Projekte des SPF zur Energiestrategie 2050 Beispiel Solarwärme und Eisspeicher

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1 Projekte des SPF zur Energiestrategie 2050 Beispiel Solarwärme und Eisspeicher Prof. Matthias Rommel SPF Institut für Solartechnik

2 Institut für Solartechnik ( Kompetenzzentrum für Solarenergie seit über 30 Jahren. Momentan etwa 40 festangestellte Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker Nationale und internationale af&e-projekte Momentan Beteiligung an fünf EU-Projekten Mitarbeit in zwei SCCERs (Swiss Competence Centers for Energy Research) Langzeit-Wärmespeicher (SCCER3) Prozesswärmenutzung in industriellen Prozessen (SCCER1) 2

3 Swiss Competence Centers for Energy Research SCCER Die SCCER sollen jene Innovationen fördern, die für die nachhaltige Umsetzung der Energiestrategie 2050 nötig sind. Sie haben damit die Aufgabe, Lösungen zu technischen, gesellschaftlichen sowie politischen Problemstellungen zu finden, welche durch die Energiewende entstehen. 1. Effizienz 2. Netze und ihre Komponenten, Energiesysteme 3. Speicherung 4. Strombereitstellung; Bereitstellung elektrischer Energie 5. Ökonomie, Umwelt, Recht, Verhalten 6. Effiziente Konzepte, Prozesse und Komponenten in der Mobilität 7. Biomasse 3

4 Motivation für die Entwicklung des Heizsystems Endenergieverbrauch Schweiz 2012: Wärme dominiert den Schweizer Endenergieverbrauch Quelle: BFE 2014 Erdgas Quelle: FWS 2014 Hocheffiziente Wärmepumpen-Heizungen nötig um den Anstieg des Stromverbrauchs in Grenzen zu halten! 4

5 Eisspeicher als alternative Wärmequelle für Wärmepumpen System-Jahresarbeitszahl: ä ä Elektrizität Wärme pumpe Solarkollektoren Aussenluft Erdwärme Eisspeicher JAZ Sys < 2.7 JAZ Sys < 3.5 JAZ Eisspeicher Sys =? Quelle: BFE, FAWA-Studie

6 Eisspeicher in den Medien 6

7 Eisspeicher: Funktionsprinzip und Eigenschaften Eisspeicher machen die Phasenwechselwärme des Wassers bei 0 C nutzbar Eigenschaften: Hohe Speicherkapazität Regeneration durch Solarwärme oder Abwärme Keine Umweltauswirkungen wie: Luft-WP: Geräusche, Ästhetik Erdsonde: Risiko durch Bohrung Möglichkeit zur Kühlung 7

8 Innovation: enteisbare Wärmeübertrager-Platten Regeneration der Übertragungsleistung Quelltemperatur nahe 0 C bei Eisbildung Geringe Übertragerfläche nötig geringer Materialaufwand / geringer Montageaufwand Blick durch seitliches Fenster in den Versuchs-Eisspeicher im SPF-Labor während Enteisung: Vereister Wärmeübertrager Eis von vorheriger Enteisung Bereits eisfreier Wärmeübertrager 8

9 Pilotanlage mit Eisspeicher in Rapperswil Altbau aus 60er-Jahren mit 35 MWh Heizenergiebedarf pro Jahr, 360 m 2 Energiebezugsfläche Radiatoren mit hohen Vorlauftemperaturen 9

10 Systemschema der Pilotanlage Systemvergleiche und Auslegung mit Computer-Simulationen Wasser-Eisspeicher wird beladen durch abgedeckte und nicht-abgedeckte Kollektoren Wasser-Eisspeicher liefert Wärme an Pufferspeicher und an Wärmepumpe 10

11 Pilotanlage: Kollektorfelder 50 m 2 abgedeckte Sonnenkollektoren auf 3 Flachdächern Kollektoren hermetisch dicht für Betrieb unter Taupunkt 17 m 2 unabgedeckte Sonnenkollektoren an der Fassade 11

12 Pilotanlage: Eisspeicher und JAZ Ortsbeton-Eisspeicher mit 75 m 3 Wasserinhalt Speicher erdvergraben ohne Dämmung der unteren Hälfte Anlage läuft erfolgreich seit 1½ Wintern Gemessene JAZ Sys :

13 Ergebnis Pilotanlage und Ausblick Altbau: Pilotanlage mit Stromeinsparung von 33% - 50% (Erdsonden / Luft-WP) Neubau: Simulationen der Pilotanlage ergeben JAZ Sys > 6 Kosten: Investitionskosten im Bereich von Erdsonden-Anlagen möglich Ausblick / Markt: «Null-Serie» der EWJR-Anlage soll 2015 realisiert werden Aktuell: neuer Markt mit wenigen Anbietern und mit einigem Forschungs- und Entwicklungsbedarf BFE-Studie mit Politikempfehlungen zu Eisspeicher-Systemen Herbst

14 Zusammenfassung Wärme ist die dominierende Endenergie in der Schweiz : Zubau von Wärmepumpen hat starke Auswirkung auf CH-Stromverbrauch Nur sehr effiziente Wärmepumpen-Systeme sollten eingesetzt werden: Kombination mit Solarwärme kann den Stromverbrauch stark senken Solarwärme kann einen grossen Beitrag zur Wärmeversorgung leisten sowohl mit als auch ohne Wärmepumpe 14

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Die Arbeiten zu Eisspeichern werden unterstützt durch: 15