Neubau-Quartier Berlin-Zehlendorf: Geothermische Versorgung über ein kaltes Nahwärmenetz

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1 Neubau-Quartier Berlin-Zehlendorf: Geothermische Versorgung über ein kaltes Nahwärmenetz Dr. Nikolaus Meyer, Geschäftsführer Geo-En Energy Technologies 11. NRW Geothermiekonferenz, , Bochum

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 450 kw, Hamburg GeoSave 60 kw, Berlin GeoHybrid 450 kw, Berlin 380 kw Wärmepumpe GeoPV 50 kw, Strausberg GeoSave 380 kw, Braak GeoSave 70 kw, Schwedt GeoSHybrid 160 kw, Berlin - 2 -

3 Neubau-Quartier Berlin-Zehlendorf Planungsbedingungen 21 Häuser (davon ein Altbau) Hochwertiger Wohnungsbau ca m² beheizte Fläche 650 kw Wärmebedarf, 450 kw Kältebedarf Erdgas- und Stromanschluss, kein Fernwärmeanschluss Anforderungen des Bauherrn Versorgung des Quartiers mit Wärme und Kälte Minimale Betriebskosten der Energieanlage Einsatz von Geothermie zur Wertsteigerung der Immobilie Amortisation der Investition durch Betriebskosteneinsparungen und Wertsteigerung der Immobilie

4 Kaltes Nahwärmenetz: Nutzung im Sommer Kälteabnahme durch Passivkühlung von Gewerbeund Wohneinheiten Wärmeabnahme durch Wärmepumpen zur Trinkwarmwasser-Versorgung Geothermie als saisonaler und Kurzzeitspeicher Vorzüge Kaltnetz Kälteerzeugung unter minimalen Energieeinsatz Strom : Kälte = 1 : 20 Energieeinsparung durch Verbindung von Kälteverbrauchern und -erzeugern Maximale Ausbeutung der Speicherkapazität Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C - 4 -

5 Kaltes Nahwärmenetz: Nutzung im Winter Kälteabnahme durch Passivkühlung von Gewerbeund Wohneinheiten Wärmeabnahme zur Heizungswasserversorgung Geothermie als saisonaler und Kurzzeit-Speicher Vorzüge Kaltnetz Energieeinsparung durch Verbindung von Wärmeverbrauchern und -erzeugern Maximale Ausbeutung der Speicherkapazität Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C - 5 -

6 Kaltes Nahwärmenetz: Nutzung im Jahresverlauf Vorzüge Kaltnetz Reduktion der notwendigen geothermischen Speicherkapazität Einfaches Leitungssystem, geringe Baukosten Realisierung auch durch Umnutzung unrentabler Fernwärmestränge/-netze Beschleunigte Amortisationszeit der Anfangsinvestition Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C - 6 -

7 Kaltes Nahwärmenetz: Nutzung im Jahresverlauf Vorzüge Kaltnetz Reduktion der notwendigen geothermischen Speicherkapazität Einfaches Leitungssystem Beschleunigte Amortisationszeit der Anfangsinvestition Herausforderung Bereitstellung von Trinkwarmwasser mit > 60 C Erreichen wirtschaftlicher Betriebskosten bei Strompreisen > 20 Ct/kWh Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C - 7 -

8 Trinkwarmwasserbereitstellung Variante: Hochtemperaturwärmepumpe Bereitstellung von Trinkwarmwasser durch Hochtemperatur- Wärmepumpe Nachteil: Hoher spezifischer Stromverbrauch der Wärmepumpe Interessant vor allem bei niedrigen Stromkosten oder (Über-) Angebot günstiger Erneuerbarer Energie Vorteil: Minimale Netzkosten Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C - 8 -

9 Trinkwarmwasserbereitstellung Variante: Zusätzliches Nahwärmenetz Erlaubt Einbindung einer effizienten Hochtemperatur- Wärmequelle und eines Spitzenlast-Erzeugers Effizient bei hoher Abnehmerdichte (sonst hohe Wärmeverluste im Netz) Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C - 9 -

10 Trinkwarmwasserbereitstellung Variante: Lokale Erzeugung Dezentrale Einbindung von Hochtemperatur- Wärmequellen Minimierung von Netzkosten und Wärmeverteilverlusten Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C

11 Kaltes Nahwärmenetz: Nutzung im Jahresverlauf Vorzüge Kaltnetz Reduktion der notwendigen geothermischen Speicherkapazität Einfaches Leitungssystem Beschleunigte Amortisationszeit der Anfangsinvestition Herausforderung Bereitstellung von Trinkwarmwasser mit > 60 C Erreichen wirtschaftlicher Betriebskosten bei Strompreisen > 20 Ct/kWh Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C

12 Stromversorgung der Wärmepumpen: Variante: Netzanschluss Wirtschaftlich attraktiv nur bei Versorgung mit günstigem (Wärmepumpen-) Strom Strom Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C

13 Stromversorgung der Wärmepumpen: Variante: Eigenversorgung Eigenversorgung des Quartiers mit günstigem Strom, zum Beispiel aus Solar- und Windanlagen Eigenes Stromnetz erforderlich Strom Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C

14 Stromversorgung der Wärmepumpen: Variante: Eigenversorgung des Quartiers BHKW zur Eigenerzeugung von Strom Hochtemperaturwärme des BHKW nutzbar für Trinkwarmwassererzeugung Eigenes Stromnetz (Mieterstrom-Netz) erforderlich Strom Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C

15 Stromversorgung der Wärmepumpen: Variante: Eigenversorgung der Anlieger BHKW zur Eigenerzeugung von Strom Hochtemperaturwärme des BHKW nutzbar für Trinkwarmwassererzeugung Netzanschluss der gewerblichen Anlieger mit günstigem Stromtarif Strom Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C

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17 Ergebnisse der Konzeptentwicklung Projekt Kein günstiger Wärmepumpen- Strom BHKW zur Eigenstromversorgung Geringe Besiedlungsdichte Hohe Verluste, hohe Baukosten eines möglichen Hochtemperaturnetzes Hochtemperaturwärme des BHKW lokal verteilen, Versorgung der übrigen Gebäude mit Hochtemperatur- Wärmepumpen & BHKW-Strom Wärmebedarf höher als Kühlbedarf Regeneration der Geothermieanlage durch BHKW-Abwärme und Solarabsorber Kälte < 18 C Wärme < 15 C Wärme < 55 C Wärme > 60 C

18 Neubausiedlung Berlin-Zehlendorf Geothermisch gespeistes Kaltnetz mit dezentralen Wärmepumpen Geländeplan mit Wärmeversorgungsschema Wärmepumpe Wärmepumpen- Container (unter Straße) Erdwärmesonde

19 Auswahl der Geothermie-Quellen Projektbedingungen Grundstück, Bebauung Energiebedarf Genehmigungsrechtliche Rahmenbedingungen Geographische Lage Geologie Budget Geo-En Projektspezifische Wirtschaftlichkeitsanalyse der Erdwärmenutzung Klärung der Genehmigungssituation Spezifikation der Geothermie-Quellen Simulation der Geothermie-Anlage Genehmigungsmanagement Planung und Bau der Geothermie-Quelle, Begleitung der Bohrung durch Geologen Brunnenentwicklung Geothermie-Quellen Leistungsstark 50 kw 1 MW Kostenoptimiert durch Einsatz von Hochleistungsquellen und intelligente Systemlösungen Betriebssicher durch Qualität in Planung und Bau Langlebig. > 20 Jahre Lebensdauer der unterirdischen Einbauten

20 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 Schluckbrunnen Pumpe Saugbrunnen

21 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 Probebohrung ergibt geringe Ergiebigkeit einer Grundwasserzirkulation am geplanten Standort Erdwärmesonden als Geothermie-Quelle Schluckbrunnen Pumpe Saugbrunnen

22 Simulation der Temperaturentwicklung im Boden Temperaturausbreitung nach Ende der 29. Kühlperiode Temperaturausbreitung nach Ende der 30. Heizperiode 90 Erdwärmesonden

23 Unterirdische Energiezentralen Vorteile Kein Platzbedarf im Gebäude Zutritt für Betreiber Eine Heizzentrale für mehrere Nutzer Nachrüstung möglich im Altbau und innerstädtisch

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25 Geo-En Anlagenbau Geo-En Anlagenbau Zuverlässiger und planungsgerechter Bau der Energieanlage Ingenieure und Fachkräfte für Maschinenbau, Kältetechnik, Hydraulikmontagen, Bohrtechnik, Hydrogeologie Ausrüstung und Transportfahrzeuge für Hydraulik- und Elektromontagen Professionelles Projektmanagement Objektspezifisches Design der SPS-Steuerung und des Energy-Managers, Schaltschrankbau und Programmierung Auslegung, Konstruktion und Bau von Grundwasserzirkulationsanlagen (Integralsonde) Spezialausrüstung und Messtechnik für Brunnenbau und geologische Analysen, Lager mit Spezialteilen für schnelle Reaktionszeiten

26 Betriebskosten 50% reduziert, Endenergiebedarf 25% reduziert, Amortisation der Investition nach Jahren Kumulierte Wartungs- und Betriebskosten (nach Abgaben und Zulagen) GeoHybrid Fernwärme, Kompressionskälte Fernwärme, Kompressionskälte Endenergie GeoHybrid MWh MWh MWh MWh 750 MWh 500 MWh Endenergie Jahr

27 Wärmepumpe 7 Integralsonden

28 Geo-En Energieanlagen Planung und Bau aus einer Hand Gebäudestruktur Umweltenergie-Quellen Nutzerprofil Zieldefinition: Energieeffizienz, Amortisation, Komfort Objektanalyse Anlagen -design Wärmepumpen Oberflächennahe Geothermie Brennwerttechnik, Wärmerückgewinnung Kraft-Wärme-Kopplung Photovoltaik, Solarthermie Messung der Energieeffizienz Soll-Ist-Vergleich Qualitätssicherung Wartungsmanagement Service Anlagen- Monitoring Geo-En Energieanlagen Planung & Bau aus einer Hand Variantenvergleich durch Simulation Amortisationsrechnung, Szenarienvergleich Anlagensimulation und EnEV-Bewertung Dynamische Gebäudesimulation, Strömungssimulation Thermohydrodynamische Simulation Bau Sonderteile (z.b. Geothermie-Quellen), Beschaffung & Kontrolle der Komponenten Montage und Anlagenintegration Bau und Implementierung der Steuerung Inbetriebnahme und Prozesseinrichtung Anlagenbau Anlagenplanung Geologisches, solartechnisches und energetisches Engineering Spezifikation aller Komponenten Konstruktion von Sonderkomponenten Entwicklung der Regelungsalgorithmen