GEOTHERMIEZENTRUM Bochum

Transkript

1 Beispiele für Heizen und Kühlen mit oberflächennaher h Geothermie sowie Wirtschaftlichkeit und Amortisation von Erdwärmeanlagen Gregor Bussmann Timm Eicker Rolf Bracke GeothermieZentrum, Lennershofstraße 140, 44801

2 Geothermisches Heizen und Kühlen Erdwärmesonden-gekoppelte Geothermieanlage zur kombinierten Wärme- und Kälteversorgung mit optimierter Dimensionierung Untergrund dient als Wärmespeicher, dem in der kalten Jahreszeit Wärme und in der warmen Jahreszeit Kälte entzogen wird

3 Bürogebäude Dortmund Bürofläche: qm Heizlast: 83,6 kw Kühllast: 94,6 kw

4 Energieversorgung Temperierung (Heizen/Kühlen) über eine Kombination aus Betonkernaktivierung und Randsegeln System-Vorlauftemperaturen Heizen und Kühlen ideal für Geothermie Hohe Jahresarbeitszahlen beim Heizen Direct Cooling möglich [MWh] Optimale Voraussetzung für monovalente Geothermie [MWh] Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Wärmeenergie 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Kühlenergie Lastverteilung Heizen Lastverteilung Kühlen

5 Dimensionierung Erdwärmesondenfeld tiefen- / last- / laufzeitabhängige numerische Wärmetransport- und Entzugssimulation auf Basis der ermittelten geologischen g Daten Positiv: Art der Heiz- und Kühlsysteme Negativ: stark beschränktes Platzdargebot Ziel: Optimierung des Sondenfeldes möglichst hoher Anteil Geothermie möglichst hohe geothermische Ergiebigkeit (kwh/ma)

6 Szenarien der Geothermieversorgung Variation der Sondentiefen von m Variation der Sondenabstände von 6 9 m Zwei mögliche Szenarien zur Deckung der gesamten Heizlast und Kühllast (Direct Cooling) A) 17 Sonden mit 6,0 m Abstand und 114 m Tiefe B) 12 Sonden mit 7,5 m Abstand und 144 m Tiefe

7 Simulationsergebnisse minimal zu erwartende Soletemperatur bei Spitzenlast Heizen von -1 C im 25. Jahr. maximal zu erwartende Soletemperatur bei Spitzenlast Kühlen bei 18 C bzw. 19,5 C im 2. Jahr. Möglicher Anteil Direct Cooling anfangs nur 79,3 bzw. 92,8 % 20 Verlauf der minimalen und maximalen Soletempera- turen über 25 Jahre (Variante A 17*114 m) Solete emperatur [ C] Spitzenlast Heizen Spitzenlast Kühlen Grundlast Heizen Grundlast Kühlen

8 Simulationsergebnisse Vergleichsweise geringe geothermische Ergiebigkeiten aufgrund geringer Sondenabstände und Abdeckung der Spitzenlasten Vorzugsvariante B

9 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung GEOTHERMIEZENTRUM Wirtschaftlichkeitsanalyse auf Basis der VDI 2067 mittels Annuitätenmethode Kostenvergleich Konventionelle o eemonovalente o ae eversorgung, esogu g, wobei 100%des Wärmebedarfs über Gas und 100 % des Kältebedarfes über elektrische Kältemaschinen gedeckt wird. Geothermische Versorgung, wobei jeweils 100 % des Wärmeund Kältebedarfes durch Geothermie gedeckt wird (2 Sondenfeld-Szenarien)

10 Investitionskosten 1.) Mehrkosten durch Erdsondenfeld (Bohrung, Sonde, Soleveteilung): A) 17 Sonden: 115 T netto B) 12 Sonden: 97 T netto 2.) Keine Mehrkosten durch Wärmepumpe, da Sowieso-Kosten (Kältemaschine = Wärmepumpe) 3.) Mehrkosten bei Gasversorgung (Kessel, Gasanschluss, Abgasführung): ca. 18 T netto 4.) Mehrkosten für Geothermiezentrale (Regelung, Bypass Direct Cooling, Pufferspeicher, Soleanbindung): 9 T netto 5.) Geothermie-Förderung von 10 % bei KMU durch BAFA Mehrkosten Geothermie A) 17 Sonden: 92 T netto B) 12 Sonden: 77 T netto

11 Verbrauchsgebundene Kosten Fall Heizen ( KWh Wärmebedarf pro Jahr) a) Gasversorgung: /a netto GEOTHERMIEZENTRUM b) Geothermie mit ca KWh/a Strombedarf für Wärmepumpe und Soleumwälzpumpe (JAZ = 4,5) : /a netto Fall Kühlen ( KWh Kühlbedarf pro Jahr) a) elektr. Kältemaschine (JAZ = 3,2): / a netto b) Geothermie (Direct Cooling) mit ca. 500 KWh/a Strombedarf für Soleumwälzpumpe: 65 /a netto

12 Jahresgesamtkosten Kostenart Einheit Gas/elektr. Kältemasch. Kapitalgebun- dene Kosten Betriebsgebundene Kosten Geothermie mit 12 Sonden Euro/a Euro/a Energiekosten Euro/a Heizen Energiekosten Kühlen Euro/a Gesamtkosten Euro/a Kosten Heizen Ct/KWh 7,1 8,2 8,7 Kosten Kühlen Ct/KWh 13,7 4,8 5,3 Geothermie mit 17 Sonden

13 Ergebnis Geothermie ist im monovalenten Fall eine wirtschaftliche Alternative Mehrkosten für das Erdsondenfeld zur Abdeckung von Spitzenlasten wird insbesondere durch das kostenneutrale Direct Cooling mehr als ausgeglichen. Bei Einzelbetrachtung Heizfall ist die Gasbrennwerttechnik auf Grundlage der aktuellen Energiepreise deutlich günstiger als die Wärmepumpentechnik, aber 1.) EEWärmeG erfordert Einsatz von regenerativen Energien 2.) Ab einem Anstieg der Energiepreise um ca. 40 % (Gas und Strom) ist die Geothermie wirtschaftlicher

14 exzenterhaus bochum Exzenterhaus bochum GmbH & Co. KG

15 Fundament: Hochbunker Bauj GERHARD SPANGENBERG ARCHITEKT

16 Energieversorgung Geothermische Maximal- lösung mit 90 Erdsonden a 150 m mit Abstand 6 m deckt nur 515 MWh/a Platzdargebot für Vollversorgung nicht ausreichend

17 Konzept Bivalente Energieversorgung Bivalentes Kühlen und Heizen Geothermie deckt jeweils die Grundlast

18 Heizen [MWh] Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Grundlast Geothermie Wärmebedarf System Heizleistung Wärmequelle Betonkerntemperierung 3 x 39 Erdreich Lüftungsanlage Vorerhitzung 3 x 46 Erdreich Nacherhitzung 3 x 50 Fernwärme Statische Heizkörper 3 x 80 Fernwärme

19 Kühlen [MWh] Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Grundlast Geothermie Kühlbedarf System Kühlleistung Quelle Betonkerntemperierung 3 x 55 Lüftungsanlage Vorkühlung 3 x 38 Nachkühlung 3 x 39 Serverkühlung 3 x 10 Erdreich / Direct Cooling Wärmepumpe/ Erdreich Wärmepumpe/ Rückkühlwerk Wärmepumpe/ Erdreich

20 Dimensionierung Erdwärmesondenfeld Tiefen- / last- / laufzeitabhängige numerische Wärmetransportund Entzugssimulation auf Basis der ermittelten Geologie Ziel: Optimierung des Sondenfeldes: Deckung des Grundlastanteil im Heizfall möglichst hoher Anteil geothermisches e es Kühlen Möglichst hohe geothermische Ergiebigkeit (kwh/m a) Tiefenvariation m

21 Simulationsergebnisse Optimierte Sondenfeldvariante 30 x 130 m

22 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Kostenvergleich Monovalent (Fernwärme/elektr. Kältemaschine) Bivalent unter Einsatz Geothermie GEOTHERMIEZENTRUM INVESTIONSKOSTEN 1.) Mehrkosten durch Erdsondenfeld 30 x 130 m (Bohrung, Sonde, Soleveteilung): 250 T netto 2.) Sonstige Anlagen-Kosten bei Geothermie-Variante geringer, da Sowiesokosten für Wärmepumpe (= Kältemaschine) Reduzierung Leistung der Kältemaschinen bei Direct Cooling Reduzierung Anschlussleistung der Fernwärme um ca. 50 % Summe Mehrkosten Geothermie 240 T netto ohne Förderung 200 T netto mit Förderung

23 Jahresgesamtkosten Kostenart Einheit monovalent Bivalent Geothermie Kapitalgebundene Euro/a Kosten Betriebsgebundene Kosten Energiekosten Heizen Euro/a Euro/a Energiekosten Euro/a Kühlen Gesamtkosten Euro/a Gesamtkosten Ct/KWh 6,63 6,13

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25 Fazit Kombination aus geothermischen Heizen und Kühlen i.d.r. immer wirtschaftlich darstellbar Voraussetzung: Optimierte Auslegung der Erdsondenfelder Anpassung der Sondenfelder an das Platzdargebot Wahl der höchsten geothermischen Ergiebigkeiten durch Variation Sondentiefe und -abstand auf Basis der Geologie Geothermische Versorgung besonders effizienter Energie-Verteils- Systeme mit entsprechenden Systemvorlauftemperaturen (hohe JAZ)

26 Vielen Dank