Dezentrale Strom-, Wärme- und Kältebereitstellung aus geothermischen Quellen

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1 Dezentrale Strom-, Wärme- und Kältebereitstellung aus geothermischen Quellen Stefan Kranz, Sektion Geothermie Deutsches GeoForschungsZentrum, Potsdam Workshop: Systemanalyse im FVS 10. November 2008 ZSW Stuttgart

2 Nutzung der Geothermie Energiequelle Energiespeicher oberflächennah tief oberflächennah tief bis 400m ab 400m bis 400m ab 400m Offene Systeme Grundwasssergekopplete Systeme Hydrothermale Systeme, Enhanced Geothermal Systems (EGS) oberflächennahe Aquifere Tiefe Aquifere Geschlossene Systeme Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren Tiefe Erdwärmesonden Erdwärmesondenfelder, künstliche Speicher im Erdreich -

3 Nutzung der Geothermie Energiequelle Energiespeicher oberflächennah tief oberflächennah tief bis 400m ab 400m bis 400m ab 400m Offene Systeme Grundwasssergekopplete Systeme Hydrothermale Systeme, Enhanced Geothermal Systems (EGS) oberflächennahe Aquifere Tiefe Aquifere Geschlossene Systeme Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren Tiefe Erdwärmesonden Erdwärmesondenfelder, künstliche Speicher im Erdreich -

4 Aktuelle Geothermieprojekte in Deutschland 4 Köln 5 Frankfurt 6 Hamburg Stuttgart Rostock 2 1 Norddeutsches Becken München Berlin Hannover Leipzig Dresden 7 Oberrheingraben 8 1 Neubrandenburg 2 Waren / Müritz 3 Prenzlau 4 Aachen 5 Bad Ems 6 Wiesbaden 7 Staffelstein 8 Weiden i.d. OPf. 9 Baden-Baden 10 Straubing 11 Bad Birnbach 12 Griesbach 13 Bad Füssing 14 Erding 15 München-Riem 16 Buchau 17 Biberach an der Riß 18 Bad Waldsee 19 Konstanz 20 Neuruppin Köln Frankfurt Hamburg 1 Rostock Norddeutsches Becken 2 Berlin Hannover Leipzig Dresden Oberrheingraben Stuttgart Neustadt-Glewe 2 Groß Schönebeck 3 Speyer 4 Landau 5 Bellheim 6 Insheim 7 Offenbach 8 Bruchsal 9 Neuried 10 Dürnhaar 11 Unterhaching 12 Kirchstockach 13 Sauerlach Molassebecken Molassebecken Wärmebereitstellung Quelle: Strombereitstellung (z.t. inkl. Wärme)

5 Aktuelle Geothermieprojekte in Deutschland 4 Köln 5 Frankfurt 6 Hamburg Stuttgart Rostock 2 1 Norddeutsches Becken München Berlin Hannover Leipzig Dresden 7 Oberrheingraben 8 1 Neubrandenburg 2 Waren / Müritz 3 Prenzlau 4 Aachen 5 Bad Ems 6 Wiesbaden 7 Staffelstein 8 Weiden i.d. OPf. 9 Baden-Baden 10 Straubing 11 Bad Birnbach 12 Griesbach 13 Bad Füssing 14 Erding 15 München-Riem 16 Buchau 17 Biberach an der Riß 18 Bad Waldsee 19 Konstanz 20 Neuruppin Köln Frankfurt Hamburg 1 Rostock Norddeutsches Becken 2 Berlin Hannover Leipzig Dresden Oberrheingraben Stuttgart Neustadt-Glewe 2 Groß Schönebeck 3 Speyer 4 Landau 5 Bellheim 6 Insheim 7 Offenbach 8 Bruchsal 9 Neuried 10 Dürnhaar 11 Unterhaching 12 Kirchstockach 13 Sauerlach Molassebecken Molassebecken Wärmebereitstellung Quelle: Strombereitstellung (z.t. inkl. Wärme)

6 Aktuelle Geothermieprojekte in Deutschland 4 Köln 5 Frankfurt 6 Hamburg Stuttgart Rostock 2 1 Norddeutsches Becken München Berlin Hannover Leipzig Dresden 7 Oberrheingraben 8 1 Neubrandenburg 2 Waren / Müritz 3 Prenzlau 4 Aachen 5 Bad Ems 6 Wiesbaden 7 Staffelstein 8 Weiden i.d. OPf. 9 Baden-Baden 10 Straubing 11 Bad Birnbach 12 Griesbach 13 Bad Füssing 14 Erding 15 München-Riem 16 Buchau 17 Biberach an der Riß 18 Bad Waldsee 19 Konstanz 20 Neuruppin Köln Frankfurt Hamburg 1 Rostock Norddeutsches Becken 2 Berlin Hannover Leipzig Dresden Oberrheingraben Stuttgart Neustadt-Glewe 2 Groß Schönebeck 3 Speyer 4 Landau 5 Bellheim 6 Insheim 7 Offenbach 8 Bruchsal 9 Neuried 10 Dürnhaar 11 Unterhaching 12 Kirchstockach 13 Sauerlach Molassebecken Molassebecken Wärmebereitstellung Quelle: Strombereitstellung (z.t. inkl. Wärme)

7 Funktionsweise Thermalwasserförderung mit Tiefpumpe Wärmeauskopplung übertage Reinjektion des Thermalwassers

8 Nutzungsmöglichkeiten Einkopplung der Wärme in Nah- oder Fernwärmenetzte (überwiegend Netztemperaturen < 100 C)

9 Nutzungsmöglichkeiten Stromerzeugung sekundärer Kraftwerkskreislauf verwendete Technologien ORC (Organic Rankine Cycle) Kalina

10 Nutzungsmöglichkeiten Stromerzeugung und zusätzliche Auskopplung Wärme

11 Gesamtsystembetrachtung Reservoirverhalten Gesamtsystembetrachtung unter Berücksichtigung von Reservoirverhalten Quelle: Diplomarbeit Gerke, 2007

12 Gesamtsystembetrachtung Gesamtsystembetrachtung unter Berücksichtigung von Reservoirverhalten Reservoirverhalten Thermalwasserförderung Quelle: Diplomarbeit Gerke, 2007 Eigenbedarf Thermalwasserkreislauf in kw Thermalwassermassenstrom in kg/s Thermalwasser -förderung

13 Gesamtsystembetrachtung Gesamtsystembetrachtung unter Berücksichtigung von Reservoirverhalten Reservoirverhalten Thermalwasserförderung Anlagenverhalten bzw. Quelle: Diplomarbeit Gerke, 2007 Energiebedarfsstruktur Eigenbedarf Thermalwasserkreislauf in kw Thermalwassermassenstrom in kg/s Thermalwasser -förderung Anlagentechnik und Bedarfsstruktur Quelle:

14 Gesamtsystembetrachtung: Beispiel Norddeutsches Becken Elektrische Leistung in kw Bruttoleistung Nettoleistung Vergleich Brutto Nettoleistung über Thermalwasserfließrate Nettoleistung = Bruttoleistung - Eigenbedarfsleistung optimale Thermalwasserfließrate bezüglich Nettoleistung Thermalwasserfließrate in m 3 /h

15 Gesamtsystembetrachtung: Beispiel Norddeutsches Becken Elektrische Leistung in kw Bruttoleistung Nettoleistung Vergleich Brutto Nettoleistung über Thermalwasserfließrate Nettoleistung = Bruttoleistung - Eigenbedarfsleistung optimale Thermalwasserfließrate bezüglich Nettoleistung Thermalwasserfließrate in m 3 /h Bsp. Einfluss der Anlagentechnik Verbesserung der Wärmeübertragung (pinch point von 10K auf 5K) ca. 30% höhere Nettoleistung Elektrische Leistung in kw Bruttoleistung Nettoleistung Thermalwasserfließrate in m 3 /h

16 Aquiferspeicher in Deutschland ca. 70% der Fläche Deutschlands geeignet geringe Nutzung trotz hohem Potential: 4 Projekte Hamburg Hannover 2 Rostock 1 3 Berlin Aquiferspeicher 1 Neubrandenburg 2 Rostock 3 Berlin 4 München (?) z.b. Niederlande: > 400 Projekte (Stand 2005) überwiegend saisonale Speicher Nutzung als Wärme- und Kälte speicher Speicherkapazität je System MWh Köln Frankfurt Stuttgart 4 Leipzig Dresden München Untergrund als Energiespeicher

17 Funktionsprinzip Wärmespeicher Quelle: Geothermie Neubrandenburg GmbH, Google Earth Sommerbetrieb Kältespeicher Winterbetrieb Wärmespeicher Untergrund als Energiespeicher

18 Gesamtsystembetrachtung Forschungsziele Aquiferspeicher Identifikation von Konflikten Effiziente Einsatzstrategie Ableitung von Planungshilfen Quelle: Geothermie Neubrandenburg GmbH Energieerzeuger Energiebedarf Untergrund als Energiespeicher

19 Betrieb der Aquiferspeicher am Berliner Spreebogen Betriebserfahrung Wärmespeicher Qualität der Speicherung: Rückgewinnungsfaktor Betriebsführung hat bedeutenden Einfluss Konkurrenz um Wärmeüberschuss Untergrund als Energiespeicher

20 Betrieb der Aquiferspeicher am Berliner Spreebogen Betriebserfahrung Wärmespeicher Qualität der Speicherung: Rückgewinnungsfaktor Betriebsführung hat bedeutenden Einfluss Konkurrenz um Wärmeüberschuss Betriebserfahrung Kältespeicher sehr effektive Kältebereitstellung (Umgebungs kälte ) bis 50 % des gesamten Kältebedarfs Vergleichsweise hoher Aufwand für die Betriebsüberwachung Untergrund als Energiespeicher

21 Zusammenfassung Geothermie als Energiequelle sowie Energiespeicher Großes Potential für beide Anwendungen Nutzung bisher vergleichsweise gering Handlungsbedarf Forschung (Reservoirmanagement, Betriebssicherheit, Gesamtsystembetrachtung,...) Anpassung gesetzlicher Vorgaben Identifizierung und Erschließung von Kostenreduktionspotenzialen... Gesamtsystemverständnis sowie betrachtung notwendig Ganzheitlicher Planungsprozess ist Basis für erfolgreiche Projekte

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Quelle:

23 Funktionsprinzip Kältespeicher Quelle: Geothermie Neubrandenburg GmbH, Google Earth Sommerbetrieb Kältespeicher Winterbetrieb Wärmespeicher Untergrund als Energiespeicher

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