Saisonale Wärmespeicherung. im Untergrund. Saisonale Wärmespeicherung im Untergrund

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1 Saisonale Wärmespeicherung im Untergrund

2 Geo-En Energy Technologies Gegründet 2007, Sitz in Berlin (Schöneberg) Konzeptentwicklung, Planung, Bau und Instandhaltung von Energieerzeugungsanlagen für Wohnanlagen, Siedlungen und Gewerbe Schwerpunkt multivalente Wärme- und Kälteerzeugung aus Erneuerbarer Energie: Erd- und Umweltwärme, Wärmepumpen, BHKW, Photovoltaik, Wärmerückgewinnung Eigene Technologie für GeoSave 930 kw, Fürstenfeldbruck GeoSave 60 kw, Berlin Geothermische Hochleistungsquellen (Integralsonde) GeoSave 450 kw, Hamburg GeoHybrid 450 kw, Berlin Steuerung & Monitoring multivalenter Energieanlagen 380 kw Wärmepumpe GeoPV 50 kw, Strausberg GeoSave 380 kw, Braak GeoSave 70 kw, Schwedt GeoSHybrid 160 kw, Berlin

3 Bedarf Solare Strahlung Wärmebedarf Kältebedarf Solarstrahlung

4 Direkte Vollversorgung mit Solarthermie? 17 Wohnungen, qm WFl 105 MWh Gesamtwärmebedarf 2 x 32 m³ Solarpuffer, im Herbst auf C geladen 200 qm Solarthermie Unterdeckung von Oktober bis Mai

5 Nachhaltigkeit von Erdwärme Solares Angebot: mehr als kwh pro qm Grundfläche im Jahr kwh Solarwärme pro qm Grundfläche im Jahr Grundwasserströmung 20 Meter 50 kwh Wärmebedarf pro qm Wohnfläche im Jahr 0,5 kwh Wärmeenergiezustrom pro qm Grundfläche im Jahr 99% der Erde sind wärmer als C

6 Temperaturniveau Solarthermie -10 C 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C 100 C 110 C Brauchwasser Heizung Prozesswärme

7 Temperaturniveau Abluft (ganzjährig) Solarthermie Wärmepumpe Außenluft (saisonal) Grundwasser / Erdreich -10 C 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C 100 C 110 C Kühlung Vorwärmung Heizung Brauchwasser Prozesswärme

8 Temperaturniveau Solarthermie Wärmepumpe Kühlung Grundwasser / Erdreich -10 C 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C 100 C 110 C Verlustarme Niedrig- Exergie- Speicherung Exergetisch optimierter Ansatz: Kalt ernten Kalt speichern Kalt verteilen Heizung Brauchwasser Prozesswärme

9 Geothermiesysteme Sondenfeld Wasserzirkulation in geschlossenen U-Rohren Für alle Böden Niedrige Leistung pro Fläche Brunnen-Dublette Horizontale Zirkulation von Grundwasser Für Böden mit schmalem Grundwasserleiter Hohe Leistung pro Fläche Integralsonde & Aktivsonde Vertikale Zirkulation von Grundwasser Für Böden mit breitem Grundwasserleiter Sehr hohe Leistung pro Fläche

10 Integralsonde

11 Volumetrische Wärmekapazität 1,2 kwh/m³k 1,1 kwh/m³k Wasser Bei 10cm Grundwasserströmung am Tag 1,0 kwh/m³k 0,9 kwh/m³k 0,8 kwh/m³k 0,7 kwh/m³k Lehm, feucht-naß Quarzsand, feucht, verdichtet Erde, feucht-naß 0,6 kwh/m³k 0,5 kwh/m³k 0,4 kwh/m³k Lehm, trocken Sand, trocken Schlick, feucht-naß Erde, trocken Mergel Eis Beton / Granit Sand, trocken-kompakt 0,3 kwh/m³k 0,0 W/mK 0,5 W/mK 1,0 W/mK 1,5 W/mK 2,0 W/mK 2,5 W/mK 3,0 W/mK 3,5 W/mK 4,0 W/mK Wärmeleitfähigkeit

12 Platzbedarf untertägiger Speicher 15 K Temperaturhub 75 K Temperaturhub 30 K + Eis Temperaturhub 15 K Temperaturhub 15 K Temperaturhub 100m Erdspeicher Wasserspeicher Eisspeicher Erdsonden Grundwasser 10 m 40 m m³ m³ m³ m³ 3 x m³

13 Wärmeentzug aus dem Erdreich WINTER SOMMER Erdwärme- Speicher Saisonale Erdwärme Wärmespeicherung im Untergrund

14 Solarthermische Regeneration des Erdreichs WINTER SOMMER Erdwärme- Speicher

15 Auswirkungen solarer Regeneration (30 Jahre) Beheizte Fläche m² Energie Leistung Heizung (29 W/m² - 38 kwh/m²a) kwh/a 250 kw Bh Trinkwarmwasser (30 kwh/m²a) kwh/a 30 kw 280 kw Wärmepumpe (monovalent) 280 kw Bh Erdwärmeleistung 230 kw 20 C 22 W/m 59 W/m 103 EWS ohne Solare Regeneration 39 EWS mit Solarer Regeneration 0 C Auslegung auf -1 C W/m 42 W/m Erdwärme- Speicher

16 Solare Regeneration mit Absorbern

17 Solarthermie oder Photovoltaik-Wärmepumpe W 500 W Solarthermie Nutztemperatur abhängig von Einstrahlung Hydraulik Hydraulischer Abgleich Wartung W 150 W 600 W (COP=4) PV - modulierende Luft-WP Beliebige Nutztemperatur Elektroinstallation Flexible Nutzung Kaum Wartung

18 Süd- oder Ost-West-Ausrichtung Ertrag pro installierter Leistung Ertrag pro Dachfläche Süd Ost-West Ost-West-Module Höherer Flächenertrag richtungsunabhänggig Jahresertrag Ost-West-Module in Abhängigkeit von Südausrichtung

19 Wärme aus hinterlüfteter Photovoltaik

20 Wärmebedarf und EE-Potenzial grundstücksflächenbezogen (Sanierungsstand ENEV2012 mit 50 kwh/m²*a) 250 kwh / m² * a 250 kwh / m² * a 200 kwh / m² * a Solar kwh / m² * Jahr 150 kwh / m² * a 100 kwh / m² * a 50 kwh / m² * a Geothermie 0,5 kwh / m² * Jahr

21 Wärmespeicherkapazität Entzug 20 m 50 kwh/a 50 kwh/a 50 kwh/a 50 kwh/a 50 kwh/a 200 kwh durch Speicherung (5-20 C) % Regeneration Solar der Wärmenutzenergie werden geothermisch entzogen & regeneriert Sand Kies Mergel Beton trocken feucht kwh kwh kwh kwh

22 Berliner Potenzial IÖW Berliner Energiekonzept 2020 Abkühlung des blau markierten Bereichs (Mächtigkeit von 30 Metern) um 10 Kelvin entspricht GWh der 3-fachen Wärmemenge des für 2020 angestrebten Wärmebedarfs 80% der beheizten Wohnfläche befinden sich in mehrgeschossigen Gebäuden im Zentrum Abkühlung 10 K Kiesspeicher Mächtigkeit Fläche Volumen Wärmemenge 30 m 471 km² m³ GWh

23 Risiken oberflächennaher Geothermie Erdwärmesonden Schaffung von Wegsamkeiten: Verlagerung von Altlasten Salzwasserintrusion Direkte Grundwassernutzung Bewegung von Grundwasser: Mobilisierung und Verschleppung von Altlasten

24 Einzugsgebiet der Wasserwerke Ein großer Teil des Innenstadtgebietes liegt nicht nur außerhalb der Wasserschutzgebiete, sondern sogar jenseits deren Einzugsgebiete Zone außerhalb der Wasserwerk-Einzugsgebiete Höchste Siedlungsdichte UBB Möller / BWB: Wasserversorgungskonzept für Berlin und für das von den Berliner Wasserbetrieben versorgte Umland (Entwicklung bis 2040)

25 Brunnenalterung / Verockerung Wasserzirkulation in geothermischen Brunnenanlagen Saug-Schluck-Brunnen Integralsonde Thermische Nutzung Thermische Nutzung Hoher Wärmeentzug durch Grundwasserzirkulation Großes Einzugsgebiet von Wasser, Durchmischung von Wasser und Stoffen aus verschiedenen Bodenregionen. Neigung zur Verockerung Ideal bei schmalem Aquifer und geeigneter Bodenchemie Hoher Wärmeentzug durch Grundwasserzirkulation Kein horizontaler Versatz von Wasser und Stoffen Verockerung (rot) minimiert,

26 Wohn- und Gewerbevilla mit 3 Messketten 30 kw geothermische Grundlast Heizen und (passiv) Kühlen 93 MWh / Jahr davon 88 MWh durch Wärmepumpe 60 kw Spitzenlast-Gaskessel Inbetriebnahme 2007 Herbst Winter Frühjahr Sommer Herbst

27 Aquiferspeicher mit Grundwasserströmung

28 Neubau mit Bauteilaktivierung und Sondenspeicher

29 Beispiel Sonden- und Fundamentspeicher Bauteilaktivierung / Deckenkühlung Brauchwassertopladung Brauchwasservorwärmung Fußbodenheizung Blockheizkraftwerk Wärmepumpe Kältetauscher Fundamentspeicher qm WFl 120 kw Heizen & Kühlen Erdsondenspeicher

30 Fundamentspeicher mit Messketten Cave: Kondensat!

31 Sondenspeichersimulation

32 Anergienetz mit BHKW & Wärmepumpen Abgaswärmetauscher BHKW Luftkühler Erdsonden Anergienetz Solarabsorber Wärmepumpen Kühlung

33 Anergienetz mit BHKW & Wärmepumpen BHKW + Gaskessel Hochtemperaturnetz Hausübergabestationen

34 Anergienetz mit BHKW & Wärmepumpen Wärmepumpen / -container Hausübergabestationen Solarabsorber Anergienetz

35 Unterirdische Energiezentralen Vorteile: kein (teurer) Raumbedarf Zutritt für Betreiber / Contractor Eine Heizzentrale für mehrere Nutzer Nachrüstung möglich im Altbau und innerstädtisch

36

37 Gründe für LowEx-Netze Zugang zu Umweltwärmequellen mit: hydrogeologisch bedingt eingeschränkter Position (Wärme-Kältefahnen-Abschattung, Aquifermächtigkeit) großem Platzbedarf (z.b. Solarthermieanlagen) Abwärmenutzung / Direktkühlung Grundstücksübergreifende Synergien Umweltwärme ohne Eingriff auf dem Nutzergrundstück Preiswerte und verlustfreie Umweltwärmeverteilung mit 8-12 C

38 Netzfreundlichkeit ( Demand Side Management ) BRENNER BHKW Öl / ERDGAS STROM A Gebäude N G E B O T STROM Strombezug bei Stromüberschuss WÄRMEPUMPE SPEICHER WARMWASSER HEIZUN G B E D A R F ERDWÄRME ERDWÄRME- SYSTEM

39 Netzfreundlichkeit ( Demand Side Management ) BRENNER BHKW Öl / ERDGAS STROM A Gebäude N G STROM Netz in Balance E B O T WÄRMEPUMPE SPEICHER WARMWASSER HEIZUN G B E D A R F ERDWÄRME ERDWÄRME- SYSTEM

40 Netzfreundlichkeit ( Demand Side Management ) BRENNER BHKW Öl / ERDGAS STROM A Gebäude N G E B O T STROM Einspeisung bei Strommangel WÄRMEPUMPE SPEICHER WARMWASSER HEIZUN G B E D A R F ERDWÄRME ERDWÄRME- SYSTEM

41 Erneuerbare Energien-Verbund Berlin - Brandenburg Gebäudeheizung mit Wärmepumpen aus Kaltnetz Gebäudekühlung und Abwärmenutzung über Kaltnetz Abluftwärmerückgewinnung Biogas- KWK Gerätekühlung Brennwertnutzung Aquiferspeicher P2G Strom aus Windkraft und Photovoltaik Biogas- Einspeisung Erdsondenspeicher Innerstädtisches Kaltnetz mit Geothermiespeicher Biogas und Strom von Erneuerbaren Energien aus dem Umland Netzstabilisierung durch Regelung von Wärmepumpen und BHKW

42 Michael Viernickel Geo-En Energy Technologies GmbH Berlin - Hauptstr. 65

43 Ein Vortrag im Rahmen der Diese Seite darf nicht entfernt werden. Für die in diesen Unterlagen bereit gestellten Informationen kann keine Haftung übernommen werden. Die Verantwortung für die Inhalte in diesem Vortrag, auch urheberrechtlicher Natur, liegen bei der Referentin/dem Referent. Bei Fragen oder Ansprüchen kontaktieren Sie diese bitte direkt. Eine kommerzielle Weiterverbreitung darf nur nach schriftlicher Genehmigung der Rechteinhaberin erfolgen Referent(in) / Veranstalter(in) Die Leitveranstaltung der Energiewende in Deutschland fand in 2016 vom 11. bis zum 13. April im Ludwig Erhard Haus in Berlin statt. Weitere Informationen und viele Vortragsunterlagen zu über 300 Vorträgen aus 54 Veranstaltungen im Rahmen der Berliner ENERGIETAGE 2016 finden Sie unter