Aktuelle Entwicklungen in der oberflächennahen Geothermie

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1 Geothermietag 29. Oktober 2009 Aktuelle Entwicklungen in der oberflächennahen Geothermie Dr. Burkhard Sanner

2 Aktuelle Entwicklungen Wesentliche Gebiete: Politik / Recht Technik Planung / Geoinformation Markt

3 EU-Richtlinie 2009/28/EG In Kraft seit Ende Juni 2009 Fordert bis 2020 für die gesamte EU 20 % erneuerbare Energien für Deutschland 18 % erneuerbare Energien Gilt für alle Bereiche: Strom, Wärme, Verkehr Fordert von den Mitgliedsstaaten nationale Aktionspläne für erneuerbare Energien, bis 30. Juni 2010 Schließt bei Geothermie alle Sektoren ein: Stromerzeugung Fernwärme Erdgekoppelte Wärmepumpen (mit JAZ-Anforderungen)

4 EU-Richtlinie 2009/28/EG Die Mitgliedsstaaten sollen zügige und transparente Genehmigungsverfahren einrichten. Die Mitgliedsstaaten sollen Zertifizierungsmöglichkeiten u.a. für oberflächennahe Geothermie sicherstellen. In Deutschland sind wesentliche Forderungen der EU-Richtlinie bereits weitgehend durch EEG, EEWärmeG und MAP abgedeckt.

5 EU-Richtlinie 2009/28/EG Erstmals EU-weite Definition für geothermische Energie Art. 2 Im Sinne dieser Richtlinie bezeichnet der Ausdruck c) geothermische Energie die Energie, die in Form von Wärme unter der festen Erdoberfläche gespeichert ist; Diese Definition entspricht der durch den GtV-BV seit Beginn verwendeten und in VDI 4640 niedergelegten Fassung.

6 EU-Richtlinie 2009/28/EG DE EN ES FR IT NL SE etc. geothermische Energie die Energie, die in Form von Wärme unter der festen Erdoberfläche gespeichert ist; geothermal energy means energy stored in the form of heat beneath the surface of solid earth; «energía geotérmica»: la energía almacenada en forma de calor bajo la superficie de la tierra sólida; «énergie géothermique»: une énergie emmagasinée sous forme de chaleur sous la surface de la terre solide; «energia geotermica»: energia immagazzinata sotto forma di calore sotto la crosta terrestre; geothermische energie : energie die in de vorm van warmte onder het vaste aardoppervlak is opgeslagen; geotermisk energi: energi lagrad i form av värme under den fasta jordytan.

7 Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz EEWärmeG In Kraft seit Januar 2009, darin Definition: 2 Begriffsbestimmungen (1) Erneuerbare Energien im Sinne dieses Gesetzes sind 1. die dem Erdboden entnommene Wärme (Geothermie), 2. die der Luft oder dem Wasser entnommene Wärme mit Ausnahme von Abwärme (Umweltwärme), 3.

8 Zur Historie der Wärmepumpen in Deutschland Zur Erinnerung: Anzahl verkaufter WP-Einheiten (x 1000) Rohölpreis (US-$/barrel) Der WP-Markt brach nach dem ersten Boom 1980 bereits zusammen, bevor der Ölpreis wieder zurückging Luft-WP Rohölpreis (nominal, Brent/UK) Beispiel erdgekoppelte Wärmepumpe von 1985 erdgek. WP

9 Zur Historie der Wärmepumpen in Deutschland Zur Erinnerung: Anzahl verkaufter WP-Einheiten (x 1000) Rohölpreis (US-$/barrel) Der WP-Markt brach nach dem ersten Boom 1980 bereits zusammen, bevor der Ölpreis wieder zurückging Wohin geht der Weg heute? Luft-WP Rohölpreis (nominal, Brent/UK) erdgek. WP Gründung GtV Gründung EGEC

10 Aktuelle politische und rechtliche Situation In Deutschland sind die politischen Rahmenbedingungen bislang (noch?) günstig. Die rechtlichen Rahmenbedingungen werden durch eine immer restriktivere Genehmigungspraxis erschwert. Hier hilft nur: Vertrauen in die Technik schaffen und erhalten Klare Linie bei Qualitätssicherung Belange des Grundwasserschutzes und der Wasserversorgung ausreichend würdigen Bohrung nicht überall durchsetzen wollen und weitere Forschung und Entwicklung

11 EU-Projekt GEOTRAINET GEOTRAINET entwickelt Curricula, Lehrmaterial und Beispielkurse für die Fortbildung von Planer und Bohrern im Bereich oberdflächennahe Geothermie Koordiniert durch EFG mit Unterstützung von EGEC Die GEOTRAINET-Curricula sind als ein Mindeststandard gedacht, der die Vergleichbarkeit auf europäischer Ebene sichert GEOTRAINET sucht die Zusammenarbeit mit den jeweiligen nationalen Akteuren; es ist kein closed shop, sondern möchte zu einem Netzwerk derjenigen beitragen, die sich für Qualität bei der Planung und Ausführung von Anlagen der Oberflächennahen Geothermie verpflichtet fühlen (in Deutschland z.b. GtV-BV, BWP, DVGW, figawa, DGGT, ZDB)

12 Relevante EU-Projekte Laufende Projekte, durch IEE gefördert: GTR-H Geothermal Regulations for Heat GEOTRAINET Training and Certification of GSHP planners and drillers

14 Erdgekoppelte Wärmepumpen Erdwärmesonden, Verpressmaterial Sole-Wasser-Wärmepumpen Gut entwickelter Markt für Material und Komponenten

15 Erdgekoppelte Wärmepumpen - Technik Wärmepumpen-Heizleistung 10 kw Wärmeleitfähigkeit Gestein λ = 2,5 W/m/K Entzugsleistung (W/m) kurze Sonden 1 lange Sonde gestrichelt: ηh PE, Einfach- U, Dämmer PE, Einfach- U, Dämmer bzw. Doppel- U, therm. PE, Doppel-U, therm. verbessert Metall, 3-U, therm. verb Hellström-Effizienz (%) ,30 0,25 0,20 0,15 rb K/(W*m) Maximale nachhaltige Entzugsleistung von Erdwärmesonden in Abhängigkeit vom thermischen Bohrlochwiderstand 0,10 0,05 0 0,00

16 Erdgekoppelte Wärmepumpen - Technik Entzugsleistung (W/m) Thermischer Bohrlochwiderstand rb = 0,1 K/(W*m) 50 W/m Direktverdampfung oder Heat Pipe Erdreich 2,5 W/m/K Erdreich 4,0 W/m/K Sonde mit reinem Wasser Sonde mit 20 Theorie Frostschutz tiefste Fluid-Mitteltemperatur ( C) Maximale nachhaltige Entzugsleistung von Erdwärmesonden in Abhängigkeit von der minimalen Soletemperatur

17 Erdgekoppelte Wärmepumpen Großanlagen mit Erdwärmesonden oder Grundwasserbrunnen

18 Erdgekoppelte Wärmepumpen Einfamilienhäuser 20% 18% 16% 14% Deutschland Hessen 12% 10% 8% (Photos: Ochsner) 6% 4% 2% 0% Anteil erdgek. Wärmepumpen bei 1-2-FH (nach Mands et al., 2008 und Rumohr, 2009) Aber: Neubau geht stark zurück

20 Erdgekoppelte Wärmepumpen - Planung Normen und Richtlinien AT CH CH CH DE DE SE ÖWAV Regelblatt AWP T1 SIA D 0190 SIA 384/6 (SN 565) DIN 8901 VDI 4640 Blatt 1-4 Normbrunn-07 * Part 1 new in 2009 Thermal use of the groundwater and the underground, heating and cooling Heating system with heat pumps Use of earth heat through foundation piles etc. Borehole heat exchangers for heating and cooling Refrigerating systems and heat pumps - Protection of soil, ground and surface water Thermal use of the underground - part 1-4 Drilling for water wells and energy in prep * 2008

21 Erdgekoppelte Wärmepumpen - Planung Fluid temperature [ºC] JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC Year 25 Base load Peak cool load Peak heat load Berechnungen mit einfacher Software (EED, links) oder numerischer Simulation (FEFLOW, unten) FE-Simulation 5 Jahre, Sondenabstand: 6m 12,8 11,2 9,6 8,0 6,4 4,8 3,2 1,6 0,0-1,6-3, m FE-Simulation 5 Jahre, Sondenabstand: 12m 12,8 11,3 9,7 8,2 6,7 5,1 3,6 2,1 0,5-1,0-2, m Thermal Response Test zur Bestimmung der Gesteinsparameter

22 Erdgekoppelte Wärmepumpen - Geoinformation Erster Schritt war die CD-ROM Geothermie des GD NRW Inzwischen in fast jedem Bundesland Informationen online verfügbar Portal Geothermie: NRW (oben), Beispiel aus Baden- Württemberg (rechts)

23 Erdgekoppelte Wärmepumpen - Geoinformation In Sachsen für Teilgebiet Potential direkt online abrufbar

24 Erdgekoppelte Wärmepumpen - Geoinformation Ähnliche Systeme sind auch in der Schweiz und Schweden verfügbar

26 Markt Geothermie Oberflächennah der alte Markt high enthalpy (el. power) high temperature basins (el.power, district heating) medium temperature basins (district heating) everywhere: EGS, shallow geothermal Märkte für Oberflächennahe Geothermie in Europa Basiskarte: Wesentliche Beckenregionen und Hochenthalpiegebiete in Europa

27 Markt für Erdgekoppelte Wärmepumpen Anzahl verkaufter Wärmepumpen Grundwasser Erdreich Verkaufsstatistik seit 1996 (nach Daten BWP)

28 Markt für Erdgekoppelte Wärmepumpen Anzahl verkaufte WP Luft Wasser Erdreich % erdgek. WP Anteil am Wärmepumpen-Verkauf (nach Daten BWP)

29 Heat pump units sold (x1000) Wärmepumpenmarkt Europa Air source Ground source Sweden Germany France Austria Switzerland Finland Italy Norway UK Verkaufszahlen in Deutschland, Österreich und der Schweiz (nach Daten von LGWA, BWP, FWS) Austria Switzerland Germany Heat pump units sold (x1000) Verkaufszahlen WP Luft/Erde (nach Daten von EHPA)

30 Wärmepumpenmarkt Europa - Potential ,6 1,4 30 GSHP per capita GSHP per area 1,2 GSHP/person x ,0 0,8 0,6 0,4 GSHP/km2 5 0,2 0 Austria Finland France Germany Norway Sweden Switzerland 0,0 Bestehende erdgekoppelte WP im Jahr 2007 pro Kopf und pro Fläche (berechnet nach Daten von EHPA)

31 Erdgekoppelte Wärmepumpen - EU Wärmeproduktion aus geothermischen Quellen (tief und oberflächennah), nach den EGEC-Zielen 2009 und der EREC-Roadmap für EU Heat production (M toe) all Europe EU 27 (EREC roadmap)

32 Erdgekoppelte Wärmepumpe im Westen Europas Irland Glucksmann Gallery des University College Cork Grundwasser-Wärmepumpe mit Brunnen In buried valley -Aquifer Heizung, Kühlung und Luftfeuchteregelung für Kunstausstellung Brunnen Photo: Dunstar

33 Erdgekoppelte Wärmepumpe im Südosten Europas Ungarn Pannon GSM, Törökbalint 180 EWS je 100 m tief 1 MW Heizen und Kühlen Graphik und Photos: HGD kft