Einführung in das Wärmekonzept Tropenhaus Frutigen (THF)

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1 Einführung in das Wärmekonzept Tropenhaus Frutigen (THF) Vortrag im Rahmen VERA vom Autor Andreas Rieben Dipl. HLK Ing. HTL Projektingenieur i.a. der BKW-Gruppe für das THF Einführung - Energiekonzept THF/Seite 1

2 Themen Die Entstehungsgeschichte des Projektes THF Die Herausforderungen bei der Umsetzung des Wärmekonzepts Der Weg vom Wärmekonzept zum BKW-Energiepark Kennzahlen zum BKW Energiepark Sanfte Klimatisierung Einige Überlegungen zur Nachhaltigkeit Überwachung und Regulierungsmöglichkeit der Erwärmung der Kander Einführung - Energiekonzept THF/Seite 2

3 Die Entstehungsgeschichte: die NEAT hat eine Herausforderung geschaffen Die Herausforderung bestand darin, dass das warme Bergwasser, welches im Tunnel drainiert wird, nicht ohne Abkühlung in die Kander geleitet werden darf. Die Auflage des Kantons besagt, dass das etwa Grad Celsius warme Bergwasser die Kander nicht mehr als 0.5 Kelvin erwärmen darf. Zu Beginn des Projektes musste mit ca. 200 Liter pro Sekunde gerechnet werden. Zielsetzung war, die Wärme des Bergwassers energetisch sinnvoll zu nutzen. Die Frage war nur, wie und wofür. Einführung - Energiekonzept THF/Seite 3

4 Die Projektidee, der Lösungsansatz Findige Köpfe unter der Leitung von Dr. Peter Hufschmied initialisierten das Projekt Tropenhaus mit Aquakultur Frutigen. Sie suchten und fanden in der BKW-FMB Energie AG (Dr. Martin Pfisterer und Fritz Mühlethaler) den strategischen Energiepartner, mit welchem sie das Projekt im Energiebereich weiterentwickeln konnten. Die grüne Wiese Die Projektskizze Einführung - Energiekonzept THF/Seite 4

5 Die Systemüberlegung Einführung - Energiekonzept THF/Seite 5

6 Das Projekt Tropenhaus Frutigen Einführung - Energiekonzept THF/Seite 6

7 Überlegungen zur Energieversorgung Stromproduktion ARA Vergärung PV-Anlage Kleinwasser- Kraft Wärme- Kältequellen Lötschbergtunnel Wärmeversorgung Grundwasser Fw Bärtschi (Holzschnitzel) Spitzenlast 300 kw Thermalwasserleitung Wärmepumpe Fernwärme Versorgungssicherheit (Oel) Solarthermie Tropenhaus AG Tropenhaus mit Gastro Aquarium Haustechnik Heizung Klima Wandfluh (1 000 kw) Versorgungssicherheit Besucherzentrum Lüftung Sanitär Elektro Solarthermie für BWW Turbiniertes Trinkwasser (aus Überschuss) Kälteversorgung Trinkasser aus Überschuss Grundwasser Weitere Wärmebezüger Einführung - Energiekonzept THF/Seite 7

8 Ein Energiekonzept wurde nötig Herausforderung: Im Jahr 2004 musste man noch davon ausgehen, dass alle Möglichkeiten zur Abkühlung der rund 200 Liter Bergwasser pro Sekunde zu nutzen sind, damit die Einleitbedingungen in die Kander gewährleistet werden können. Ziel: Überschusswärme energetisch möglichst sinnvoll vernichten. Konsequenz: mit dem warmen Bergwasser sollte das Gewächshausdach berieselt werden. Dadurch sollte sich das Wasser zusätzlich abkühlen und der Gewächshaushülle durch diesen Effekt zu einem sensationellen U-Wert (geringer Wärmeverlust) bei tiefen Investitionskosten verhelfen. Eine Win-Win Situation! Einführung - Energiekonzept THF/Seite 8

9 Das Energiekonzept musste angepasst werden Als die Bergwassermenge korrekt gemessen werden konnte, war diese deutlich geringer als prognostiziert. Sie hat sich zwischenzeitlich bei 60 bis 80 Litern pro Sekunde eingependelt, was immer noch eine grosse Wärmemenge bedeutet, welche es sinnvoll zu nutzen gilt. Überschusswärme gibt es keine mehr! Konsequenzen: das Bergwasser muss nun energieeffizient genutzt werden. Zuerst für die wärmeliebenden Fische auf dem Temperaturniveau von ca C. Anschliessend wir d dem nun auf ca. 15 C abgekühlten Bergwasser mittels der Wär mepumpe weiter Wärme entzogen (6 Kelvin). Die so produzierte Wärme auf dem Niveau von ca. 55 C kann nun für die Beheizung des Nahwärmeverbunds Frutigen eingesetzt werden. Für die Bauherrschaft Tropenhaus Frutigen bedeutet der notwendige Verzicht auf die Gewächshausberieselung ein erhöhter Wärmeleistungsbedarf, welcher nun durch die Wärmepumpen mit erhöhten Kosten gedeckt werden muss. Einführung - Energiekonzept THF/Seite 9

10 Der BKW-Energiepark entsteht Gemeinsam mit dem strategischen Energiepartner hat die Tropenhaus Frutigen AG den BKW- Energiepark ins Leben gerufen und weiterentwickelt. Es sollen möglichst alle Technologien der neuen erneuerbaren Energien der Öffentlichkeit im Einsatz gezeigt werden können. Wo dies nicht möglich oder sinnvoll ist, wird mit Exponaten auf die Technologie hingewiesen. Im Umfang BKW-Energiepark sind: Photovoltaik auf dem Betriebsgebäude (Strom) Kleinwasserkraftwerk aus Überschusstrinkwasser Frutigen (Strom) Solarthermie (Warmwasser für den Gastrobereich) Wärmepumpen mit Bergwasser (Geothermie für NWV THF) Eine Biogasanlage (Strom und Abwärme) im Kanderspitz (bei ARA) Als Exponat ein Windkraftflügel (Strom) Einführung - Energiekonzept THF/Seite 10

11 Vom Wärmekonzept zum BKW-Energiepark Einführung - Energiekonzept THF/Seite 11

12 Das Wärmekonzept Der Nahwärmeverbund Tropenhaus Frutigen Die beiden Wärmepumpen mit einer Gesamtwärmeleistung von ca. 1'000 kw versorgen einerseits das Tropenhaus Frutigen, andererseits den Nahwärmeverbund mit Gebäude der Wandfluh Produktions AG und der BLS. Dank des warmen Bergwassers als Wärmequelle können mit einer kwh Strom 4 bis 5 kwh Heizwärme erzeugt werden. Der Wärmeverbund wird mit einer Wärmelieferleistung von 300 kw aus einem benachbarten Fernwärmeverbund (Schnitzelholzfeuerung) der Firma Bärtschi AG CO2-frei ergänzt. Als Versorgungssicherheit (bei Ausfall der Wärmepumpen) dient ein Oel-Heizkessel mit einer Wärmeleistung von kw im Gebäude der Wandfluh Produktions AG. Dieser wird nur wenige Stunden pro Jahr eingesetzt. Einführung - Energiekonzept THF/Seite 12

13 Wärmepumpen im Tropenhaus Der Nahwärmeverbund und die Gewächshäuser benötigen eine für Wärmepumpen relativ hohe Vorlauftemperatur von bis zu 55 C. Um trotzdem eine hohe Energieeffizienz (Leistungszahl >4 kwh Wärme pro kwh Strom) zu erreichen, wird die Heizwärme für das Minergiegebäude in Flüssigkeitsunterkühlern nach dem Verflüssiger auf tieferem Temperaturniveau ausgekoppelt, ohne dass dadurch die Stromaufnahme zunimmt. 1) Kondensator 2) Unterkühler 3) Drossel 4) Verdampfer 5) Kompressor Einführung - Energiekonzept THF/Seite 13

14 Kennzahlen zum BKW Energiepark Energieproduktion im THF Jahresproduktion in MWh Photovoltaik Kleinwasserkraftwerk Biogasanlage (IBN Dez. 2011) Total Stromproduktion Jährlicher Verbrauch einer 4-köpfigen Familie Solarthermie Biogasanlage Wärmepumpen Total Wärmeproduktion Jährlicher Verbrauch eines 140m2 Minergiehauses Einführung - Energiekonzept THF/Seite MWh / a 100 MWh / a 350 MWh / a 480 MWh / a ca. 3 MWh / a Fazit: Die Stromproduktion reicht für 160 Familien 14 MWh /a 110 MWh / a MWh /a MWh / a ca MWh / a Merke: reicht für ca. 360 Häuser

15 Sanfte Klimatisierung mit wenig Energie und begrenzten Möglichkeiten Sanfte Klimatisierung von Seminar- und Ausstellungsräumen sowie des Restaurants während der Sommermonate durch turbiniertes Wasser Mittel: Turbinenanlage eines Kleinwasserkraftwerks / im Eingangsbereich des THF einsehbar Betrieb der Anlage durch überschüssiges Trinkwasser aus Reservoirs oberhalb Frutigen Kein Einsatz von Kältemaschinen Foto: Tropenhaus Frutigen AG Michel Roggo Einführung - Energiekonzept THF/Seite 15

16 Einige Überlegungen zur Nachhaltigkeit Das Tropenhaus Frutigen mit seinen strategischen Partnern (Coop Ernährung und BKW Energie) ist nicht nur aufgrund seines Konzepts innovativ, sondern aufgrund dessen Umsetzung auch nachhaltig. Natürliche Ressourcen werden effizient genutzt, die Erhaltung der Artenvielfalt unterstützt und neue Arbeitsplätze in einer Berg- und Tourismusregion geschaffen. Früchte Geothermie Fisch (Stör) und Kaviar Sonnenenergie Einführung - Energiekonzept THF/Seite 16 Foto Störe: Tropenhaus Frutigen AG Michel Roggo; Jobst Willers Engineering AG

17 Überwachung und Regulierungsmöglichkeit der Erwärmung der Kander Automatische Kontrolle von Volumenstrom und Wassertemperatur durch drei Messstellen (AWA /2 sowie THF/1) Alarmierung der BLS Einsatzzentrale durch das THF bei Überschreitung des zulässigen Wassererwärmungswerts Überleitung von Bergwasser durch das Bergwasserpumpwerk der BLS via Tunnelsüdportal in die Rhone Bis heute war noch keine Überleitung erforderlich. Einführung - Energiekonzept THF/Seite 17

18 Fragen und Antworten? Vielen Dank für Ihr Interesse und Ihre Aufmerksamkeit! Einführung - Energiekonzept THF/Seite 18