Synergie BHKW und WP BHKW in der Praxis - Synergien schaffen, Potenziale ausschöpfen

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1 Synergie BHKW und WP Bedeutung der KWK bei der Energiewende Die Kombination von BHKW und Wärmepumpen Erfahrungen aus der Praxis Integrierte Quartiersplanung mit BHKW und Wärmepumpen Fahrplanoptimierung komplexer Energieanlagen mit EnergyNode BHKW in der Praxis - Synergien schaffen, Potenziale ausschöpfen 1

2 2 Geo-En Leistungsportfolio Konzeptentwicklung - Integrale Planung Modellierung und Simulation (Umgebung, Gebäude, Anlage, Behaglichkeit) Anlagenplanung (Geothermie, Hydraulik, Elektrik, ggfs. in 3D) Regelung und Programmierung (SPS-Regelung, Bus-/Messketten, Fernauslese) Anlagenbau (Geothermie, Heizzentralen, Solarthermie, Photovoltaik) Betrieb (Monitoring, (Fahrplan-)optimierung, Wartung)

3 3 Fernwärmeausbau mit KWK und Stromlastgang KWK-Wärmepumpenhybrid statt Spitzenlastkessel WÄRME GAS Fernwärmelastgang bei 50% Fernwärmeversorgung Fernwärme gesamt [MW] bei 25% Fernwärmeversorgung 48 GW Stromlastgang 9 GW Wärmeüberschuss oder Wind/ PV ET-Beitrag_Erzeugung_von_Fernwaermelastgaengen.pdf

4 4 Netzfreundlichkeit von Hybridanlagen 200% Nutzungsgrad: 2 kw Wärme aus 1 kw Gas mit BHKW-Wärmepumpenhybrid Netzstabilisierung durch variable Wärmeerzeugung je nach Spannung im Stromnetz: Netzspannung: Wärmebedarfsdeckung : = 230 V BHKW + Wärmepumpenbetrieb < 230 V BHKW-Betrieb > 230 V Wärmepumpenbetrieb

5 Transformationsziel (EE-Gas aus Wind und PV) 36 TWh (Potenzial) Wind- und PV-Strom aus Brandenburg Strombedarf 13 TWh/a PV-Strom Potenzial 3,5 TWh Kühlbedarf 5 TWh Wärmebedarf Gebäude & Stadtentwicklung 37 TWh 42 TWh (2010) 9,2 TWh (20150) Abwärme Umgebungswärme Verteilung Speicherung Eigenbedarf für Brandburg? Stadt-Strom 13 TWh Umweltwärme 15 TWh 5 TWh GEOTHERMIE WP COP 3,7 Wärmepumpen Wärme 27 TWh EE-Strom für Power to Gas 27 TWh EE-Strom 8,5 TWh EE-Gas 22 TWh 40% 50% KWK Strom 8 TWh WP-Strom 7 TWh KWK Wärme 10 TWh 10% 10 TWh 60% Machbarkeitsstudie_Berlin2050_Hauptbericht.pdf IÖW-Wertschoepfung-Beschaeftigung-durch-Erneuerbare-Energien.pdf Verluste 15 TWh Verluste 2 TWh 5

6 Innerstädtische Luftwärmenutzung im Winter Jede Stunde 5 Kelvin Abkühlung bei 0 C Außentemperatur Bei 0 C Außentemperatur werden je m² Grundstücksfläche 23 m³/h um 5 Kelvin abgekühlt um mit einer Luftwärmepumpe (AZ=3) den Heizwärmebedarf (41 W/m²) zu decken 6

7 7 Wohnblocksanierung mit Geothermie

8 Genehmigung Erdwärmeanlagen Geothermisches Potenzial in Berlin Geothermisches Potenzial der markierten Fläche bei saisonaler Wärmespeicherung (z.b. mit Grundwasser basierten Lösungen fernab der Trinkwasserwerke) (Temperaturschwankung 5-15 C über eine Grundwassermächtigkeit von 30m) GWh Geothermie-Potenzial laut Landesgeologie Bln (reiner Wärmeentzug) GWh 0 70 GWh Erdsonden (Oktober 2017) in Berlin (3.400 Anlagen) 8

9 9 6 Mehrfamilienhäuser - Baujahr 2015

10 10 Wohnhauszeile in Berlin-Pankow - 70 Wohnungen Energieanlage GeoHybrid 100 kw Wärmepumpe 33 kwelektrisch / 70 kwthermisch BHKW 20 Erdwärmesonden 320 qm Solarabsorber, 285 kw Spitzenlast-Gaskessel 80 kw Kühlen 2017 Gebäudetyp KfW 70 Beheizte Fläche m² Heizenergiebedarf Witterungsbereinigter Heizenergiebedarf kwh/a kwh/a Spezifischer Heizenergiebedarf 31 kwh/a/m² Witterungsbereinigter spezifischer Heizenergiebedarf 40 kwh/a/m²

11 11 Geothermie Numerische Simulation Temperaturverlauf an der Grundstücksgrenze innerhalb 30 Jahren Geothermal Response Test

12 Nutzenergie/Außentemperatur

13 Betriebsmittel und Kosten

14 14 Geo-Hybrid-Zelle Kombination BHKW mit Wärmepumpe Einfamilien-Reihenhäuser Mehrfamilienhaus Wärmepumpe Arealstromnetz Anergienetz BHKW

15 0 Uhr 1 Uhr 2 Uhr 3 Uhr 4 Uhr 5 Uhr 6 Uhr 7 Uhr 8 Uhr 9 Uhr 10 Uhr 11 Uhr 12 Uhr 13 Uhr 14 Uhr 15 Uhr 16 Uhr 17 Uhr 18 Uhr 19 Uhr 20 Uhr 21 Uhr 22 Uhr 23 Uhr 24 Uhr Intelligente Prosumer Daten Selbstlernende, prädiktive Wärmebereitstellung auf Basis lokaler Messungen und Auswertung von Netztarifen sowie eigener Angebote Uhrzeit T (außen) Gas Netzfreundlicher Strombezug / - erzeugung unter Nutzung der Speicherkapazität (Wasserspeicher, Gebäudemasse, Akkumulatoren) Strom Solarwärme, Kühlung und Abwärmenutzung zur Speisung des Umweltwärmenetzes (5-15 C) Umweltwärme (Kaltnetz) 15

16 16 Zellularer Ausbau eines bidirektionalen Netzes für Strom und Umweltwärme Geothermie Wärmepumpen Kraft-Wärme-Kopplung Gas Strom Kaltnetz Abwärmenutzung Kühlung Geothermie Wärmepumpen Kraft-Wärme-Kopplung Stromverbund Geothermie Solarthermie Wärmepumpen Umweltwärmeverbund Geothermie Wärmepumpen PV Akku Abwasserwärme Wärmepumpen PV Geothermie

17 17 Kaltnetzkonfiguration mit Abwasserdruckleitung Ein- oder Zweileiternetz Strahlen-, Ring- oder Maschennetz Frostschutz oder Wasser Uni- oder bidirektional Gerichtet oder ungerichtet Differenzdrucklos mit aktiven Nutzern oder druckbeaufschlagt mit passiven Nutzern

18 18 Quartierslösung mit Anergienetz 127 Wohneinheiten mit m² 7 Mehrfamilienhäuser mit je 11 WE 3 Mehrfamilienhäuser mit je 7 WE Bestandsvilla mit 6 WE 30 Einfamilienhäuser

19 19 Konzept Niedertemperaturnetz mit KWK-WP-Hybrid Nahwärmenetz BHKW + Gaskessel Abgaswärmetauscher Luftkühler Erdsonden Arealstromnetz Kaltnetz Wärmepumpen Wärme (Nutzungsgrad 90%) 150 kw / 180 MWh 311 kw / kwh Wärme (therm. Wirk.grad 48%) 160 kw / 320 MWh Strom (el. Wirk.Grad = 37%) 125 kw / 250 MWh Wärme (Jahresarbeitszahl=4) 500 kw / MWh 352 kw / kwh Gas MWh 724 MWh 724 Gaseinsatz / Wärme = 0,483 d.h. 1 kwh Gas = 2,1 kwh Wärme Umwelt 750 MWh

20 20 Geothermisch gestütztes bidirektionales ungerichtetes Netz 10 m³/h 13 m³/h 10 EWS 9m³/h 5 m³/h 13 m³/h Gebäudekühlung Abgas- und BHKW-Kühlung 12 EWS 10 m³/h Wärmepumpe 13 m³/h Geothermie-Sondenspeicher 13 m³/h Ringpumpen 15 m³/h 13 m³/h 13 m³/h 8 EWS 7 m³/h 13 m³/h Regelgrößen: 8 EWS 7 m³/h Leistungs- und Massenbilanz 10 EWS 9 m³/h 20 m³/h Druckdifferenz 15 m³/h Temperatur(-korridor)

21 21 Netzregelung Jede Zelle sorgt für (optimierte) Bedarfsdeckung von Strom, Wärme und Kälte Geothermiespeicher Temperaturzielkorridor im Jahresgang Anergienetzregelung Differenzdruckhaltung (deltap = 0) Temperatur 5-20 C Stromnetz: Spannungskonstanz Themen der Digitalisierung: Anlagenregelung mit Fahrplanoptimierung Regelung der Übertragernetze (Stromnetze, Wärme- und Kaltnetze) Abrechnungssystematik (EVU oder P2P)

22 22 Weitere Nutzen Integrierter Energiewirtschaft Energiezufuhr Gas Wind-Strom PV-Strom Netz-Strom Umweltenergie innerstädtisch Abwärme Umwelt- Wärme PV-Strom Bedarf Trinkwasser Heizwärme Prozesswärme Kühlung Strom Mobilität Herausforderungen Altlasten Grundwasserhochstand Denkmal-/ Bestandsschutz Sozial verträgliche Mieten Verkehrskollaps Emissionen Integrierende Lösungen Kälte-Wärme- Synergien Abwärmenutzung Wärme-Speicher Stromspeicher Geothermische Wärmespeicher Gebäude als Speicher LowEx- Technologien Sanierungs- Konzepte Wetter- und Prognosebasierte Regelung HT- & Niederhub- Wärmepumpen Integrale Grundwasser- Bewirtschaftung Umweltenergienetze KWK / GuD Brennstoffzellen Sektorkopplung P2P / M2M Smart Contracting Mobilität & Ladesysteme Shared Economy Bürgerbeteiligung P2X

23 Geo-En Energy Technologies GmbH Integrale Energie-Systeme Solarenergie Geothermie Kraft-Wärmekopplung Konzeptentwicklung Simulation Anlagenplanung Regelung und Programmierung Anlagenbau Betrieb, Monitoring, Optimierung 23