Potentiale und Möglichkeiten der Oberflächennahen

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1 Chancen der Geothermie Potentiale und Möglichkeiten der Oberflächennahen Geothermie Projektbeispiele, deren Umsetzung und Erfahrungen aus dem Betrieb Dipl.-Ing. Jens-Uwe Kühl

2 H.S.W. Ingenieurbüro Gesellschaft für Energie und Umwelt mbh Gründung: 1991 in der Hansestadt Rostock (durch 2 Mitarbeiter der ehemaligen Fachabteilung Geologie des Rates des Bezirkes Rostock) Schwerpunkte: Grundwasser, Altlasten, Geotechnik...seit 1995 erste Projekte Geothermie...heute: Planungen für Geothermie, Solarparks, Gebäude-Energieberatung, Energiekonzepte...seit 2005 Spezialleistung Geothermal Response Test und FEM-Simulationen Kunden: nationale und internationale Investoren, Projektgesellschaften, private und öffentliche Auftraggeber

3 Was ist Geothermie? DEFINITION : Geothermische Energie ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde. (VDI 4640 Teil 1 Thermische Nutzung des Untergrundes + Stand der Technik)

4 Herkunft der Erdwärme Gravitationsenergie / Ursprungswärme Energie aus dem Zerfall radioaktiver Isotope (u.a. Uran, Thorium, Kalium)

5 Oberflächennahe Geothermie + Energiepfähle Quelle: initiative co2

6 Tiefe Geothermie Quelle: initiative co2

7 Oberflächennahe Geothermie Warum den Untergrund thermisch nutzen? 1. Standortunabhängigkeit/Dezentralität 2. Kostensicherheit 3. Umweltfreundlichkeit 4. Werthaltigkeit 5. Vereinbarkeit 6. Vielseitigkeit in der Nutzung

8 Geothermisches Potential (Rostock) - Theorie Geothermischer Wärmestrom: = 0,08 W/m² Größe des Stadtgebietes: = 181 km² nachströmende Wärmemenge: = 127 GWh/a Theoretisch nutzbares Potential: =50kWh/(m² a) = 9 TWh/a (Berechnung mit Nutztemperaturgrenzen nach VDI 4640, Erschließungstiefe 100 m,ausschließlicher Wärmeentzug)

9 Geothermisches Potential (Rostock) - Theorie und Praxis Maximal 15 % der Gesamtfläche erschließbar (Grund: Wald-, Acker-, Verkehrs-,, Restriktionsflächen) Potentielle Nutzfläche: 27 km² Technisches Potential: 1,4 TWh/a ( Einfamilienhäuser!) Zunehmender Klimakälte-Bedarf: - Bereitstellung von Kälteenergie - Untergrund als Wechselspeicher Erhöhung der Effizienz geothermischer Anlagen Tatsächlich nutzbares Potential deutlich höher

10

11 AIDA Cruises der Geschäftssitz des Unternehmens ist in Rostock Q ll gaia-mv Quelle: i

12 Quelle: google-maps Quelle: gaia-mv

13 Errichtung Konzept Heizen mit: - 38 Erdwärmesonden bei 100 m Tiefe + Fernwärme (Redundanz) Kühlen mit: - Erdwärmesonden + Kältemaschine (Redundanz) Deckungsanteil Geothermie: - Heizen: 100 % = 200 kw Kühlen: 100 % = 200 kw

14 Vorerkundung Temperaturmessungen Geothermal Response Test 0 hochdiskrete Temperatur-Profil-Messungen Temperaturentwicklung innerhalb der Test-Erdwärmesonde nach dem Verpressvorgang Teufe [m] mittlere Sondentemperatur :00-60 Uhr :00 Uhr :00 Uhr :00-70 Uhr : Uhr Stunden nach der Fertigstellung/Sondenverpressung :00 Uhr :00 Uhr :00 Uhr :00-90 Uhr :00 Uhr :00 Uhr Temperatur [ C]

15 Herstellung des Erdwärmesondenfeldes

16

17 Erfahrungen aus der Planung und Umsetzung (Erdwärmesonden) - Gebäudebedarfsdaten können sich im Zuge der laufenden Planungen deutlich ändern - Energiepfähle sind heute nicht zwingend günstiger herzustellen als Erdwärmesonden d - entscheidendes Kriterium zur Auswahl des geothermischen Quellensystems kann auch ein begrenztes Bauzeitfenster sein - eng definierte Zeitfenster für die Herstellung von Erdwärmesonden unterhalb von Neubauten können auch bei schwieriger Geologie eingehalten werden, Voraussetzung: gute Baustellenkoordination und gewerkeübergreifendes Denken und Handeln

18 gebaut 2002, in Betrieb seit 2004 Konzept Heizen mit: Energiepfählen bei 18 m Aktivierungstiefe + Fernwärme + thermischer Oberflächenwassernutzung Kühlen mit: - Energiepfählen + thermischer Oberflächenwassernutzung Deckungsanteil Geothermie und Oberflächenwasser: - Heizen: 38 % = 150 kw - Kühlen: 100 % = 200 kw

19 Herstellung der Fertigrammpfähle (Hersteller: Centrum)

20

21 Erfahrungen aus der Planung und Umsetzung der Energiepfähle - Fertigrammpfähle sind als kostengünstige geothermisch aktive Erdwärmeübertrager einsetzbar - die Qualität der Energiepfahlbelegung mit PE-Rohren ist bei Werksfertigung von Fertigpfählen wesentlich besser kontrollierbar, als bei Ortbetonpfählen - der Zeitrahmen und zusätzliche Erdbaumaßnahmen für die hydraulische Anbindung der Energiepfähle sind zeitlich und kostenmäßig entsprechend zu berücksichtigen

22 thermische Oberflächenwassernutzung - Nutzung u vorhandener e Löschwasserschächte zur Entnahme und Einleitung von Brackwasser (Unterwarnow) - Ausstattung: Saugpumpe ~ 40 m³/h mit Vorfilter, automatische Rückspülfilteranlage, Anlagenregelung über Gebäudeleittechnik - nutzbare Temperaturniveaus: Kühlen > 1 C / 15 C Heizen 7 C - maximale thermische Übertragungsleistung: ca. 200 kw

23 Planung, Ausführung, Wartung

24 Konzept (Maritim touristisches Service-Center) Heizen mit: - Fernwärme Kühlen mit: - thermischer Brunnenanlage (Einbrunnenvariante) Deckungsanteil Geothermie : - Heizen: 0 % - Kühlen: ~ 90 % = 132 kw + 2 x Kältemaschine á 8 kw gebaut 2005, in Betrieb seit 2006

25 thermische Brunnenanlage MTSC - passive Kühlung der Büro- und Serverräume mittels vertikalem Bohrbrunnen (Ausbau DN 300, 6 m V4A-Wickeldrahtfilter) - Abschlagung des thermisch genutzten Grundwassers (max. 18 C) über Regenwasserleitung in die Unterwarnow - FU-gesteuerte Unterwassermotorpumpe ~ 20 m³/h, geschraubter Titan-Plattenwärmetauscher (Auslegung: 132 kw) - Betriebsweise: Grundlast Serverräume, Büros im Sommer - Fe-Gesamt Grundwasser (mg/l): 2004: 0, : 0, : 1,24 (Sauerstoff: 8,4 mg/l)

26 Technik, Betrieb, Wartung

27 Ef Erfahrungen aus dem zurückliegenden Betrieb (Energiepfähle, OFW, Brunnen) - komplexe Gebäudenutzung erfordert auch reaktionsschnelle Wärme- und Kälteübertragungssysteme - MSR-Systeme Systeme sind nachvollziehbar zu dokumentieren - Produkthersteller und Installateure sollten über Wartungsverträge langjährig gebunden werden - offene Systeme: biologische/hydrochemische Prozesse nur schwer vorhersagbar; Wartung- und Reinigung nach Bedarf - Sicherstellung des nachhaltigen Anlagenbetriebes durch - detaillierte Einweisung des Anlagenbetreibers und Festlegung von Verantwortlichkeiten - angepasstes Monitoring i und zyklische Bewertung

28 Neubau Bürohäuser am Kai Kühlen mittels Horizontalbrunnen, Heizen Fernwärme

29 Vielen Dank! H.S.W. Ingenieurbüro Gesellschaft für Energie und Umwelt mbh Gerhart-Hauptmann-Str. t 19 D Rostock Fon: 0049(0)381/ Fax: 0049(0)381/ Internet:

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