläche für die Anlage benötigt
• hohes Gewicht
• voraussichtlich hohe Kosten

Abwasser WP

Eine weitere nutzbare Umweltenergie ist die Restwärme von Abwasser. Das Prinzip funktioniert analog zur Wasser-Wasser Wärmepumpe. Der Unterschied ist der Wärmetauscher, der im Volumenstrom einer Abwasserleitung oder eines Abwasserkanals montiert wird. Abwasser hat eine Jahresdurchschnitts-temperatur von ca. 11°C und bietet, so der Volumenstrom dauerhaft gegeben ist, einen hohen Anteilnutzbarer Wärmeenergie.

• relativ hoher Wirkungsgrad

• aufwendiger Einbau
• erhöhter Wartungsaufwand auf Wärmetauscherseite

PAFC

Die PAFC arbeitet im Vergleich zu anderen Brennstoffzellen mit Phosphorsäure als Elektrolyt und eignet sich gut für die Kraftwärmekopplung im industriellen Bereich (ohne Hochtemperaturanforderungen). Bei dieser Brennstoffzellenart basiert die Strom- und Wärmeerzeugung auf der Aufspaltung von Wasserstoff in seine Bestandteile Wasser und Sauerstoff.

• dynamisches Verhalten (Regelbarkeit der Leistung)
• robuster Aufbau

• vglw. geringere Leistungsdicht
• häufiges Auswechseln der Anode & Kathode, aufgrund der Phosphorsäure

Floating PV

Die Sonderform der Freiflächen-PV, die sogenannte Floating-PV bietet sich für ungenutzte Wasserflächen im Hafen an. Sie besteht aus einem flexiblen Aluminiumgestell und der eigentlichen PV-Anlage. Die wellengängige Anlage lässt sich im direkten Wettereinfluss außerhalb des Hafens positioneren.

• wenig oder gar nicht genutzte Wasserflächen können zur Stromerzeugung genutzt werden
• Kombination mit Punktabsorbern oder Kleinwindkraftanlagen möglich
• höherer Anlagenwirkungsgrad, da Wasser die Anlage kühlt

• erschwerte Zugänglichkeit
• häufiger Reinigungsbedarf

Wasser-Wasser WP

Diese Technologie nutzt das Medium Wasser, bzw. die darin erhaltene Umweltenergie, um Wärme zu erzeugen. Dabei wird ein Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf an einem Wärmetauscher der an einen Wasserkreislauf angeschlossen ist vorbeigeleitet, nimmt dann das Temperaturniveau des Wassers auf, wird weiter zu einem Verdichter geleitet und dort komprimiert, das Temperaturniveau steigt mit zunehmendem Druck. Das komprimierte Kältemittel wird wieder an einem Wärmetauscher vorbeigeführt, der an das Heizungssystem angeschlossen ist und gibt die Wärme ab. Es folgt ein Expansionsventil, welches das Kältemittel ausdehnen und in den ursprünglichen Zustand zurückkehren lässt, dabei wird die Temperatur weiter abgesenkt.

• geringes Volumen an Wasser für Nutzung benötigt
• Wasser ist stabiler gegenüber Schwankungen

• benötigtes Frostschutzmittel birgt potenziell Gefahr einer Umwelthavarie
• Verschlickung des Wärmetauschers -> geringerer Wirkungsgrad

Windkraftanlage

Eine Windkraftanlage erzeugt aus der Luftströmung Energie. Der Wind treibt die Rotorblätter der Anlage an, diese übertragen Ihre Drehung über das nach geschaltete Getriebe an einen Generator, welcher dann den Strom erzeugt.

• im Vergleich zu kleinskaligen Lösungen deutlich höhere Erträge

• Genehmigungsrechtliche Herausforderungen, vorallem in Bezug auf Lärmkontingente

Kraft-Wärme-Kopplung

Bei dieser Technologie wird ein Brennstoff einem Motor zugeführt, der mit einem Generator verbunden ist. Bei der Verbrennung entsteht Wärme die zu Heiz- oder Prozesszwecken genutzt werden kann. Zudem wird über den verbauten Generator Strom erzeugt.

• einsetzbar, wenn stetig regenerativer Brennstoff und hoher Wärmeverbrauch gegeben sind

• benötigt konstant hohen Wärmeverbrauch

Vertikalwindkraftanlage

Bei einer Vertikalwindkraftanlage sind die Rotorblätter vertikal um die eigene Achse angeordnet.

• Windrichtung nicht relevant
• Zwang zur Nachführung der Anlage entfällt
• geringere Geräusch- und Vibrationsemissionen

• geringere Erzeugungsleistung durch geringeren Wirkungsgrad

Winddrache

Bei dieser Technologie wird eine am Boden stationierte Seilwinde mit eingebautem Generator dazu genutzt einen Stoffdrachen in die Höhe steigen zu lassen und wieder zurück zum Boden zu holen. Durch Wiederholung des Vorgangs entsteht ein konstanter Stromfluss.

• geringe Anlagengröße
• minimierter Schattenwurf
• minimierte Geräuschemissionen

• nicht untersuchte Langlebigkeit der Materialien
• potenzielle Nachteile in genehmungsrechtlichen Themen

Pavegen

Die Idee von Pavegen ist ein Fußboden, der das Gewicht von Schritten nach dem Piezoeffekt in Strom umwandelt. Bei dieser Technologie wird die Kraft einer auf den Boden auftretenden Masse (bspw. die Schritte eines Menschen) auf einen flexiblen Untergrund geleitet, der sich verformt und so eine Spannung erzeugt. Die jeweiligen erzeugten Strommengen sind zwar sehr gering, könnten jedoch durch eine große Menge von Schritten, beispielsweise beim Boarding einer Fähre, gesteigert werden.

• hohe Installationskosten

Solardachziegel

Solardachziegel bestehen aus gebrannter Keramik, in welche PV Module eingearbeitet wurden oder sind selbst PV Module aus üblichen Materialien.

• einsetzbar auch bei Denkmalschutz oder anderen bau-ordnungsrechtlichen Auflagen & ermöglichen damit eine Eigenstromerzeugung

• ca. 25 % weniger Leistung pro m2 als herkömmliche Solarmodule
• ca. doppelt so hoher Investitionspreis pro Kilowattpeak im Vgl. zu herkömmlichen Modulen

Solarsonnensegel

Hierbei wird entweder ein Stoff mit dünner Photovoltaikfolie beklebt, oder ein Geflecht aus zusammengesetzten Mini-Photovoltaikmodulen verwendet.

• windanfällig
• geringe Energieausbeute

Solarzaun

Als Solarzaun bezeichnet man vertikal aufgeständerte PV Module, welche als Reihe die Funktion des Zaunes einnehmen können.

• nicht teurer als Aufdach-PV

• Risiko der Beschädigung durch Wind
• hoher Verschmutzungsgrad unter hafenspezifischen Umweltbedingungen
• Risiko der Beschädigung durch Vandalismus oder durch Anfahren der Module

Solar-Pflaster

Das Solarpflaster besteht aus PV-Modulen, die entweder die Maße von Straßenpflaster oder Standard-PV-Modulen haben. Für die Montage wird der Belag der Parkflächen eingeschnitten und entfernt, danach die Pflasterung normgerecht hergestellt und die Module darauf verlegt.

• Maximallast von 8 t
• hohe Investitionskosten
• Risiko der Anlagenbeschädigung durch das Befahren mit schweren Fahrzeugen
• Risiko der Überflutung
• hoher Verschmutzungsgrad unter hafenspezifischen Umweltbedingungen