Erfahrungen mit großen BTES in Deutschland

Transkript

1 Erfahrungen mit großen BTES in Deutschland Das Beispiel der solaren Fernwärme mit saisonalem Erdsonden-Wärmespeicher in Crailsheim Dipl.-Ing. Thomas Schmidt Meitnerstr. 8 D Stuttgart

2 Solites Forschungsinstitut der Steinbeis Stiftung Solites: Forschungsinstitut im Steinbeis-Unternehmensverbund (Jahresumsatz 2015: rund 146 Mio Euro) F+E in den Bereichen Solarthermie, Geothermie, große Wärmespeicher, Systemintegration und integrale Energiekonzepte einschließlich Biomasse, KWK, Abwärme, Wind, PV und Mobilität Beratung von Wohnungsbau, Industrie und der öffentlichen Hand durch Konzeption, Simulation und wissenschaftlich-technische Projektbegleitung Marktentwicklung für Multifunktions-Wärmespeicher, große solarthermische Anlagen, solare Fernwärme in D und EU Produktentwicklungen und deren Markteinführung für die Industrie Wissenschaftlich-technische Begleitung von Pilot- und Demovorhaben Evaluation von Pilotanlagen (Monitoring und Auswertung)

3 Konzepte für in den Untergrund integrierte Wärmespeicher

4 Pilotanlagen mit saisonaler Wärmespeicherung in Deutschland

5 Solare Fernwärme Crailsheim Hirtenwiesen II Kenndaten Kollektor-Aperturfläche m² Heißwasser-Pufferspeicher 100 m³ m³ Erdsonden-Wärmespeicher m³ Wärmepumpe 480 kw th Solarer Deckungsanteil 50% (Planung) Fernwärme Gesamtwärmebedarf ab Heizzentrale MWh/a MWh/a (Planung) Projektbeteiligte Betreiber Planer Konzept Wissenschaftliche Begleiter Technische Entwicklungen STW Crailsheim HGC Hamburg (Anlagentechnik), Ing.-Büro Lichtenfels (Speicher) ITW (Uni Stuttgart), Solites ITW (Uni Stuttgart), Solites Solites, weitere Planer

6 Lageplan Crailsheim-Hirtenwiesen II Versorgungsgebiet 2015: 300 Wohneinheiten, Schule, Sporthalle

7 Energiebilanz der solaren Fernwärme in Crailsheim Angaben in MWh/a, Planungsstand, Datenquelle ITW, Universität Stuttgart

8 Erdsonden-Wärmespeicher 1. Ausbau 2. Ausbau Anzahl Bohrungen: Bohrtiefe: 55 m 55 m Speichervolumen: m³ m³ Erdwärmesonden: Doppel-U (PEX) Geologisches Profil: 0-4 m: Gipskeuper 4-20 m: Lettenkeuper m: oberer Muschelkalk Wärmeleitfähigkeit: 2,46 W/(mK) Wärmekapazität: kj/(m³k)

9 Erdsonden-Wärmespeicher

10 Sondenmaterial und Verbindungstechnik Doppel-U-Erdwärmesonden Material: vernetztes PE (PE-Xa) Temperaturbereich -40 bis +95 C Materiallebensdauer > 50 Jahre (bei geg. Temperatur- und Druckverhältnissen) Sonde ohne Verbindungen in einem Stück gebogen Verbindung der Sonden über Schiebehülsen Sondenschenkel mit unterschiedlicher Länge keine Verbindungen an später unzugänglichen Stellen

11 Bau des Erdsonden-Wärmespeichers in Crailsheim, 2008

12 Bau des Erdsonden-Wärmespeichers

13 Solarkollektoren in Crailsheim (Source: Stadtwerke Crailsheim)

14 Systemkonzept Crailsheim

15 Systemkonzept Crailsheim

16 Pufferspeicher (480) m³ Spitzenlast-Speicher für saisonalen Erdsonden-Wärmespeicher Beton-Tank Edelstahl-Auskleidung Interne Schichtladeeinrichtung Maximaldruck 3 bar Wärmedämmung aus Blähglasgranulat Diffusionsoffene Folie als Schalung für Dämmstoffschüttung Integriert in Lärmschutzwall Angeordnet neben Heizzentrale

17 Erdsonden-Wärmespeicher in Crailsheim Planung und Systemoptimierung: Speichernutzungsgrad 73%* Temperaturbereich C* (Monatsmitteltemperaturen) Erforderliche Sondenlänge durch Koppelung mit Pufferspeicher (480 m³) um ca. 70% reduziert Kosteneinsparung: ca. 1 Mio. Euro Wärmepumpe erhöht den nutzbaren Temperaturbereich Speicherkonfiguration und Systemeffizienz optimiert durch Systemsimulation * Simulationsergebnis für langfristigen Betrieb

18 Messergebnisse der solaren Fernwärme in Crailsheim Wärme in MWh/a Planung Solarertrag der Kollektoren Solare Wämelieferung an das Wärmenetz HW II Wärmebedarf Wärmenetz HW II Nachheizung Fernwärme (aus KWK) Beladung Erdsonden- Wärmespeicher Entladung Erdsonden- Wärmespeicher Datenquelle: Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart

19 System-Wärmebilanz nach Messdaten 2014 Wärmemenge bzw. Strom [MWh/Monat], Globalstrahlung [kwh/(m² Monat)] Solare Nutzwärme in HW I Gesamt-Wärmebedarf Netz HW II Wärmelieferung durch Fernwärme Strom Wärmepumpe Solare Nutzwärme Wärmelieferung der Kollektoren Globalstrahlung in Kollektorebene Solarthermie: 42% 0 Quelle: Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart

20 Positionen der Temperaturfühler im Erdsonden-Wärmespeicher Quelle: Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart

21 Temperaturentwicklung im Erdsonden-Wärmespeicher Quelle: Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart

22 Monatliche Be- und Entladung des Erdsonden-Wärmespeichers Quelle: Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart

23 Betriebserfahrungen Erdsonden-Wärmespeicher Jahres-Nutzungsgrad* 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Planung Erste Beladung 2009; erste Entladung Winter 2012/2013 Nutzung des Speichers geringer als nach Planung (jährliche Be- / Entlade-Wärmemengen) Max. Beladetemperaturen 70 C (Planung 80 C) Wärmepumpe 80 kw el (Planung 258 kw el ) Größere direkte Solarthermie-Nutzung -> weniger Wärme für Erdsonden-Wärmespeicher Pufferspeicher 480 m³ (Planung 600 m³) Temperaturverlust ca. 1 K/Monat* (in 30 m Tiefe, bis ) * Datenquelle: Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart

24 Investitionskosten des Erdsonden-Wärmespeichers (ohne Planung, inkl. MwSt.)

25 Informationsquellen

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Foto: Stadtwerke Crailsheim IB Lichtenfels