Geosolare Wärmeversorgung intelligente Verknüpfung erprobter Technologien
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- Artur Wetzel
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1 Geosolare Wärmeversorgung intelligente Verknüpfung erprobter Technologien Tekn. Dr. Dietrich Schmidt Fraunhofer-Institut für Windenergie- und Energiesystemtechnik (IWES), Kassel Auf Wissen bauen Norddeutsche Geothermietagung, Hannover, 03. Mai 2017
2 Endenergiebedarf in Deutschland (2014) 2 End energy use in Germany (2014) Quelle: BMWi 2014: Bericht Renovierung nationaler Gebäudebestand
3 Entwicklung des energieeffizienten Bauens 3 Quelle: TUM, Lehrstuhl für Bauphysik, Prof. Dr.-Ing. Gerd Hauser
4 Herausforderungen 4 Gebäude & Städte sind Hauptverbraucher von Energie Sanierungsraten müssen zur Steigerung der Energieeffizienz erhöht werden! Entwicklungen fokussieren zunehmend auf das Quartier.
5 Lösungsansatz 5 Innovative Wärmenetze! Niedertemperatur-Fernwärme ist eine Schlüsseltechnologie zur effizienten Integration erneuerbarer Energien und Abwärme in unsere Energiesysteme. IEA DHC Annex TS1 IEA DHC Annex TS1: Low Temperature District Heating for Future Energy Systems
6 Projektziele für das Neubaugebiet 6 Konzept für die Wärmeversorgung der Siedlung Zum Feldlager Projektziele Minimierung Primärenergieverbrauch, Reduzierung CO 2 -Emissionen und Transmissionswärmeverluste, Einsatz erneuerbarer Energien Machbarkeitsstudie: Untersuchung unterschiedlicher zentraler und dezentraler Wärmeversorgungsvarianten für die Siedlung Zum Feldlager Prüfung von Technologiealternativen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Umweltwirkung (CO 2 -Emissionen, Primärenergiebedarf) Vorstudie zur Untersuchung der grundsätzlichen Machbarkeit
7 Projekt Kassel Feldlager 7
8 8 Projektdaten Kassel-Feldlager Fläche 11.5 ha ( m²) Anzahl der Gebäude 131 (ca. KfW 70) Wohneinheiten 248 Bewohner pro Wohneinheit 2.3 Gesamtzahl Bewohner 588 Beheizte Wohnfläche m² Sich ergebender Gesamt-Heizwärmebedarf MWh/a
9 9 Projekt Kassel-Feldlager : Untersuchte Versorgungsvarianten Dezentral Zentral z.b. Dezentrale Luft/Wasser- Wärmepumpen, Trinkwarmwasser (TWW) solarunterstützt z.b. Kraft-Wärmekopplungsanlage mit elektrisch gekoppelter Wärmepumpe in Kombination mit einem Wärmegroßspeicher wahlweise fossil (Erdgas) oder regenerativ (Biomethan). Referenz Dezentraler Gas- Brennwertkessel in jedem Gebäude mit Solarthermie zur TWW-Unterstützung Gewählte Variante Zentrale Wärmeversorgung mit Erdwärme gespeister NT- Fernwärme (40 C) in Kombination mit dezentralen TWW-Bereitstellung durch Heizstab, Solarthermie und NT-FW.
10 Ergebnisse der Vorstudie: Bewertungsmatrix und Wichtung 10
11 Ergebnisse der Vorstudie 11 Projektergebnis Gewählte Variante (Geosolare FW) Referenzvariante (Gas BW Kessel)
12 12 Ergebnisse der Vorstudie MWh / a Primary Primärenergiebedarf Energy Demand Referenz % Gasbedarf % - 51 % 500 Strombedarf* BW-Kessel Condensing Boiler + Solar + Solar KWK+ CHP + GSHP WP Geo-Solar Geosolare DH Geo-Solar Geosolare DH FW (40(40 C) FW (20 (20 C) Stromproduktion* * Nach EnEV16 für Strommix mit Primärenergiefaktor 1,8 und CO 2 -Emissionen 0,347 kg/kwh Grafik: Universität Kassel Fachgebiet Solar und Anlagentechnik
13 Ergebnisse der Vorstudie 13 Jahreswärmekosten Specific Heat Costs für Nutzer Referenz -5% Condensing BW-Kessel Boiler + + Solar CHP KWK+ + GSHP WP Geo-Solar Geosolare DH (40 C) FW Geo-Solar Geosolare DH FW (20 C) (40 C) (20 C) Kostenrechnung beinhaltet Investitions-/Kapital-, Betriebs-, Wartungs- und Personalkosten. 15 Jahre für technische Anlagen, 30 Jahre für Infrastruktur Grafik: Universität Kassel Fachgebiet Solar und Anlagentechnik
14 Geosolare Wärmeversorgung 14
15 Geosolare Wärmeversorgung: Anlagentechnik im Gebäude 15 Anlagentechnik im Gebäude am Bsp. EFH
16 Geosolare Wärmeversorgung: Betriebsmodus: Heizfall / Winter 16 FW-Netz T Vorlauf 40 C Zentrale Wärmepumpe Elek. Spitzenlastkessel Strom Erdsondenfeld
17 Geosolare Wärmeversorgung: Betriebsmodus: Erdreichreneration / Sommer 17 Unabgedeckte Solarkollektoren Zentrale Wärmepumpe Elek. Spitzenlastkessel Erdsondenfeld Strom
18 18 Gebäudetechnische Anlagen Bei Fernwärmeversorgungstemperaturen < 60 C bedarf es Maßnahmen zur Sicherstellung der hygienischen Trinkwarmwasserbereitung: Solare Nacherwärmung Elektrische Nacherwärmung Frischwasserstationen Elek. Back-up Raumwärmeversorgung: Fußbodenheizung NT Radiatoren Flexibilität in der Wahl der Anlagenkonfiguration T Vorlauf = 40 C Grafik: Universität Kassel Fachgebiet Solar und Anlagentechnik
19 19 Regeneration des Erdreichs Unabgedeckte solarthermische Kollektoren (Schwimmbadkollektoren) ca m² auf Flachdächern der Reihenhäuser
20 20 Zusammenfassung Regenerative Wärmeversorgung Geothermie, Wärmepumpe, NT-Nahwärme, Solarwärme erstmals für ein Großstadtquartier verknüpft. Preislich vergleichbar mit konventioneller Versorgung Ca. 5% günstiger als Gas-Brennwertkessel und zukunftssicher, da unabhängig von steigenden Öl- und Gaspreisen. Übertragbar auf (fast alle) Neubausiedlungen, auch geeignet für die Umsetzung im Bestand. Intelligente Verknüpfung erprobter Technologien Integration innovativer Fernwärme-Technogien & gebäudetechnischer Anlagen mit Geothermie
21 21 Das Feldlager-Kassel Projektteam Jochen Bennewitz Dr. Thorsten Ebert Petra Gerhold Prof. Klaus Vajen Dr. Janybek Orozaliev Isabelle Best Wir danken dem Fördermittelgeber! Prof. Oliver Reul Hannes Räuschel Dr. Heiko Huther Dr. Dietrich Schmidt Kilian Stroh Young Jae Yu
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