Solarthermische Anlage

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1 Solarthermische Anlage So-Therm Eine auf Analysen basierende, grobe Dimensionierung einer solarthermischen Anlage für die Wärmeversorgung von Nürnberg. Autor: Hochschule: Studiengang: Prüfer Korrektor Louisa Meyer Meuschelstr Nürnberg Tel Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm Maschinenbau Vertiefungsrichtung Energietechnik Prof. Dr.-Ing. Matthias Popp Andreas Wick Abgabedatum: Unterschrift:

2 Inhaltsverzeichnis 1 KURZBESCHREIBUNG DES PROJEKTS PROJEKTBESCHREIBUNG FORSCHUNGSFRAGE ARBEITSPROGRAMM ZEITPLAN UND ARBEITSTEILUNG VERWERTUNGSKONZEPT ANHANG QUELLENVERZEICHNIS LEBENSLAUF... 8 So-Therm Louisa Meyer 2

3 1 Kurzbeschreibung des Projekts Die Projektarbeit Solarthermische Anlage Eine auf Analysen basierende, grobe Dimensionierung einer solarthermischen Anlage für die Wärmeversorgung von Nürnberg. beschäftigt sich mit dem Thema der regenerativen Wärmeversorgung im Stadtgebiet Nürnberg. Dabei wird das Potenzial einer solarthermischen Anlage auf Basis der geografischen Gegebenheiten analysiert und die Ergebnisse rein technisch bewertet. Ziel des Projekts ist die Ausarbeitung einer groben Dimensionierung einer solchen Anlage für den Wärmebedarf in Nürnberg. Dies beinhaltet eine Auswahl des Anlagetypen, die Berechnung der Größe und der Leistungsfähigkeit, Lage und Ausrichtung. 2 Projektbeschreibung Das Projekt So-Therm ist ein Teil eines Gesamtprojekts Regenerative Selbstversorgung der Stadt Nürnberg unter Einbeziehung des Umlands, das im Rahmen eines Seminars der Technischen Hochschule Georg Simon Ohm Fakultät Maschinenbau Vertiefungsrichtung Energietechnik von Prof. Dr.-Ing Matthias Popp betreut wird. In dem Gesamtprojekt soll ein Bild vermittelt werden, wie es möglich ist, Nürnberg komplett regenerativ mit Energie (Strom und Wärme) zu versorgen. Eine wichtige Erkenntnis soll sein, wie stark das Umland für die Versorgung miteinbezogen werden muss. Ziel dieses Teilprojekts ist eine Konzepterstellung einer solarthermischen Anlage zur Wärmeversorgung der Stadt Nürnberg. Das Konzept beinhaltet eine Analyse des Bedarfs, der meteorologischen, geografischen Gegebenheiten und einen Vergleich, der infrage kommenden Anlagetypen. Als Ergebnis soll eine grobe Dimensionierung, inkl. Ausrichtung und Lage, einer solarthermischen Anlage resultieren. Zurzeit speisen sechs Heizkraftwerke (HKW) in das Nürnberger Fernwärmenetz ein (N-Ergie AG,2015). Die solarthermische Anlage soll die gleiche thermische Leistung erbringen wie die HKWs zusammen. So-Therm Louisa Meyer 3

4 In der Politik ist das Thema der Energiewende allgegenwärtig: So veröffentlichte das Bayerische Staatsministerium im Februar 2016 das Bayerische Energieprogramm. In diesem Programm wird unter anderem aufgeführt, dass die Fläche von solarthermischen Anlagen von 2010 bis 2014 von 4,6 Mio m² auf 5,6 Mio m² in Bayern angestiegen ist. Das entspricht eine Steigerung der thermischen Leistung von 1,9TW auf 2,3TW (Bayerische Staatsministerium, 2016). Auch der Blick auf die aktuelle Wärmeversorgung in Bayern (Abb.1) zeigt deutlich, dass immer noch mehr als die Hälfte der Wärmeerzeugung durch konventionelle Energiequelle erfolgt. Ebenfalls wird deutlich, dass regenerative Energien kaum für die Wärmeerzeugung genutzt werden. In der Abbildung 1 wurde das Potenzial von solarthermischen Anlagen hinzugefügt, da es in der Statistik des bayerischen Landesamtes für Statistik und Datenverarbeitung nicht mit aufgezählt wurde. Nettowärmeerzeugung Insgesamt[TWh] Nettowärmeerzeugung insgesamt Energieträger Abbildung 1:Nettowärmeerzeugung in Bayern nach Energieträger (Bayerisches Landesamt für Statistik und Datenverarbeitung, (2017)) An Hand der bereits vorhandenen großen solarthermischen Anlagen, zum Beispiel in Crailsheim, Baden-Württemberg (Stadtwerke Crailsheim, 2009) und in Senftenberg, Brandenburg (RBB, 2017) wird deutlich, dass Stadtwerke in anderen Bundesländern in Deutschland bereits dieses Potenzial nutzen. So-Therm Louisa Meyer 4

5 3 Forschungsfrage a) Wie ist der zeitliche Verlauf der thermischen Leistung, die eine solarthermische Anlage bereitstellen kann? b) Wie groß müssen die Kollektorflächen sein und wie müssen sie am besten ausgerichtet sein um den Wärmebedarf von Nürnberg zu decken? c) Wo lassen sich am besten solarthermische Anlagen in Nürnberg oder im Umland aufstellen? d) Was für eine Art von Anlage/ was für ein Kollektor kommt in Frage? 4 Arbeitsprogramm Um die oben genannten Forschungsfragen zu beantworten, wird zuerst eine Potenzialanalyse vorgenommen. Dazu wird die solare Bestrahlung in der Region Nürnberg und die Sonnenstrahlung im Verlauf des Jahres analysiert. Unter anderem wird die Datenbank MERRA 2 für diese Untersuchung herangezogen. Desweitern werden der Analysen Daten des letzten Jahres (2016) zu Grunde gelegt. Da dieses Projekt in Zusammenarbeit mit der N-ergie AG durchgeführt wird, basieren die Energieverbrauchsdaten und ähnliches, auf Daten, die von der N-ergie AG bereitgestellt werden. Danach folgt eine geografische Analyse um herauszufinden, wo sich am besten eine solarthermische Anlage aufstellen lässt. Dabei werden sowohl Freiflächen untersucht, als auch die Ausrichtung der Hallen-/Hausdächer in und um Nürnberg. Für die Analyse werden neben Google Earth und ggf. auch Daten von N-ergie AG oder der Stadt Nürnberg verwendet. Um eindeutig zu klären, wie hoch der Beitrag zur Wärmeversorgung eines solarthermischen Kollektors sein kann, muss auch abgewogen werden, welche Anlage infrage kommt. Dazu wird eine Auswahl von Anlagen verglichen. So-Therm Louisa Meyer 5

6 Zur endgültigen Festlegung wird eine grobe Dimensionierung eines Anlagentypen vorgenommen. Die Iterationsschritte werden in einer Excel Tabelle festgehalten. 5 Zeitplan und Arbeitsteilung Für die Analyse der geografischen und meteorologischen Gegebenheiten in Hinblick auf das Potenzial aber auch auf den zeitlichen Verlauf der erzeugbaren thermischen Leistung einer solarthermischen Anlage im Nürnberger Land werden 3,5 Wochen vorgesehen. Der anschließende Vergleich der verschiedenen Anlagetypen und die abschließende Dimensionierung werden ca. 2 Wochen in Anspruch nehmen. Für das Anfertigen des Berichts und der Vorbereitung der Energiekonferenz werden zusätzlich nochmal 1,5 Wochen vorgesehen. Zu beachten ist, dass z. B. das Schreiben des Berichts aber auch die Beurteilung der Analyse parallel erfolgen können. 6 Verwertungskonzept Das Resultat der Analysen und Berechnungen soll keine endgültige Dimensionierung einer solarthermischen Anlage sein, sondern ein Konzept darstellen, welche Dimensionen eine Anlage haben muss, um den Wärmebedarf von Nürnberg zu decken. Alle Ergebnisse und Analysen werden in einem Bericht zusammengefasst. Zusätzlich wird in der Kalenderwoche 51 eine öffentliche Energiekonferenz in den Räumlichkeiten der N-ergie AG abgehalten. Die Energiekonferenz steht unter dem Thema: Regenerative Selbstversorgung der Stadt Nürnberg unter Einbeziehung des Umlands. Im Anschluss wird der Bericht von der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm durch den Prüfer Prof. Dr.-Ing Matthias Popp veröffentlicht. So-Therm Louisa Meyer 6

7 7 Anhang 7.1 Quellenverzeichnis Bayerisches Landesamt für Statistik und Datenverarbeitung (2017). Nettowärmeerzeugung. Abgerufen am 21.Oktober 2017 von _ xls N-Ergie AG. (2015). Umwelterklärung der N-ERGIE Kraftwerke GmbH für Abgrufen am 01.November 2017 von Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien Energie und Technologie. (2016). Bayerisches Energieprogramm. Abgerufen am 21.Oktober 2017 von sere_energie/kraftwerkstandort/umwelterklaerung_n- ERGIE_Kraftwerke_GmbH_2015.pdf RBB. (2016). Riesige Solarthermie-Anlage in Betrieb genommen- Die Sonne erwärmt Senftenberg. Abgerufen am 21.Oktober 2017 von Stadtwerke Crailsheim. (2009). Technik Ökologie und Lebensqualität im Einklang. Abgerufen am 21. Oktober 2017 von So-Therm Louisa Meyer 7

8 7.2 Lebenslauf Lebenslauf Persönliche Daten Name: Louisa Meyer Geburtsdatum: 14. September 1995 Geburtsort: Minden, Germany Staatsangehörigkeit: Deutsch Addresse: Meuschelstr Nürnberg Bayern Deutschland Schullaufbahn: 08/ Heute Duales Studium Bachelor of Engineering in Maschinenbau bei Siemens AG Power & Gas Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm, Nürnberg 08/ /2014 Wilhelm-Busch-Gymnasium Stadthagen Allgemeine Hochschule Reife 08/ /2012 Helsingin Suomalainen Ytheiskoulu, Helsinki (Schüleraustausch für 5 Monate) Berufliche Erfahrung: 07/ /2017 Projekt New Capital, Ägypten, Combined Cyle Power Plant, Multi-shaft, Praktikant Montage Dampfturbine und Inbetriebnahme der Neben- /Hilfssysteme 08/ /2017 Ausbildung als Industriemechanikerin (IHK) bei Siemens AG Power and Gas, Nürnberg- Erlangen 05 06/2017 Projekt Samsun, Türkei, Service Outage einer Gasturbine 03/ /2017 Projekt Pengerang, Malaysia, Cogeneration Power Plant, (multi-shaft), Praktikum bei der Inbetriebnahme einer Gasturbine 08/ /2016 Projekt Toul, Frankreich, Combined Cycle Power Plant, (single-shaft), Praktitkant bei Operation & Maintenance Nürnberg, So-Therm Louisa Meyer 8