Gewerbliche Nutzung von Geothermie: Start von Norddeutschlands größter Grundwasser-Geothermieanlage in Braak

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1 Gewerbliche Nutzung von Geothermie: Start von Norddeutschlands größter Grundwasser-Geothermieanlage in Braak Dr. Nikolaus Meyer

2 Geo-En Energy Technologies Gegründet 2007, Sitz in Berlin (Schöneberg) Planung, Bau und Instandhaltung von Energieerzeugungsanlagen für Wohnanlagen, Siedlungen und Gewerbe Spezialist für multivalente Wärme- und Kälteerzeugung aus Erneuerbarer Energie: Erd- und Umweltwärme, Wärmepumpen, BHKWs, Photovoltaik, Wärmerückgewinnung Eigene Technologie für Geothermische Hochleistungsquellen (Integralsonde) Steuerung multivalenter Energieanlagen (Energy-Manager) GeoSave 930 kw, Fürstenfeldbruck GeoSave 180 kw, Hamburg GeoSave 60 kw, Berlin GeoHybrid 200 kw, Berlin 380 kw Wärmepumpe GeoSolar 50 kw, Strausberg GeoSave 380 kw, Braak GeoSave 70 kw, Schwedt GeoSHybrid 160 kw, Berlin - 2 -

3 Die Wärmewende erfordert schnelles Wachstum der Umwelt-energie-Nutzung entgegen dem Trend der letzten Jahre Entwicklung des Anteils Erneuerbarer Energie am Endenergieverbrauch für Wärme in Deutschland (in %) Zielwert der Bundesregierung für 2020

4 Durch den zunehmenden Anteil Erneuerbarer Energie im Stromnetz sinken die CO 2 -Emissionen von Wärmepumpen kontinuierlich CO2-Emissionen der Wärmeerzeugung (g CO 2 /kwh th ) Ausbaukorridor für Erneuerbaren Strom

5 Erneuerbare Energien Wärmegesetz und Energie-Einspar- Verordnung sind die zentralen Instrumente des Gesetzgebers, um die Ausbauziele für Erneuerbare Wärme zu erreichen. 1 Erneuerbare Energien Wärmegesetz (EEWärmeG) Verpflichtung zum Einsatz erneuerbarer Energien im Neubau: Min. 50% Geothermie oder Umweltwärme (Wärmepumpe) Min. 15% Solarthermie Min. 30%/50% Biomasse gas/fest Min. 50% Kraft-Wärme-Kopplung / Wärmerückgewinnung Steigerung der Gebäude-Energieeffizienz um 15% (EnEV) Fernwärme mit 50% Kraft-Wärme-Kopplung 2 Energie-Einspar-Verordnung (EnEV) EnEV 2009 EnEV I EnEV II Quantitative Anforderungen an Gebäudehülle & Heizungs-, Kühlungs-, Lüftungsanlagen Einhaltung geregelter Höchstwerte des Jahres- Primärenergiebedarfs eines Gebäudes Regelung der Primärenergiefaktoren Regelungen zum Energieausweis (Abb. rechts) - 6 -

6 Die jüngste Verschärfung der EnEV begünstigt die Nutzung von Wärmepumpen und BHKWs Änderung der Energieeinsparverordnung (2013) mit Wirkung zum Verschärfung der Regelungen zum Energieausweis: Neuskalierung mit Angabe von Energieeffizienzklassen im Bandtacho (Effizienzklassen A+ bis H) anhand des Endenergiebedarfs* des Gebäudes Pflichtangabe der Effizienzklasse in Immobilienanzeigen Aushändigungspflicht bei Besichtigung/Vermietung/Kauf Stichprobenkontrollen Besserstellung von Wärmepumpen gegenüber EnEV 2009 Anrechnung von PV und Windstrom, der am Gebäude/Grundstück erzeugt UND in der Heiz-/Kälte- Anlage verbraucht wird (Monatsbilanzverfahren) Reduktion des Primärenergiefaktors für bezogener Strom von 2,6 auf 2,4 Erhöhung des Primärenergiefaktors für eingespeisten Strom aus Kraft-Wärme-Kopplung von 2,6 auf 2,8 Wärmepumpe *Endenergie: Der nach Energiewandlungs- und Übertragungsverlusten übrig gebliebene Teil der Primärenergie, die den Hausanschluss des Verbrauchers passiert hat (ohne Umweltenergie!).

7 Die zum bevorstehende Verschärfung der EnEV- Vorgaben erschwert den Bau einfacher Systemlösungen wie Gas+Solar und begünstigt die Nutzung von Wärmepumpen Maximal zulässiger Primärenergiebedarf von EFH-Neubauten (in kwh/m²a) EnEV 2009 EnEV 2014 EnEV 2016 EnEV-Änderung mit Wirkung zum Senkung der Obergrenzen für den U-Wert Senkung des maximal zulässigen Primär- Energiebedarfs von Neubauten um 25% Reduktion des Primärenergiefaktors für bezogenen Strom von 2,4 auf 1,8 Erhebliche Aufwertung von Wärmepumpen Öl/Gas + Solar Luft/Wasser-Wärmepumpe Sole/Wasser-Wärmepumpe Quelle: Bundesverband Wärmepumpe - 8 -

8 Erneuerbare Wärme und Kälte bereitgestellt durch Geo-En Wärmepumpen Heizen und Kühlen mit Wärmepumpen Hocheffiziente Nutzung von Umweltenergie und (Ab-) Wärme auf niedrigem Temperaturniveau Hocheffiziente Umsetzung von Strom in Wärme oder Kälte (lukrativ insbesondere bei günstigem Stromtarif und Nutzbarkeit von Solar- oder Windstrom) Kein Brennstoffbedarf, keine Abgase Geo-En Wärmepumpen Auslegung exakt angepasst an Leistungsbedarf und Primärenergiemedium der Wärmepumpe Konstruktion der Groß-Wärmepumpen kontinuierlich optimiert in über 20 Großprojekten der Geo-En Steuerung über Geo-En Energy Manager Maximierte Jahresarbeitszahl Strom / Gas Geo-En Anlage Heiz- und Kühlenergie Umweltenergie Abwärme 380 kw Geo-En Wärmepumpe - 9 -

9 Oberflächennahe Geothermie: Wärmequelle, Kältequelle, saisonaler Speicher Winter (Heizmodus) Erdsonde entzieht dem Erdboden Wärme, Wärmepumpe erhöht Temperatur auf Heizniveau (> 35 C) Sommer (Kühlmodus) Wasser von Erdsonde wird direkt - ohne Wärmepumpe - zur Gebäudekühlung genutzt. Wärme aus Gebäude und Umwelt wird in den Erdboden abgeführt 9-12 C 50 m C Alle Zahlen typische Werte für Berlin

10 Geo-En s Integralsonde: Höchste Leistung bei minimalem Platzbedarf durch vertikale Grundwasserzirkulation Geringer Bohraufwand und Platzbedarf: Förderung und Einleitung von Grundwasser über nur eine Bohrung Sehr hohe Leistungsdichte: kw pro 50 m². Hohe Effizienz durch direkte Grundwassernutzung: Leistungszahl > 6, Jahresarbeitszahl > 4 Kein horizontaler Wasser- und Stofftransport im Boden (vertikale Grundwasserzirkulation im Aquifer) Verockerungsffekte durch Design und Prozessführung minimiert Geringer Wartungsaufwand Langjährig erprobt und weiterentwickelt durch Geo-En

11 Projekt Objekt (Fertigstellung: 2014) Gewerblicher Neubau der Firma Boltze in Braak bei HH (Handel mit Wohnaccessoires und Geschenkartikeln) 5150 m² Büro- und Ausstellungsfläche Heizung und Kühlung über Lüftungsanlage und Flächenheizer (Foyer) Kundenbedürfnis: Beispielhafte Energietechnik, höchste Energieeffizienz, Drosselung der Energiekosten Energieanlage vom Typ GeoSave Monovalente Geo-En-Anlage 380 kw Wärmepumpe 7 Integralsonden zur Grundwasserzirkulation Integrales Geo-En Steuerungs- und Monitoringsystem (Energy-Manager)

12 Probebohrung zur Analyse des Bodens zeigt mächtigen Grundwasserleiter mit guter Ergiebigkeit Proben zur Analyse der Bodenschichten Bodenprofil

13 Aufbau der Geothermieanlage ENERGY MANAGER ZWEISTUFIGE WÄRMEPUMPE ZWEISTUFIGE WÄRMEPUMPE SPEICHER HEIZUNG 55/45 C ZWISCHEN- KREISE PUMPE WÄRME- TAUSCHER SPEICHER KÜHLUNG 9 C/6 C INTEGRALSONDEN 1-7

14 Zeitplan Konzeptplanung & Beauftragung Genehmigung Anlagenbau Geo-En Probebohrung Brunnenbohrung Entsandung 2Q12 3Q12 4Q12 1Q13 2Q13 3Q13 4Q13 1Q14 2Q14 3Q14

15 Bohrung und Installation der Integralsonden

16 Entwicklung und Entsandung der Brunnen

17 Installation Wärmepumpe, Hydraulik und Steuerung

18 Energiezentrale

19 Inbetriebnahme der Anlage Steuerung und Monitoring der Integralsonden Betriebsstundenzähler

20 Erste Betriebsdaten der Anlage Braak ,0 MWh 50,0 MWh 40,0 MWh Wärme Kälte Antriebsenergie 30,0 MWh 20,0 MWh 10,0 MWh 0,0 MWh Juli Aug Sep Okt Nov

21 Energiebilanz im kontinuierlichen Betrieb Passivkühlung , Uhr Heizbetrieb W6/W , 4-6 Uhr x 2,7 626 kwh x 10,5 636 kwh 700 kwh ,9 64 kwh Antriebsenergie Umweltenergie Kälte Antriebsenergie Erdwärme Heizenergie

22 Anlageneffizienz im realen Betrieb trifft Erwartung COP der Wärmepumpe auf Prüfstand Am gemessener COP der Anlage (Wärme / Stromverbrauch Wärmepumpe und Zirkulationspumpen Primärseite) 0 15 K 20 K 25 K 30 K 35 K 40 K 45 K 50 K Differenz der Vorlauftemperaturen auf Primär- und Sekundärseite der Wärmepumpe

23 Referenzprojekt GeoSave: Haus der Bildung und Technologie, Schwedt Projekt Steckbrief Haus der Bildung und Technologie in Schwedt (Oder), Baujahr 1964/65, m² Nutzfläche Energetische und bauliche Sanierung in 2011 Geologie: Norddeutsche Tiefebene Untergrund aus glazialen Serien Hohe Grundwasserfließgeschwindigkeit (0,5 m/tag) 30 Meter mächtiger Grundwasserleiter Anlagenaufbau Geo-En-Anlage GeoSave: Monovalente Geothermie-Anlage für Heiz- und Trinkwasser 2 Integralsonden zur vertikalen Grundwasserzirkulation, 2 Wärmepumpen Speichertank für Heißwasser (zur Pufferung und kontinuierlichen Trinkwasserbereitstellung) Haus der Bildung und Technologie Grundriss Bohrung 2 Bohrung 1 Thermo-hydrodynamische Simulation

24 Jahresarbeitszahl der Schwedter Anlage deutlich über Marktstandard Mai. 12 Jun. 12 Jul. 12 Aug. 12 Sep. 12 Okt. 12 Nov. 12 Dez. 12 Jan. 13 Feb. 13 Mrz. 13 Apr. 13 Mai. 13 Jun. 13 Jul. 13 Aug. 13 Sep. 13 Okt. 13 Nov. 13 Dez. 13 Jan. 14 Feb. 14 Mrz. 14 Apr. 14 Mai. 14 Jun. 14 Jul. 14 Aug. 14 Sep. 14 Okt. 14 Nov. 14 Dez Jahresarbeitszahl Jahresarbeitszahl 3,9 4,0 3,9 4,1 Ergebnisse der ersten 3 Betriebsjahre: Stabil hohe Jahresarbeitszahl von 4,0 trotz hoher Vorlauftemperatur der Heizung von ca. 45 (Jahresarbeitszahl umgerechnet auf 37 C Vorlauftemperatur: 4,7) Zum Vergleich: Studie des Fraunhofer-Instituts FhGISE zum Betrieb von 56 Erdsondenanlagen in : Mittlere Vorlauftemperatur: 37 C, mittlere JAZ = 3, (Feb-Dez) (Jan) Saisonale Schwankung der Grundwassertemperatur, keine Auskühlung Erzeugte Bereitgestellte Wärmemenge Wärme 122 MWh 15 C 15 C 14 C 14 C Vorlauf Grundwassertemperatur Wärmepumpe (Grundwasser-Temperatur) 95 MWh 88 MWh 13 C 13 C 12 C 12 C 18 MWh 2012 (Feb-Dez) (Jan) 11 C 11 C 10 C 10 C Winter 2012/13 Winter 2013/14

25 Referenzprojekt GeoHybrid Neubau einer m² Wohnanlage in Berlin GeoHybrid Energy Manager Objekt (im Bau) BHKW Hochtemperatur- Speicher Neubau Wohnblock in Berlin m² Wohnfläche Gasbrennwert- Kessel Energieanlage: Wärmepumpe Niedertemperatur- Speicher 100 kw Wärmepumpe 33 kwel BHKW 20 Erdwärmesonden Solarabsorber Geothermie- Quellen Wärmetauscher 350 m² Solarabsorber 200 kw Spitzenlast-Gaskessel Integrales Geo-En Steuerungs- und Monitoringsystem Die Anlage nutzt neben der Erdwärme Solarstrahlung als Energiequelle. Solarthermische Absorber auf dem Dach liefern im Sommer Wärme, die zum thermischen Aufladen der Erdwärmesonden genutzt wird. Die Geothermie-Anlage dient so als saisonaler Speicher der Sonnenenergie. Im Winter nutzt die Wärmepumpe die Energie der Erdwärmesonden zum Heizen. Als zweite Wärmeerzeuger fungiert ein Blockheizkraftwerk (BHKW). Wärmepumpe und BHKW teilen sich die Wärmelast. Der Strom des BHKWs wird für den Betrieb der Wärmepumpe eingesetzt. Die Hybridanlage überzeugt neben der hohen Energieeffizienz durch außerordentliche Wirtschaftlichkeit

26 Integrierte Energieanlagen von GeoEn Beispiel: GeoHybrid 600 kw Heizleistung, 115 kw Kühlleistung Anschluss Geothermie-Quellen Anschluss Solarabsorber Trinkwarmwasser Heizungs-/ Kühlwasser

27 Energiebilanz GeoHybrid Gas: 47 kwh 53 Strom: 3 kwh

28 Passgenaue Anlagen für Gewerbe und Quartiere Planung, Simulation und Bau aus einer Hand Energiegewinnung aus Umwelt & Abwärme zur Erfüllung höchster Energieeffizienzstandards Expertise in Geothermie, Solartechnik, Kraft-Wärme-Kopplung, Netze