Energieautonomie für Tamera
Unser Ziel ist es, ganz Tamera mit seinen ca. 200 Bewohnern zu 100% aus eigenen Energiequellen zu versorgen. Es ist ein langfristiges Vorhaben, ein voll autonomes, regeneratives und dezentrales Energiesystem zu entwickeln, das zudem vollständig vor Ort zusammengestellt und aufrechterhalten werden kann. Wir arbeiten mit einem modularen System, das auf bereits bestehende Technologien zurückgreift. So wollen wir zeigen, wie „normale“ Siedlungen, inklusive solcher mit wenig Infrastruktur wie im Globalen Süden oder Flüchtlingslager, energieautonom funktionieren können.
Vision
Mit diesem Projekt möchten wir ein lebendiges Beispiel für die folgenden 12 leitenden Prinzipien schaffen:
- Kommt zusammen – Gemeinschaft ist die Basis für Nachhaltigkeit; sie ermöglicht zwischenmenschliche Kommunikation und ein Zusammenleben mit der Natur in einer gesunden und gerechten Welt, in der Kontakt zwischen allem Lebendigen besteht.
- Verwendet nur lokal erzeugte Energie – aus Sonne, Erde, Wind, Wasser und Biomasse.
- Setzt Technologien ein, die mit geringen Temperaturen und geringem Druck arbeitenum Energie zu erzeugen.
- Kocht mit Sonnenreflektoren und produziert Biogas aus organischem Abfall – dadurch wird auch das menschliche Leben in den ökologischen Kreislauf integriert. Das ist ein essentieller Aspekt einer ganzheitlichen Nahrungs- und Energieproduktion.
- Verwendet solare, sich selbst regulierende Energiesysteme für die Kühlung. Damit kann auch gezeigt werden, wie einfach natürliche Energiekreisläufe funktionieren.
- Folgt einem neuen Paradigma beim Bauen und dem Einsatz von Maschinen, das die Funktionsweise natürlicher Systeme so weit wie möglich nachgeahmt – zum Beispiel, in dem konventionelle Verbrennungsmotoren durch der Natur nachgebaute „atmende“ Maschinen (wie dem Stirlingmotor) ersetzt werden.
- Integriert die Energieproduktion in den Aufbau menschlicher Siedlungen, in dem starke Synergien zwischen Wasser, Ökologie, Architektur und Energieerzeugung geschaffen werden.
- Verlasst das Konzept von globalen, zentral kontrollierten „Einweg“-Kreisläufen und arbeitet am Aufbau dezentraler regionaler Kreisläufe, die den lokalen Gemeinwesen dienen.
- Schafft offene Systeme, die kontinuierlich den Überschuss an Energie in regionale Netze zurückfließen lassen.
- Kombiniert Systeme und vermeidet dadurch Energieverschwendung – zum Beispiel können wir die Energie, mit der die Biogasanlage beheizt wird, auch als Wärmespeicher verwenden.
- Verstärkt die Unabhängigkeit durch lokale Produktion und durch Nutzung regionaler Ressourcen und Gemeinschaften.
- Strebt nach dauernder Verbesserung – teilt Kenntnisse und Wissen, verwendet Open-Source-Systeme und nehmt euch immer wieder Zeit, die Natur zu beobachten und zu studieren.
Die Komponenten des Modul-Systems enthalten:
- Solare Architektur mit und ohne Photovoltaik-Anlagen,
- Kochen mit Biogas, direktem Sonnenlicht und sonnenerhitztem Öl,
- solare Kühlung und solare Temperaturregulatoren in Gebäuden – mit und ohne saisonaler Wärmespeicherung,
- solare elektrische Transportmöglichkeiten,
- ein Blockheizkraftwerk, das mit Holzgas und Biogas betrieben wird,
- verschiedene erneuerbare Energietechnologien für Hütten und vorübergehende Wohnstrukturen.
Die Energieanlagen können sowohl installiert werden, um Soforthilfe in Krisengebieten und Flüchtlingscamps zu gewährleisten, als auch um langfristig nachhaltige Siedlungsstrukturen zu entwickeln. Unsere Installationen werden auch für die Ausbildung eingesetzt. Der Wissenstransfer beginnt für uns damit, dass wir mit diesen Systemen leben. Menschen, die aus anderen Projekten und Lebensumständen zu uns kommen, um die Technologien kennenzulernen, leben darin mit uns zusammen. So lernen sie, die Technik bei Bedarf umzubauen und an ihre eigene Lebenssituation anzupassen.
Plan
In Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Schiller in Deutschland haben wir ein Konzept für Energie-Autonomie entwickelt.
Elemente des Komponentensystems sind:
Invisible
1. Solare Architektur kombiniert mit Stronerzeugung – Photovoltaik-Anlagen und Speicherung mit Batterien
Der veranschlagte Stromverbrauch soll komplett durch Solarpanele abgedeckt werden, die auf den Dächern mehrerer Häuser angebracht werden. Die geplante Solararchitektur mit Photovoltaik-Schattenmembranen werden sowohl Schatten, als auch Strom liefern, und das mit ästhetisch und architektonisch ansprechendem Design. Der erzeugte Strom wird in einer zentralen Batteriebank für den Nachtverbrauch gespeichert. Wir ziehen Alternativen zur Nutzung von Lithium-Batterien in Betracht, wie z. B. „Vanadium Redox Flow Batteries“, die nicht umwelt- oder gesundheitsschädlich sind und elektrische Energie ohne Verlust durch physikalisch getrennte Elektrolyttanks speichern. Eine andere Option ist ein Magnesium-Meerwasser-Speicher, der ebenfalls ohne gefährliche oder giftige Materialien arbeitet. Jedes Speichersystem muss mindestens 20 Jahre Betriebszeit mit höchstens 10% Leistungsverlust aufweisen.
2. Solares Kochen: mit Heißöl betriebene Küchen, Biogas, solare Konzentratoren und solare Warmwasserkollektoren
Wir wollen zwei Gemeinschaftsküchen auf 100% Solarenergie umstellen und dafür Heißöl, Biogas und Solarkonzentratoren einsetzen. In Solarkollektoren aus konzentrierten Vakuumröhren kann die Sonne Pflanzenöl in einem geschlossenen Kreislauf auf 200° C aufheizen. Durch das heiße Öl wird die Wärme zum Kochen in doppelwandige Töpfe und Pfannen oder in isolierte Wärmetanks zur Speicherung geleitet. Biogas kann rund um die Uhr zum Kochen genutzt werden; Scheffler-Spiegel konzentrieren Sonnenstrahlung für den direkten Gebrauch. Die Kombination verschiedener Module erlaubt einen 24-stündigen Küchenbetrieb. Solarkollektoren für Warmwasser erwärmen Wasser zum Kochen und Putzen.
3. Solare Energieerzeugung mit Stirlingmotoren und Wärmespeicherung
Ein innovativer Niedrigtemperatur-Stirlingmotor, in Tameras solarem Testfeld installiert, wird der Antriebsmotor in einem Energieversorgungsystem, das Strom, Kühlung, mechanische Energie und Wärme erzeugt. Der gewählte Stirlingmotor, „SunOrbit’s Sunpulse“, kann kontinuierlich 1500W elektrische Energie erzeugen. Der Motor ist das Ergebnis von jahrzehntelanger Forschung von Jürgen Kleinwächter und seinem Team: Ihre einfachen und effizienten Stirlingmotoren arbeiten mit Temperaturen, die von Niedrigkonzentrations-Solarkollektoren erzeugt werden. Dieses System kann auch für Kühlung genutzt werden, indem der Energiestrom umgekehrt wird und die Stirling-Maschine mit einem Elektromotor angetrieben wird.
Wir entwickeln Elemente eines „Hope-Containers“: ein autonomes Energie-, Lebensmittel- und Wassermanagementsystem für die Versorgung von 30-50 Menschen. Der Hope-Container soll Soforthilfe in Krisengebieten und Flüchtlingslagern bieten und gleichzeitig einen Beitrag zur Entwicklung von langfristig nachhaltigen Siedlungen leisten.
Wir möchten die Grundelemente des Hope-Containers als Prototyp im solaren Testfeld installieren und sie für die Ausbildung nutzen, so dass VertreterInnen anderer Projekte lernen können, ein System zu bauen und zu optimieren, das in ihr tägliches Leben integriert werden kann.
Das Projekt in synergetisch mit dem Projekt für solares Kochen verbunden: Die Anlage für Wärmeerzeugung und -speicherung, die zum Kochen genutzt wird, kann mit dem Stirlingmotor auch für Stromerzeugung eingesetzt werden.
4. Kochen mit Biogas
Die beiden Großküchen in Tamera produzieren eine ansehnliche Menge von Biomasse in Form von organischen Abfällen. Diese können leicht in einem kleinen Biogassytem in nutzbare Energie verwandelt werden; dazu werden sie gemahlen oder geschreddert und mit Wasser vermischt, diese Masse wird dann in kleine Biogasmeiler mit einem Volumen von bis zu 10m3 eingespeist. Der Einsatz von Biogas wird vor allem dann interessant und lohnenswert, wenn es in der Küche einmal schnell gehen soll oder in Zeiten, wo keine direkte Sonnenenergie zum Kochen verfügbar ist. Die Biogasmeiler werden mit einem solaren Heizsystem auf der optimalen Betriebstemperatur von 37°C gehalten. Die überschüssige Flüssigkeit nach der Produktion des Biogas ist reich an Düngestoffen und wird als biologischer Flüssigkompost auf unseren Feldern genutzt.
5. Solare Kühlung
Der Einsatz von Solarenergie für Kühlung ist besonders attraktiv, da die Notwendigkeit für Kühlung dann am größten ist, wenn die Sonne am stärksten scheint. Dann reguliert sich sich das Kühlsystem fast von allein, da die Hitze, mit der die Sonne einen Kühlraum aufwärmt, in einem solarbetriebenen Kühlsystem durch eine höhere Energieproduktion ausgeglichen wird.
Wir planen drei verschiedene Kühlsysteme, um eine Reihe von Alternativen für verschiedene Regionen zu erproben, und wir werden beobachten, welche von ihnen auf unserem Gelände am besten funktioniert:
- Solare Absorptionskühler
Wir werden Absorptionskühler ohne bewegliche Teile installieren und dafür solare Wärmeenergie aus den Vakuumröhrenkollektoren verwenden. Absorptionskühler arbeiten durch Absorption und nutzen die Kondensationsphase des Kühlkreislaufes – statt durch Kompression, wie es bei herkömmlichen Kompressorkühlschränken üblich ist. Die vom Absorber benötigte Wärme wird direkt von den Vakuumröhrenkollektoren produziert. Je höher die Sonneneinstrahlung, desto mehr Kühlkraft ist verfügbar: ein selbstregulierender, völlig CO2-neutraler Vorgang. Das Kühlmedium kann Ammoniak sein.
- Umkehr-Stirling-Maschine
Der „SunOrbit SunPulse“ kann in einen Umkehrmodus geschaltet werden, wo der Stirlingmotor elektrisch angetrieben wird und wie eine effiziente Wärmepumpe bzw. ein Kühlschrank funktioniert. Unter dem Namen CoolPulse hat dieser Vorgang einen COP (COP = “Coefficient of Performance” bestimmt das Verhältnis von erzeugter Kälte- bzw. Wärmeleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung) von 4 – also deutlich höher als konventionelle Kühlung. Wenn zum Beispiel aus Wasser mit einer Anfangstemperatur von 20° C Eis gemacht wird, arbeitet der CoolPulse mit einem COP von 5. Das heißt, dass ein normales Solarpanel mit einer Stromproduktion von 500W in Spitzenleistung während des Tages bei 2,5 kW Spitzenleistung Eis produzieren kann.
Wir planen einen Testlauf mit einer kontinuierlichen Energieproduktion von 2,5 kW. Nicht verbrauchte Kühlenergie kann in einer Eiswasserspeicherungseinheit gelagert werden. Das Solarpanel, das die Anlage antreibt, sollte eine Stromerzeugung von mindestens 3kW Spitzenleistung haben, so dass es zusammen mit einer Batteriebank 500W Dauerleistung erzielt. Die Batterie braucht dazu eine Speicherleistung von 4kWh nutzbarer Energie.
- Photovoltaik-Solarpanele (PV) mit konventioneller Kühlung
Wir wollen ein Solarpanel und ein Wechselrichtersystem installieren, um einen konventionellen Kompressionskühlschrank anzutreiben. Die Kühlenergie kann ebenfalls in einem Eiswasser-Speichersystem gelagert werden.
6. Ein mit Holzgas und Biogas betriebenes Blockheizkraftwerk
Wir brauchen Energiequellen für Strom und Wärme für die Situationen, wo die Sonne nicht scheint, vor allem im Winter. Wir haben in Tamera eine Fülle an Sträuchern und buschigen Pflanzen, die oft schon während des heißen Sommerwetters austrocknen. Diese können jährlich geerntet, kleingehackt oder geschreddert und durch einen Vergasungsprozess in Holzgas verwandelt werden. Dieses Gas wird dann in einem Holzgasmotor verbrannt und in Wärme und Strom umgewandelt. Das System kann ökonomisch betrieben werden und die bestehende Solarstromerzeugung ergänzen, um eine kontinuierliche Stromversorgung zu gewähren.
Das Blockheizkraftwerk kann auch mit Biogas betrieben werden, das ähnliche Eigenschaften wie Holzgas besitzt. Das System sollte 10kW Strom und 20kW Wärme erzeugen.
Wir möchten Folgende Geräte installieren::
- – Schredder für organisches Material / Mühle mit Sieb
- – Holzhackmaschine
- – Fördersystem für den Transport der Biomasse in die Vergasungsanlage
- – Holzvergaser mit angeschlossenem Blockheizkraftwerk
Überschüssige Wärmeenergie wird für die Aufheizung von Wasser und Räumen eingesetzt.
7. Solare Temperaturregelung in Gebäuden mit und ohne saisonaler Wärmespeicherung
Auch in unserem Klima in Portugal braucht man im Winter gewärmte Räume, um komfortabel zu leben. Wir planen verschiedene Demonstrations- und Forschungssysteme für Temperaturregelung in Gebäuden. Zum Beispiel: Ein System von Solarwärmekollektoren auf Dächern in Verbindung mit einem 500l-Warmwasserspeichertank kann die Wand eines Gebäudes aufheizen. Wenn nötig, kann eine eigene Wärmequelle wie ein Holzofen in den Wintermonaten zusätzliche Wärme erzeugen.
Für größere Gebäude wird ein unterirdischer thermischer Speichertank von 20-200 m3 im Fundament des Hauses installiert, um die Hitze des Sommers zu speichern und im Winter zu nutzen. Diese Form der Temperaturregulierung eignet sich auch, um die Feuchtigkeit innerhalb einer Gebäudestruktur zu kontrollieren.
Der Speicher besteht aus Kies, 2m tiefem Wasser und Wärmetauscherschläuchen. Je mehr Wasser in das Kiessubstrat gefüllt wird, um so größer ist die Speicherkraft und um so schneller kann die gespeicherte Wärme durch einen 1m tiefen Sand- oder Erdpuffer im Winter in das Gebäude geleitet werden. Die gespeicherte Wärme ist jederzeit auch direkt zugänglich, indem das warme Wasser durch das Heizsystem des Gebäudes gepumpt wird. Dieses besteht aus drei Komponenten:
- – Flachkollektoren auf dem Hausdach,
- – Heizsystem im Gebäude
- – saisonalem Wärmespeicher.
Im Sommer kann die überschüssige Wärme auch zum Kochen, das heiße Wasser auch direkt genutzt werden. Die gespeicherte Wärme kann ebenfalls in der Energieerzeugung für den Betrieb eines Stirlingmotors eingesetzt werden.
8. Solar-elektrisch betriebene Transportmöglichkeiten
Solare Lösungen auch im Transportbereich, die rentable Alternativen zu erdölbetriebenen Verbrennungsmotoren bieten, sind ein Schlüssel für ein energieautonomes Leben. Angesichts der angedrohten Ölbohrungen vor der portugiesischen Küste ist es besonders wichtig, praktikable Transportalternativen zu zeigen, die unabhängig von fossilen Brennstoffen funktionieren und damit das Land und seine Bewohner nicht zusätzlich durch die umweltschädliche Ölbohrung bedrohen.
Wir werden Ladestationen für Elektrofahrzeuge zum Transport von Menschen und Gütern einrichten, dazu gehören:
- – Elektrofahrräder
- – E-Scooter
- – Elektro-Autos
- – Golfcarts
Das so genannte „Smart Grid“ (“schlaues Netz”) und synergetische Energiespeichersystem umfasst:
- – 9 elektrische Ladestationen für Fahrzeuge
- – 10 Elektro-Autos für den Gebrauch auf dem Gelände
- – 2 Elektro-Autos für längere Fahrten
9. Solare Energieversorgung für Hütten und vorübergehend genutzte Wohnorte (wie Zeltplätze etc.)
In vielen Länderen mit geringerem Einkommen ebenso wie in Flüchtlingslagern gehören Hütten-, Container- und Wohnwagensiedlungen zu normalen Wohnungs- und Lebensbedingungen. Die Wohnwägen und einige der kleinen Hütten, in denen auch viele unserer Gemeinschaftsmitglieder wohnen, werden mit vielen kleinen, teuren Gasflaschen geheizt. Da braucht es definitiv neue Heizlösungen.
Wir planen vier verschiedene Heizmethoden für Wohnwägen und kleine Hütten:
- Heizen mit Photovoltaik, kleiner Batteriebank und Klimaanlage
Strom wird durch Solarpanele auf dem Dach erzeugt und in Batterien unter dem Wohnwagen gespeichert. Eine kleine Klimaanlage wird installiert, die sowohl kalte als auch warme Luft pumpen kann. Je intensiver die Sonne scheint, desto mehr Kühle ist verfügbar.
- Solar-thermisches Heizsystem
Vakuumröhrenkollektoren werden auf Wohnwagendächer installiert und verbunden, um Wärme zu speichern, etwa durch Heißöl- oder Heißwassertanks. Diese wird in einem integrierten Unterboden-Heizröhrensystem genutzt. Dazu kommt eine Wärmedämmung zur Kostenreduzierung. Wir prüfen ebenfalls, ob wir die überschüssige, 40°C-Wärme aus dem „Sun Pulse“ in diesem System verwenden können.
- Ersetzen der Gasflaschen durch Biogas
Wir planen, statt der in Wohnwägen und einigen kleinen Hütten genutzten Gasflaschen Biogas einzusetzen. Wir müssen dazu die Gasdüsen ersetzen, dann kann eine Ringleitung das Biogas aus einem nahegelegenen und gut abgedichteten Biogasmeiler zur Wohnwagensiedlung leiten. Der Biogasmeiler wird im Winter auf seine Betriebstemperatur von 37°C aufgeheizt – entweder durch Solarkollektoren oder durch Vakuumröhrenkollektoren. Der Biogasmeiler könnte auch unter einer gewächshausartigen Struktur installiert werden, das von selbst leicht eine Temperatur von 37°C erreicht.
- Thermische Heizung mit Biomasse
Wir möchten Kompostanlagen als Wasserheizungsanlagen einsetzen. Komposthaufen aus Holzhackschnitzeln und grünen Gartenabfällen, in denen Wasserrohre verlegt sind, werden für 6-7 Monate Wasser bis zu 70°C aufheizen und dabei mehrere Wohnwägen mit Heizwärme im Winter versorgen.