und Kohle) einhergehen. Im Zuge dieser Erkenntnis wird die Suche nach umweltverträglicheren Alternativen auch im Weinbau immer wichtiger. Dabei rückt neben einem möglichst effizienten Energieeinsatz besonders auch die Nutzung erneuerbarer (regenerativer) Energie- formen ins Rampenlicht. Als positive Effekte einer Um- stellung können auch die schrittweise Loslösung von Energieanbietern oder die Erhöhung der betrieblichen Rendite angeführt werden.
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Moderne Energietechnik im Weinbau
Hohe Öl- und Gaspreise, CO2-Ausstoss und Klimawandel: In den letzten Jahren haben alternative Energiequellen wie die solarthermische Wärmegewinnung, Fotovoltaik, Stromerzeugung aus Windenergie, die Nutzung der Umgebungswärme und Biomasse-Umwandler an Bedeutung gewonnen. Aus zunächst eher bastlerischen Formen der Energienutzung sind ausgereifte Technologien entstanden. Damit Grundsatzfragen zu ihrem Einsatz auch im schweizerischen Weinbau beantwortet werden können, hier eine Übersicht.
Alois F. Geyrhofer, Betriebstechnik; Lehr- und Forschungs- zentrum Wein- und Obstbau Klosterneuburg (A)
alois.geyrhofer@weinobst.at
Die Entwicklung unserer Wohlstandsgesellschaften ging wider besseres Wissen davon aus, dass fossile Energie- ressourcen unbegrenzt zur Verfügung stünden. Nun tre- ten aber eindeutig die Schattenseiten zutage, die mit der Bereitstellung und Nutzung von Fossilenergie (Öl, Gas
W E I N B A U
Abb. 1: Solarther- mischer Brauch- wasserspeicher in einem Weinbau- betrieb.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, welche Möglichkeiten für den Einsatz erneuerbarer Energien im Weinbau bestehen. Dieser Artikel soll einen Überblick über die Möglichkeiten der Alternativenergienutzung auch in der Schweiz geben sowie die Rahmenbedingun- gen und Potenziale ansprechen. Konkret wurden Infor- mationen zur Bewertung der erneuerbaren Energiefor- men Solarthermie, Fotovoltaik, Windenergie, Umge- bungswärme und Biomasse zusammengestellt, um so Bewertungskriterien für Entscheidungen zur Energiebe- reitstellung zu liefern.
Solarthermische Wärmenutzung
Die Solarthermie bietet sich für die Nutzung im Weinbau insofern an, als Weinbaubetriebe naturgemäss in klima- tisch bevorzugten Gegenden liegen. Kommen hocheffi- ziente Flachkollektoren oder Röhrenkollektoren zum Einsatz (s. Kasten S. 9), so können unter den in der Schweiz vorhandenen Strahlungsverhältnissen Tempe- raturen bis zu 120 °C erreicht und als Prozesswärme für die Kellerwirtschaft bereitgestellt werden. Im Falle der Integration einer Gastwirtschaft in den Weinbaubetrieb kann im Winter der Heiz- und im Sommer der Kühlungs- bedarf mit einer Solaranlage abgedeckt werden. Diese Anwendung führt zu einem Anstieg der Wirtschaftlich- keit. Schliesslich soll noch der Anwendungsbereich der solaren Brauchwasserbereitstellung speziell im Gastwirt- schaftsbetrieb (beispielsweise zum Geschirrspülen) an- geführt werden. Allerdings stimmen bei dieser Nut- zungsform Nachfrage und Angebot des Brauchwassers zeitlich nicht optimal überein. Bei Neubauten ist auf aus- reichend grosse Speicherkapazitäten in Form von wär- meisolierten Wassertanks für die bei Sonneneinstrah- lung anfallende Überschusswärme zu achten (Abb. 1).
Fotovoltaik
Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Nutzung von Son- nenenergie zur Deckung des Bedarfs an elektrischem Strom in Weinbaubetrieben. Das Angebot an sonnenex- ponierten Flächen setzt sich hier aus Dach- (Wohn- und Wirtschaftsgebäude) und Fassadenflächen zusammen.
Die Nutzung von Freiflächen ist imWesentlichen wohl auf Areale beschränkt, die nicht für den Weinbau in Frage kommen (Abb. 2). Weitere potenziell nutzbare Flächen sind Überdachungen von Gartenwirtschaften und Park- plätzen. Bei der Integration der Anlage ins Ortsstromnetz ist für die Rentabilität der Einspeispreis, der in der Schweiz stark variieren kann, unbedingt vorgängig abzuklären.
Die autonome Stromversorgung der in Rebbergen aufgestellten Wetterstationen oder automatisierter Be- wässerungsanlagen stellt nur zwei Anwendungsmög- lichkeiten von sogenannten fotovoltaischen Insellösun- gen dar.
Stromerzeugung aus Windenergie
Für die Errichtung von Windkraftanlagen sind nur Gebiete mit hohen Windgeschwindigkeiten geeignet.
Hohe Angebotspotenziale finden sich dabei in der Westschweiz, im Tessin und in den Föhntälern, also in
traditionellen schweizerischen Weinbaugebieten. Ent- sprechend diesem Windangebot stellt der Einsatz von Windkraftanlagen in Weinbaubetrieben durchaus eine Option für erneuerbare Energien dar. Die Windkraftkon- verter können entweder an exponierten Stellen in den Rebbergen als Solitär-Anlagen oder als Gruppe in einem Windpark betrieben werden. Die geltenden Bauvor- schriften können hier allerdings eine technisch optima- le Lösung erschweren.
Nutzung von Umgebungswärme
Eine interessante Nutzungsmöglichkeit von Alternativ- energien bilden Wärmepumpen. Einerseits können diese zur Heizung von Wohn- und Wirtschaftsgebäuden eingesetzt werden, andererseits können sie zur Warm- wasserbereitung sowohl für den privaten Gebrauch als auch für den Betrieb herangezogen werden. Neben diesen beiden Einsatzmöglichkeiten gibt es gerade für Weinbaubetriebe noch eine weitere Nutzungsform von Wärmepumpen: Da der Prozess umkehrbar ist, können
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sie auch zur Raumkühlung verwendet werden. In diesem Fall arbeitet die Anlage primär als Kältemaschine und nur sekundär als Wärmepumpe im eigentlichen Sinn.
Werden bei der Kellerkühlung Wärmepumpen mit einer Wärmeübertragung von Luft auf Luft verwendet, kann damit gleichzeitig die Kellerluft entfeuchtet werden.
Biomasse-Umwandler
Verfahrenstechnisch bieten sich verschiedene Möglich- keiten an, in Weinwirtschaftsbetrieben Biomasse ener- getisch in Form von Wärme oder Strom zu nutzen. Die thermische Nutzung biogener Festbrennstoffe erfolgt mehr oder weniger ausschliesslich durch Verbrennung.
Das theoretische Angebot an fester rebbaulicher Bio- masse setzt sich dabei aus dem Reb- und Laubschnitt, Blätterabfall und Traubentrester zusammen. Aus einem Weinberg mit durchschnittlichen Standortverhältnissen in der Schweiz kann theoretisch pro Hektare ein jährli- cher Biomasse-Ertrag von etwa 900 kg aus dem Reb- schnitt, rund 250 kg aus dem Laubschnitt (zwei Schnitte), zirka 600 kg aus dem Blattfall und ungefähr 2000 kg aus dem Traubentresteranfall gewonnen werden. Allerdings wird aufgrund technischer und struktureller Einschrän- kungen dieses theoretische Potenzial nur zum Teil tatsächlich erreicht (technisches Angebotspotenzial).
Hinsichtlich Verwendung der gewonnenen Wärme kom- men in Weinbaubetrieben vor allem Heizung und Warm- wasseraufbereitung in Frage.
Bio-Öl und Bio-Gas kaum relevant
Bei der energetischen Nutzung flüssiger Bio-Energieträ- ger wird fast ausschliesslich Rapsmethylester eingesetzt;
andere Öle oder Bio-Alkohol finden praktisch keine Verwendung. Im schweizerischen Weinbau spielen die Bio-Kraftstoffe keine Rolle. Eine ähnliche Situation findet man auch bezüglich gasförmiger Bio-Energieträger. Die Vergasung von Biomasse (s. Kasten S. 9) nimmt in der Schweiz derzeit einen geringen Stellenwert ein. Da sich für die Vergärung vor allem Jauche eignet, sind haupt- sächlich allgemein landwirtschaftliche Biogasanlagen in Betrieb.
Rollen noch nicht verteilt
Die Bereitstellung erneuerbarer Energien inWeinbaube- trieben ist aber auch in der Schweiz eine attraktive Opti- on.Verbunden mit der Umstellung auf nachhaltige Ener- giequellen sind die meist geringen Umwelteffekte und insbesondere eine Reihe weiterer – vor allem politischer und ökonomischer – Argumente. Welche energiewirt- schaftliche Rolle die einzelnen Technologien bei der zu- künftigen Nutzung des Alternativenergie-Angebots im Weinbau spielen werden, wird derzeit intensiv disku- tiert. Dieser Artikel soll dabei in seiner Kompaktheit Unterstützung bei der Meinungsbildung hinsichtlich der Möglichkeiten nutzbarer regenerativer Energieangebote bieten. Auf jeden Fall stellt die Nutzung erneuerbarer Energien in derWeinwirtschaft längst keine Nische mehr Abb. 2: Weltneuheit:
Fotovoltaik-Anlage der Flumroc AG in Flums (SG). Die So- lar-Wings-Anlage über einem Lager- platz richtet die fo- tovoltaischen Ele- mente laufend nach dem Stand der Sonne aus.
Leistung: ca. 135 000 kWh/Jahr, d.h.
Strom für 30 Haus- halte.
(Quelle:www.flum- roc.ch/de/flum/roc/
solar.php. Foto: Hans Peter Ruffner,SZOW)
R É S U M É
Les technologies énergétiques modernes dans la viticulture
Les prix du pétrole et du gaz qui flambent, les émis- sions de CO2et l’effet de serre ont contribué depuis quelques années à la popularité grandissante de sources d’énergie renouvelables telles que la produc- tion de chaleur par héliotechnique, la photovoltaïque,
la production d’énergie éolienne, l’utilisation de la chaleur ambiante et le convertisseur de biomasse.
L’article passe en revue les différentes technologies dans l’optique des questions fondamentales liées à leur utilisation potentielle dans la viticulture suisse.
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dar; vielmehr werden damit jedes Jahr steigende Umsät- ze erwirtschaftet. Dies rührt auch daher, dass die Her- stellung, Montage und Erneuerung der Energieanlagen immer kostengünstiger werden. Und was für die Ökono- mie gut ist, trifft auch auf die Ökologie zu: Durch den zunehmenden Anteil der erneuerbaren Energieformen
an der gesamten Energiebereitstellung müssen immer weniger fossile Energieträger verbrannt werden. Kein Wunder also, dass die Sonne – nachdem sie in den Reli- gionen aller Epochen eine zentrale Bedeutung hatte – auch in der westlichen industrialisierten Welt wieder
näher zum Mittelpunkt rückt. ■
Vergasung und Vergärung
Als Vergasung wird die Umwandlung fester oder flüssiger organischer Substanz durch Bakterien, Algen, Pilze sowie Kleintiere in brennbare Gase bezeichnet. In Gegenwart von Sauerstoff (aerober Abbau) entsteht aus der zerkleinerten Biomasse ein Gasgemisch, das hauptsächlich Stickstoff (47%) und Kohlenmonoxid (23%) sowie Wasserstoff (18%), Kohlendioxid (10%) und Methan (2%) enthält. Das Verfahren kann mit einem Gleichstrom- oder Gegenstromvergaser durchgeführt werden, wobei im Gleichstromverfahren 65% und im Gegenstromverfahren 75% der Biomasse vergast werden. Bei Letzterem entstehen jedoch mehr Schadstoffe (Entfernung durch Auswaschen).
Im Gegensatz zur Vergasung versteht man unter Vergärung einen biologischen Abbauprozess, bei dem Sauerstoff ausgeschlos- sen ist (anaerober Abbau). Die organischen Bestandteile werden von Mikroorganismen im Gärbehälter zu Biogas umgewandelt, das hauptsächlich aus Methan (60%) und Kohlendioxid (40%) besteht; in Spuren sind im Gasgemisch auch Wasserstoff (< 1%) und Schwefelwasserstoff (< 1%) enthalten. Bei der technischen Umsetzung des Gärprozesses sind erstens eine gute Abbaubar- keit der Biomasse und zweitens das Vorhandensein von genügend Nährstoffen für die Bakterien notwendig. Für die Vergärung eignen sich neben Energiepflanzen (zum Beispiel Mais) vor allem auch Abfälle aus der Landwirtschaft (zum Beispiel Gülle) und der Lebensmittelverarbeitung – unter anderem Fruchtrückstände wie Traubentrester.
Bauarten von Solarkollektoren
Kollektoren können nach verschiedenen Kriterien (z.B. aufgrund des Wärmeträgers) eingeteilt werden. Innerhalb der Vielzahl von Varianten werden im Folgenden die sechs wichtigsten Vertreter aufgelistet.
● Kollektormatten: Am einfachsten im Aufbau sind Kollektormatten aus schwarzem Kunststoff. In ihnen zirkuliert das Wärmeträgermedium (fast ausschliesslich Wasser) und nimmt dabei Wärmeenergie auf. Von Vorteil bei diesem Kollektortyp sind die geringen Anschaffungskosten, nachteilig ist die geringe Leistungsfähigkeit. Es lassen sich mit dieser Technologie keine hohen Temperaturen erzielen.
● Flachkollektoren: Werden höhere Temperaturen benötigt, dann kommen meist Flachkollektoren zum Einsatz (Temperatur- bereich von 40 °C bis rund 100 °C). Sie bestehen aus einem wärmegedämmten Gehäuse, das zur Sonnenseite mit einer transparenten Scheibe abgedeckt ist. Im Gehäuse befinden sich der Absorber und die mit der Wärmeträgerflüssigkeit ge- füllten Röhren. Diese Kollektorbauweise wird im Wesentlichen bei der Warmwasserversorgung von Gebäuden angewandt.
Die herkömmlichen Flachkollektoren reichen zum Heizen nicht aus.
● Vakuum-Flachkollektoren: Mit Vakuum-Flachkollektoren ist auch ein Heizen möglich, wobei die Temperaturobergrenze bei zirka 150 °C liegt. Hier herrscht im Raum zwischen Absorber und Abdeckung ein Vakuum, um die Wärmeverluste durch einen Austausch über Luftbewegungen zu reduzieren.
● Röhrenkollektoren: Noch höhere Temperaturen (bis 250 °C) lassen sich mit Röhrenkollektoren erreichen. Der Absorber und die Wärmeträgerkanäle liegen in einer luftleeren Glasröhre. Durch das Hochvakuum werden die Abstrahlverluste weitge- hend reduziert.
● Konzentrierende Kollektoren: Bei diesen Kollektorkonzepten wird das einfallende Licht von Spiegelflächen reflektiert und auf den Absorber konzentriert. Die maximal erreichbaren Temperaturen von strahlungskonzentrierenden Kollektoren liegen im Bereich von 100 °C bis 300 °C. Der Wärmeertrag kann beispielsweise auch als Prozesswärme für kellereiwirt- schaftliche Anwendungen genutzt werden.
● Luftkollektoren: Zum Abtransport der Wärme aus dem Absorber wird bei Luftkollektoren das Trägermedium Luft verwen- det. Die Bauart zeichnet sich durch einen geringen konstruktiven Aufwand aus, dafür sind aber grosse Kanäle und Ventila- torleistungen erforderlich.
