Solar unterstützte Nahwärme mit saisonaler Wärmespeicherung

Transkript

1 Solar unterstützte Nahwärme mit saisonaler Wärmespeicherung Janet Nußbicker-Lux (ITW) Apl. Prof. Dr.-Ing. Klaus Spindler Universität Stuttgart Pfaffenwaldring 6, Stuttgart Internet: Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

2 Solar unterstützte Nahwärme mit saisonaler Wärmespeicherung Inhalt Einführung Langzeit-Wärmespeicher Solar unterstützte Nahwärme Ausblick Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

3 Einführung Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

4 Baukonzepte für Langzeit-Wärmespeicher Heißwasser-Wärmespeicher 60 bis 80 kwh/m³ + hohe Wärmespeicherkapazität + gute Betriebseigenschaften (hohe Be-/Entladeleistung, auch als Pufferspeicher nutzbar) + Designfreiheit (Geometrie) - hohe Baukosten (-) eingeschränkte Baugröße (-) Primärenergieeinsatz Kies-Wasser-Wärmespeicher 40 + bis mittlere 50 kwh/m³ Baukosten + mittlere bis hohe Wärmespeicherkapazität + nahezu beliebige Baugröße (+) Betriebseigenschaften (Kies-Wasser: mittlere Be- und Entladeleistung) (-) aufwändige Abdeckung (Wasser) - geringe Designfreiheit (Böschungswinkel) Erdsonden-Wärmespeicher + geringe Baukosten + gute Erweiterbarkeit - geringe Wärmespeicherkapazität - Betriebseigenschaften (Be- und Entladeleistung gering, Pufferspeicher notwendig, Wärmepumpe empfehlenswert) - eingeschränkte Standortauswahl - keine Wärmedämmung zum Erdreich 15 bis 20 kwh/m³ + sehr geringe Baukosten (+) mittlere Wärmespeicherkapazität (-) Betriebseigenschaften (Be- und Entladeleistung, Pufferspeicher und Wärmepumpe notwendig) - sehr limitierte Standortauswahl - keine Wärmedämmung 30 bis 40 kwh/m³ Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

5 Solare Nahwärme: Pilotanlagen in Deutschland Friedrichshafen (1996) Hamburg (1996) Hamburg (2010) IGS, Uni Braunschweig Neckarsulm (1998) Rostock (1999) Steinfurt (1999) Chemnitz (2000) Hannover (2000) Attenkirchen (2002) ZAE Bayern TU Chemnitz Crailsheim (2006) München (2007) Eggenstein (2009) Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux SOLITES Source:Solites

6 Anlagenbeschreibung Rostock Inbetriebnahme m³ Aquifer- Wärmespeicher 30 m³ Pufferspeicher 980 m² Kollektorfläche 7000 m² beheizte Fläche Wärmequelle Wärmesenke 110 kw th Wärmepumpe saisonaler Wärmespeicher Pufferspeicher Solarkreis Netzrücklauf Wärmepumpe Pufferspeicher Netzvorlauf Kesselrücklauf Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

7 Anlagenbeschreibung Rostock H1 H2 Kollektorfeld RL 30 C VL 45 C VL 65 C Trinkwasser Wärmepumpe NT Aq Kessel HT W1 TWW Zirkulation W2 Zirk. kalte Bohrung warme Bohrung Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

8 Messergebnisse Aquifer-Wärmespeicher Rostock Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

9 Messergebnisse Rostock Absolutwerte Einstrahlung in Kollektorebene kwh/m Wärmelieferung der Kollektoren MWh Regenerative Nutzwärme MWh Wärmelieferung durch Gaskessel MWh Elektrische Energie der Wärmepumpe MWh Gesamtwärmelieferung MWh Relativwerte Regenerative Nutzwärme 36% 50% Wärmelieferung durch Gaskessel 61% 42% Elektrische Energie der Wärmepumpe 3% 8% Angaben zur Effizienz Speichernutzungsgrad 24% 101% Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe 4,1 4,8 Kollektorwirkungsgrad 29% 29% Regenerativer Deckungsanteil 36% 50% Primärenergieeinsparung 1 31% 39% 1 gegenüber vollständiger Wärmebereitstellung mit Gaskessel; Primärenergiefaktoren Gas: 1,1; Strom: 3,0 (2007).. 2,6 (2010), nach EnEV 2007, EnEV Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

10 Anlagenbeschreibung Neckarsulm Inbetriebnahme 1997 Erdsonden-Wärmespeicher m³, 528 EWS 2 x 100 m³ Pufferspeicher 5670 m² Kollektorfläche 512 kw th Wärmepumpe in 2008 nachgerüstet Ca. 350 Wohneinheiten 3-Leiter Nahwärmenetz Wärmequelle saisonaler Wärmespeicher Pufferspeicher Solarkreis Netzrücklauf Wärmepumpe Wärmesenke Pufferspeicher Netzvorlauf Kesselrücklauf Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

11 Anlagenbeschreibung Neckarsulm PS: Pufferspeicher SRL: Solarrücklauf SVL: Solarvorlauf NRL: Netzrücklauf NVL: Netzvorlauf WP: Wärmepumpe V: Verdampfer K: Kondensator ESWSP: Erdsonden- Wärmespeicher SVL NRL SRL ESWSP NVL kalt ESWSP warm Rücklaufbeimischung PS 2 PS 1 Belad. PS1 unten Pufferspeicherbeladung WP V K Kessel Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

12 Tiefe in m Messergebnisse Erdsonden-Wärmespeicher Neckarsulm Maximaltemperaturen vor / nach Integration der Wärmepumpe: ~65 C / ~50 C an Minimaltemperaturen vor / nach Integration der Wärmepumpe: ~50 C / ~30 C an Temperatur in C Mrz 07 Mrz 09 Mrz 10 Mrz 11 Sep 07 Sep 09 Sep Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

13 Messergebnisse Neckarsulm Absolutwerte Einstrahlung in Kollektorebene kwh/m Wärmelieferung der Kollektoren MWh Regenerative Nutzwärme MWh Wärmelieferung durch Gaskessel MWh Elektrische Energie der Wärmepumpe MWh Gesamtwärmelieferung MWh Relativwerte Regenerative Nutzwärme 46% 50% Wärmelieferung durch Gaskessel 54% 32% Elektrische Energie der Wärmepumpe 0% 18% Angaben zur Effizienz Speichernutzungsgrad 55% 106% Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe - 4,2 Kollektorwirkungsgrad 24% 29% Regenerativer Deckungsanteil 46% 50% Primärenergieeinsparung 1 46% 26% 1 gegenüber vollständiger Wärmebereitstellung mit Gaskessel; Primärenergiefaktoren Gas: 1,1; Strom: 3,0 (2007).. 2,6 (2010), nach EnEV 2007, EnEV Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

14 Zusammenfassung & Ausblick Solare Nahwärmeversorgung mit regenerativen Deckungsanteilen von 50% funktioniert Erfahrungen Netzrücklauftemperaturen sind kritisch (Systeme ohne Wärmepumpe) Integration einer Wärmepumpe ist empfehlenswert Umsetzung der Regelung muss sorgfältig kontrolliert werden Komponenten (Pumpen, Ventile etc.) sind regelmäßig zu prüfen Weitere Verbesserungen Reduzierung der Wärmeverluste & Verbesserung der Energieeffizienz Reduktion der Konstruktionskosten Einbindung weiterer Wärmequellen (z. B. BHKW) Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

15 Messergebnisse ( ) Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Das diesem Beitrag zugrunde liegende Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert. Die Autoren danken für die Unterstützung Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

16 Anlagenbeschreibung Crailsheim Inbetriebnahme 2006 Erdsonden-Wärmespeicher m³, 80 EWS 100 m³ & 480 m³ Pufferspeicher 7410 m² Kollektorfläche 485 kw th Wärmepumpe Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

17 Anlagenbeschreibung Crailsheim Kollektoren Fernwärme Nahwärmenetz Pufferspeicher m³ 300 m Trasse Kond. WP1 Verd Kond. WP2 Verd Wall West Wall Ost 1. Anlagenteil 2. Anlagenteil Pufferspeicher m³ Erdsonden- Wärmespeicher Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux

18 Messergebnisse Erdsonden-Wärmespeicher Crailsheim Fachtagung der Schweizerischen Vereinigung für Geothermie, Solothurn, 04. Nov. 2011, J. Nußbicker-Lux