Institut für Energietechnik (IET)
HSR

Nachhaltige Energieversorgung in Rapperswil-Jona

Konzeptstudie für die Energieversorgung der Areale Eichwies und Schachen

Vom Institut für Energietechnik IET und dem Institut für Solartechnik SPF der HSR Hochschule für Technik Rapperswil ist eine Konzeptstudie für die Energieversorgung der Areale Eichwies an der Eichwiesstrasse 20 und der Erweiterung zur Digicity im Areal Schachen in Rapperswil-Jona erstellt worden. Die beiden Areale sollen in den nächsten Jahren mit verschiedenen Bauprojekten erschlossen bzw. entwickelt werden. Das Energiekonzept soll dabei zukunftsweisend und nachhaltig sein und hohe Ansprüche an eine fortschrittliche Energieversorgung erfüllen.

Im Areal Eichwies sind derzeit vier Gebäude als Viereck geplant und teils schon im Bau, die für die Nutzungen als Laborflächen der HSR, als Grossraumbüros und für eine Hotelnutzung vorgesehen sind. Als Erweiterung im Gebiet Schachen sind zwei Sockel Digicity Ost und West mit je zwei Gebäuden für eine mehrheitliche Grossraum-büronutzung angedacht. Aufgrund der geplanten Nutzungen liegen die Heiz- und Kühllasten auf dem Areal in ähnlicher Grössenordnung. Der betrachtete Perimeter umfasst zusätzlich das Areal Jonerhof, wo die Stadt Rapperswil derzeit ein Pflegezentrum und die Ortsgemeinde Rapperswil drei Gebäude mit Alterswohnungen plant. Abbildung 1 zeigt die Projekte an der Eichwiesstrasse und die Erweiterung Digicity im Areal Schachen.

Abbildung 1: Gebäude an der Eichwiesstrasse (links) und angedachte Erweiterung Digicity im Areal Schachen (rechts) (Quelle: Primag Management AG)

Energiekonzept

Aufgrund der Ansprüche an das Energiekonzept wurde eine weitgehend erneuerbare Energie­versorgung angestrebt, bei der fossile Energieträger höchstens mit geringen Deckungsanteilen zur Spitzendeckung beitragen. Die Analyse ergab, dass im betrachteten Areal geeignete Niedertemperaturwärmequellen erschlossen werden können. Damit bieten sich Wärmepumpen als Systemlösung an, die durch die Neubauten mit niedrigem notwendigem Temperaturniveau im Heizbetrieb sehr effizient betrieben werden und auch den Kühlbedarf abdecken können. Mit der Erschliessung der Wärmequellen können auch allfällige Freecooling-Optionen für den Kühlbetrieb genutzt werden, woraus sich insgesamt eine hohe Energieeffizienz ergibt und damit auch niedrige Betriebskosten realisiert werden können. Abhängig von der Wärmequelle können hinsichtlich eines Kühlbetriebs aber Einschränkungen bestehen, die z. B. bei Grundwasser über hydrogeologische Untersuchungen noch detaillierter abgeklärt werden müssen. Weiterhin ergeben sich auch Möglichkeiten, das bestehende Anergienetz der Energie Zürichsee-Linth AG (EZL) ab der ARA Langrüti-Feldli zur Versorgung der Areale Eichwies und Schachen weiterzuentwickeln. Da die Leistung der ARA auf 6 MW beschränkt ist und ein limitiertes Kühlpotenzial durch Anforderungen des Vorfluters besteht, wären zusätzliche Wärme- und Kältequellen, wie beispielsweise die Erschliessung des Obersees auch für den Ausbau des Anergienetzes von Vorteil. Zur Bewertung der Optionen wurden konkret Varianten mit den Wärmequellen Grundwasser, Erdwärmesonden, Seewasser und dem Anschluss an das Anergienetz mit allfälliger fossiler Spitzendeckung betrachtet. Für das Areal Eichwies ergibt sich daraus, dass Grundwasser die wirtschaftlichste Lösung darstellt, die aufgrund der hohen Effizienz und damit niedrigen Betriebskosten auch wirtschaftlicher als eine fossile Variante auf Basis von Erdgas ausfällt, die aber ohnehin nicht mehr zeitgemäss wäre und den Ansprüchen an das Energiekonzept widerspricht. Die Variante Grundwasser verursacht ebenfalls den niedrigsten Primärenergieaufwand und die geringsten Treibhausgasemissionen.

Abbildung 2: Grundwasserpotenzial im Areal Eichwies/Schachen/Jonerhof
(Quelle: Geoportal St. Gallen)

Abbildung 2 zeigt das Grundwasserpotenzial der untersuchten Areale. Auf Grundlage der Daten der stillgelegten Grundwasserfassung Jonerhof kann das Grundwasserpotenzial abgeschätzt werden. Daraus ergibt sich, dass allenfalls nur geringe Spitzendeckungsanteile von ca. 3% des gesamten Wärmeenergiebedarfs durch Gaskessel bereitgestellt werden müssen. Mit eigenerzeugtem PV-Strom oder erneuerbarem Netzstrom und Biogas für die Spitzendeckung ergibt sich eine vollständig erneuerbare Variante.

Lösungen mit Seewasser oder dem Anergienetz erfordern höhere Erschliessungskosten, aber haben ebenfalls niedrige Betriebskosten, so dass sich bei einer Einbindung von Verbrauchern über den betrachteten Perimeter hinaus auch mit diesen Wärmequellen günstige Lösungen ergeben können. Eine weitere potenzielle Wärmequelle ist industrielle Abwärme im Gebiet Schachen, welche in ein Anergienetz eingespeist werden könnte. Dies wurde aber aufgrund ungeklärter Interessenlage in dieser Studie nicht näher betrachtet.

Eigenstromerzeugung und Netto-Nullenergiebilanz

Aufgrund von Plänen und Skizzen wurde weiterhin das Potenzial zur Stromerzeugung mit Photovoltaikanlagen auf den Dächern und Fassaden abgeschätzt. Mit gutem Dämmstandard und energieeffizienten Geräten nach SIA-Zielwerten kann mit einer effizienten Gebäudetechnik eine Netto-Nullenergiebilanz erreicht werden, die sich bei den zugrunde gelegten aktuellen Stromtarifen und Einspeisevergütungen für die Areale auch wirtschaftlich darstellen lässt.

Abbildung 3: Integration von PV auf und an den Gebäuden
(Zeichnungen: Primag Management AG)

Eine Energiespeicherung zur Erzielung einer Teilautarkie auf dem Areal lässt sich mit den derzeitigen Kosten für die Herstellung von synthetischem Wasserstoff oder Methan über Power-to-Gas-Technologien oder auch mit Batterien für Kurzzeitspeicherung jedoch nicht wirtschaftlich umsetzen, wenn kein Zusatznutzen über die Teilautarkie hinaus besteht. Die Kostendegression bei Batterien war in den letzten Jahren jedoch hoch, so dass zum Zeitpunkt der Umsetzung der Bauprojekte die Wirtschaftlichkeit neu bewertet werden sollte.

Eine weitere Speichermöglichkeit von überschüssigem Solarstrom im Sommer besteht auch in der Einbindung in ein Verkehrskonzept. Eine nachhaltige Mobilität lässt sich aktuell am einfachsten mit Elektromobilität umsetzen. Zukünftig können auch andere Antriebe auf Basis Wasserstoff oder synthetischem Methan bzw. synthetischen flüssigen Kraftstoffen eine Rolle spielen.

Das entwickelte Energiekonzept belegt, dass die Areale bereits unter den gegenwärtigen Rahmenbedingungen erneuerbar und nachhaltig versorgt werden können, was nicht nur Vorteile im Hinblick auf Primärenergieaufwand und CO2-Emissionen aufweist, sondern im Lebenszyklus auch wirtschaftlicher als eine konventionelle fossile Energieversorgung ist und niedrigere Jahreskosten erreicht. Schlüsselkomponente ist in diesem Fall die Erschliessung guter Niedertemperatur­umgebungsquellen, die eine sehr effiziente Wärmeversorgung über Wärmepumpenbetrieb und Kühlung über Freecooling bzw. über eine mechanische Zusatzkühlung mit guten Rückkühlbedingungen ermöglichen. Bezogen auf das betrachtete Areal hat sich eine Grundwassernutzung als am besten geeignete Quelle herausgestellt. Bei einer Erweiterung des betrachteten Perimeters kann eine Seewasserfassung interessant werden. Dies wird in einer weiterführenden Studie der EZL genauer analysiert. Durch die Installation einer Photovoltaikanlage mit Eigenstromerzeugung ist sogar eine Netto-Nullenergiebilanz erreichbar, die ebenfalls wirtschaftlich ist. Mit einer industriellen Abwärme­nutzung und dem Einbezug eines nachhaltigen Verkehrskonzepts können weitere Synergien er­schlossen werden.

Verdankungen

Die Autoren bedanken sich für die Beauftragung der Studie durch die Primag Management AG und die konstruktive Zusammenarbeit mit den Projektpartnern während der Erstellung der Studie sowie die finanzielle Unterstützung durch die Energieagentur St. Gallen, die Energie-Zürichsee-Linth AG (EZL) und das Elektrizitätswerk Jona-Rapperswil AG (EWJR).

Carsten Wemhöner, IET Institut für Energietechnik, HSR Rapperswil

Newsletter

Für den Newsletter per Mail:
anmelden / abmelden

Folgen Sie uns