Mittwochgesellschaft Energie im Überfluss Energieversorgung Heute und in Zukunft

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1 Mittwochgesellschaft Energie im Überfluss Energieversorgung Heute und in Zukunft 25. Mai 2016 Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Wer sind wir? Hans Abicht AG mit den Töchtern Fäh & Zurfluh AG und Bogenschütz AG Unabhängige Ingenieur-Unternehmung im Bereich der Energie- und Gebäudetechnik 110 Mitarbeitende (Fachplaner-, HF- und FH-Abschlüsse) 6 Standorte: Zug, Aarau, Schwyz, Zürich, Altdorf, Basel Über 40 Jahre Erfahrung am Markt Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 1

2 Organigramm Hans Abicht AG Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Engineering Dienstleistungsumfang Solar GA Objektkategorien Dienstleistung + Verwaltung Gesundheit + Pflege Hochhäuser Infrastruktur + Energie Industrie + Gewerbe Chemie + Pharma Bildung + Sport Wohnen Einkaufszentren + Läden Hotellerie + Gastronomie Areale + Quartiere Nachhaltigkeit + Labels Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 2

3 Aktuelle Referenzen UNI Bern Limmattalspital Schlieren Gastro Social, Torfeld Aarau Mattenhof Kriens Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Energiekonzept Suurstoffi Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 3

4 Grundsatz Überlegung Energie Energie Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Energiekonzept Suurstoffi Energie = Anergie + Exergie Mit Exergie kann Arbeit verrichtet werden Hochwertig Bsp: Strom, Heisswasser, Dampf, gespeichert in Öl/Gas Mit Anergie kann keine Arbeit verrichtet werden Minderwertig und nahezu unbegrenzt Bsp: Niedertemperaturwärme (Umgebungsluft, Erdwärme, Grundwasser, Abwasser usw.) Ziel wird erreicht: Mit wenig Exergie und viel Anergie viel ENERGIE erzeugen Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 4

5 Lokale Übersicht Suurstoffi Westareal Ostareal BF3 S41 BFB BF2 BFC BF4 BFA BF5 BF1 Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Energiebezugsflächen (EBF) und Nutzungen Ostareal = m 2 Westareal = m 2 Total = m 2 Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 5

6 Energiekonzept - Grundlagen Vision Zero-Zero Keine CO2-Emissionen Keine zusätzlich zugeführte Energie Strategie «Sommerwärme gegen Winterkälte» Aktivierung des Erdreichs als saisonalen Speicher Einsatz von effizienten Wärmepumpen Niedertemperaturnetz mit dezentraler Wärmebereitstellung Elektrische Energieerzeugung durch solare Strahlung (Photovoltaik) Keine Brennstoffe zur Wärmebereitstellung Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Energiephasenverschiebung Winter Sommer Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 6

7 Energiebedarf - Suurstoffi Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Erdspeicher Geologische Eigenschaften Thermo Response Test (TRT) Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 7

8 Erdspeicher Erdspeicher 700 x 150m Stand März W/m 2 Wärmestrom aus dem Erdinnern ist vernachlässigbar Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Saisonale Energiespeicherung Q out [kwh] = Q in [kwh] Wärmeentzug (Wärmepumpe) Wärmeeinspeisung (Gebäudekühlung, Solar) Temperatur Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 8

9 Energieberechnung Wohnungsbau Verwaltungsbau Energie Stundenwerte Energie Monatswerte Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Technische Umsetzung Erdfeld Temperaturverhalten Sondenauslegung 8-16 C / 8 30 C Energiehaushalt nicht ausgeglichen Fallende Erdreichtemperatur Sondenflüssigkeit Wasser Vereisungsgefahr Verdampfer Quelle: Geowatt AG Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 9

10 Kompensationsvarianten Freecooling erhöhen Entwärmung Gebäude Technische Klimakälte Rückkühlung oder Rückwärmung Wärmeenergie einführen Zeitfenster beachten Thermische PV-Anlage Kühlung PV Module Elektrische Wirkungsgraderhöhung Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss PVT Hybrid Bilanzausgleich mit Hybrid-Kollektoren (PVT) Direkte Einbindung der PVT-Kollektoren als Wärmequelle Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 10

11 Kompensation durch thermische PV-Anlage Je höher die Temperatur Desto geringer die Spannung Desto geringer die Leistung Desto höher der Strom Effizienzsteigerung PV Temperatur senken Wirkungsgrad Strom steigt um 10% bei 25K tieferer PV Temperatur Leistung P = U * I Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Solare Energienutzung 14'000 Entspricht m2 nutzbare Dachfläche pro Energiebezugsfläche Kollektorfläche [m 2] 12'000 10'000 8'000 6'000 4'000 2' '204 BF Ost; 4'130 BF1; 865 BF3 & S41; 3'487 BF2 & 5; 2'722 noch nicht belegt belegt Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 11

12 Integrationskonzept Solarenergie Bestehende Häuser, pro Haus ein Solarlog S41, BF3, pro Haus ein Solarlog Ostarealentwicklung Tech-Net (Ethernet) Modbus Energiemesswerte Statusmeldungen Modbus Solarlog Solarlog RS-485 SMA-Protokoll RS-485 Solarmax-Protokoll Leistungsotimierer Tigo SMA- Wechselrichter Solarmax- Wechselrichter Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Übersicht Systemebenen Gebäudeautomation inkl. EMS Informationsebene div. Liegenschaften Planen, Optimieren Anzeigen, Analysieren Verbessern, Kontrollieren Managementebene Überwachen, Bedienen, Beobachten Alamieren, Optimieren Datenaufzeichnung, Archivierung Automationsebene Steuer- Regel- Überwachungsund Optimierungsfunktion Lastmanagement, E.Funktionen Feldebene Verbrauchsdaten, Globalstrahlung, Wetterstation Instrumentierung Raum Building Management System (BMS) Smart Grid Funktionalität Bedarfsmanagement: steuert u. regelt die Energieanwendung nach Vorgaben des Fahrplans, Tarif-Information Energy Management System (EMS) Energieplanung Energieeinkauf (Vorhersage) Lastmanagement Basisdaten Lastabwurf, Sperren u. Freigaben von Lasten Kontrollstrategien Produktion, Speicherung, Lastverschiebung, Optimierung Kunde/Prosumer (Einspeisung) Transparenz Energie-Verbrauchsdaten Energiedaten erfassen, Analyse, Reports Überwachen Grenzwerte, Benchmarking Grundlage für Optimierungsmassnahmen Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 12

13 Niedertemperaturnetz (Anergienetz) Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Technische Umsetzung - Erdsondeneinbindung 3 Sondenverteiler à 74 Sonden Auf Magerbeton erstellt Abgestufte Verteilbalken Materialisierung: HDPE Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 13

14 Niedertemperaturnetz (Anergienetz) Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Platzbedarf Erdsondenfelder Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 14

15 Monitoring Baufeld 2 und 5 Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Konzept Technik Heizbetrieb (Winter) SG PVT SG Bereitstellung Nutzenergie Kühlen Heizen BWW (Von Kaltspeicher) KW EWS BWW VW El. BWW NW WP BWW Solar Kalt- Speicher WP Heizung Warm- Speicher RK (Heizen & Kühlen) Erdspeicher 215 x 150m Erdspeicher 554 x 200m Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 15

16 Konzept Technik Kühlbetrieb (Sommer) SG PVT SG Bereitstellung Nutzenergie Kühlen Heizen BWW (Von Kaltspeicher) KW EWS BWW VW El. BWW NW WP BWW Solar Kalt- Speicher WP Heizung Warm- Speicher RK (Heizen & Kühlen) Erdspeicher 215 x 150m Erdspeicher 554 x 200m Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Ziel: Bilanzausgleich Q in [kwh] = Q out [kwh] Abwärme, Solar Gebäudekühlung Raumheizung, Warmwasser Erdspeicher Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 16

17 LW-Wärmepumpe als Spitzenlastdeckung SG L/W-WP El. Bilanzausgleich Reduktion der Erdsonden um 72 Stück (à 200m) Tm(22 C) Wärmepumpe JAZ = 7.5 Leistung [kw] Max. Heizleistung Spitzenlast Grundlast Erdspeicher Stunden [h/a] Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Vision Zero-Zero erreicht? Keine CO2-Emissionen Wird erreicht mit hohem Anteil an Umweltenergie Keine zusätzlich zugeführte Energie Stromertrag aus PVT auf Flachdächer wird 50% erreicht Zusätzlicher Stromertrag aus Fassaden würde nahezu 100% erreicht Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 17

18 Energiebilanz Strom Endenergie 4'000 3'500 3'000 2'500 MWh 2'000 1'500 1' '563 3' '805 2'739 1'758 Bedarf Deckung Netzstrom PV-Ertrag Hilfsenergie HLK WP-Strom Total Deckungsgrad Solar: 49% Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Wärmebilanz Erdspeicher (Anergie) MWh 8'000 7'000 6'000 5'000 4'000 3'000 2'000 1'000 7'115 7'115 1'827 2'905 1'950 5'288 2'260 Luft-WP Solar thermisch Abwärme/Kühlung Warmwasser Raumheizung Total 0 Entzug Eintrag Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 18

19 Wärmebilanz Erdspeicher (Anergie) Ökologische Betrachtung (Vgl. mit Biogas und KM) CO 2 -Ausstoss in Tonnen 1'400 1'200 1'000 CO2-Ausstoss System Suurstoffi 1'244 Biogas & KM Primärenergie Minergie kwh/m CO2-Ausstoss 21.9 System Suurstoffi 76.0 Biogas & KM Primärenergie eco-bau kwh/m System Suurstoffi 32.0 Biogas & KM Öläquivalent nach Minergie l/m l 7.0 l 6.0 l 5.0 l 4.0 l 3.0 l 2.0 l 1.0 l 0.0 l 2.1 l System Suurstoffi 7.2 l Biogas & KM Öläquivalent nach ecobau l/m l 3.0 l 2.5 l 2.0 l 1.5 l 1.0 l 0.5 l 0.0 l 1.3 l System Suurstoffi 3.0 l Biogas & KM Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Wärmegestehungskosten Gestehungskosten Sensitivitätsanalyse Fr./kWh % -32% 0% System Biogas & KM Suurstoffi Wärme und Kälteerzeugung Fr./kWh Amortisation Anergienetz & EWS: 40, 60, 80 J Amortisation GT Wärme 15, 20, 25 J Zinssatz 1.5, 2, 4% Kosten Leitung ±20% Kosten Sonden ±10% Kosten Gebäudetechnik ±20% Energiebedarf Wärme ±20% Energiebedarf Kälte ±40% Stromkosten ±20% Unterhaltskosten +1.0% Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 19

20 Energieverbund Zug Wärme- und Kälteerzeugung ab Seewasser Version vom Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Motivation für Energieverbund Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 20

21 Motivation: 2000-Watt-Gesellschaft KANTON ZUG AUSZUG AUS LEITBILD KT. ZUG DER KANTON ZUG WILL AUCH MIT SEINER ENERGIEPOLITIK DIE BALANCE ZWISCHEN WACHSTUM UND WAHRUNG NATÜRLICHER RESSOURCEN HALTEN. ER VERLANGT EINE SICHERE VERSORGUNG MIT ELEKTRIZITÄT UND EINEN DEUTLICH STEIGENDEN ANTEIL ERNEUERBARER ENERGIEN BEI DEN ENERGIETRÄGERN. ENERGIE MUSS WIRKSAMER EINGESETZT WERDEN, DER ENERGIEBEDARF SOLL INSGESAMT SINKEN. STADT ZUG DIE BEVÖLKERUNG DER STADT ZUG HAT AM 15. MAI 2011 DEN ZIELEN FÜR EINE 2000-WATT-GESELLSCHAFT ZUGESTIMMT. DER STADTRAT LIESS DURCH DIE UMWELT UND ENERGIEKOMMISSION MASSNAHMEN IM BEREICH WÄRME, ELEKTRO, VERKEHR UND KOMMUNIKATION ERSTELLEN. IM BEREICH WÄRME IST DAS VORLIEGENDE KONZEPT MIT DEM ENERGIEVERBUNDSYSTEM EINE STARK GEWICHTETE MASSNAHME. Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Motivation: Fokus Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 21

22 Motivation für Energieverbund Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Herausforderung: Definition von technischen Vorgaben -> Leistungsdefinition Feuerungskontrolle Nutzungszonen heute Nutzungszonen verdichtet Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 22

23 Grundkonzept Nutzung hohes Temperaturniveau von Tiefengrundwasser 14 C für Wärme Nutzung Seewassertemp. 4 C bis 7 C für Kälte Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Herausforderungen: Auswirkungen auf See Auswirkungen auf den See Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 23

24 Herausforderungen: Wirtschaftlichkeit Wirtschaftlichkeit Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Herausforderungen: Ausbauetappen Wirtschaftlichkeit Deckung mit Gas P WP MW P_nenn Kostenentwicklung der drei Ausbaustufen: Nennleistung 12 MW, WP-Leistung 8.1 MW Nennleistung 18 MW, WP-Leistung 8.1 MW Nennleistung 18 MW, WP-Leistung 10.8 MW 1. Ausbau Stufe 2. Ausbau Stufe Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 24

25 Herausforderungen: Platz für Standort Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Zentralenstandorte Kritisches Element Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 25

26 Zentralen Platzbedarf innerhalb Zentrale Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss Kontakt Elmar Fischer COO Hans Abicht AG Dipl. Ing. FH SIA HLK VR / Partner e.fischer@abicht.ch Hans Abicht AG Industriestrasse Zug Telefon: Direkt: Natel: Folie Mittwochsgesellschaft Energie im Überfluss 26