Geothermie Wärme gewinnen, aber auch speichern

Transkript

1 Geothermie Wärme gewinnen, aber auch speichern Frank Kabus - Geothermie Neubrandenburg GmbH Hotspot Hannover: Geothermie Durch Innovation zur Wirtschaftlichkeit 30. Oktober 2008

2 Inhalt Notwendigkeit der Wärme-/Kältespeicherung Verfahren der Speicherung Geologische Voraussetzungen Praktische Beispiele - Rostock-Brinckmanshöhe - Bundesbauten im Spreebogen Berlin - Neubrandenburg

3 Untertägige Wärme- und Kältespeicherung 1 0,8 0,6 Heizung/Solar 0,4 0,2 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Ene 1 0,8 0,6 Kühlung/Außenluft 0,4 0,2 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Ene 1 Heizung/Abwärme Stromerzeugung 0,8 0,6 0,4 Energiebedarf System 1 0,2 Energieüberschuß System 2 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Ene Beispiele für Bedarfs-/Überschussszenarien

4 Verfahren Sommer Winter Funktionsprinzip eines Aquifer-Wärmespeichers

5 Geologische Voraussetzungen - Maximale Teufe von ca m (Teufen bis 200 m werden gegenwärtig aus Kostengründen favorisiert) - Gespannte Grundwasserströmung - Maximale effektive Speichermächtigkeit ca. 30 m - Homogene Aquiferstruktur - Geringe Grundwasserströmung/genaue Kenntnis - Chemische Zusammensetzung des Speicherwassers (Wärmeträger) und der Matrix dürfen bei p,t-änderung nicht zu Problemen bei der Reinjektion führen - Keine Interferenzen/Qualitätsbeeinträchtigungen von Grundwasserfassungen

6 Geologische Voraussetzungen Verbreitung potenzieller Aquifere für die Speicherung

7 Projekte Standort Neubrandenburg Rostock- Brinckmanshöhe Bauten des Deutschen Bundestages in Berlin Geologische Formation Quartär Hettang Quartär Oberer Postera Tiefe 13m-27m 285m-315m 30m-60m 1234m-1274m Porosität ~20% 30% ~30% 25% Permeabilität 8 µm² 2,8 4,2 µm² >1 µm² >1 µm² Mineralisation Frischwasser 29 g/l Frischwasser 133 g/l Speichertemperatur (initial) 10 C 19 C 10 C 54 C Hydrogeologische Parameter der Beispielprojekte

8 Projekte Standort Neubrandenburg Rostock- Brinckmanshöhe Bauten des Deutschen Bundestages in Berlin Inbetriebnahme Gestaltung Dublette Dublette 2*5 Bohrungen Dublette max. Mengenstrom 15 m³/h 100 m³/h 300 m³/h 100 m³/h Speichertemperatur 50 C 70 C 5 C 80 C angeschlossene Nennlast 0.25 MW 12.5 MW 7.0 MW (Kälte) 12 MW Betriebsparameter der Beispielprojekte

9 Konzept - Wohnpark Helios Rostock-Brinkmannshöhe

10 Rostock-Brinkmannshöhe Solare Wärmeerzeugung Wärmebedarf Jan Jan Dez Dez Speicher 38 % 32 % 30 % solare Wärme - direkt solare Wärme - Speicher konventionelle Zusatzheizung Wärmebedarf/-überschuss

11 m u. GOK (NN 0.00) Rostock-Brinkmannshöhe Mu ms, fs, u' Lg, U, fs ms, fs, gs' (kve) ms, fs, u' 0.40 S, Mu, h Lg, s Lg, U, ms, fs ms, gs, fs Lg, U, s, g X Mg, u, s ms, fs Mg, U, s, t, g ms, fs (kve) ms, fs fg, mg, gs fs, u, ms' fg, gs, ms (kve) fs, u, ms' (kve) fs, u, ms' fs, u (kve) fs, u fs, u ms, fs Mg, u, s Erkundungsbohrung Aquiferspeicher Rostock ET Mg, U, s' ms, u, fs Mg, U, s' fs, u ET ms, fs

12 Rostock-Brinkmannshöhe Kollektordächer in der Bauphase Außenansicht des Kellers der warmen Bohrung

13 Realisiertes Projekt - Wohnpark Helios Rostock-Brinkmannshöhe

14 Bundesbauten im Spreebogen Berlin

15 Bundesbauten im Spreebogen Berlin Jakob-Kaiser-Haus Marie-Elisabeth-Lüders-Haus Paul-Löbe-Haus Reichstagsgebäude Leistung in kw Elektrizität Wärme Kälte Leistungsbedarf (Planzahlen) der Gebäude

16 Energetischer Vorteil eines Wärmespeichers Bundesbauten im Spreebogen Berlin

17 Aquiferspeicher im Berliner Spreebogen Bundesbauten im Spreebogen Berlin

18 QUARTÄR MIOZÄN (Quarzsandgruppe) MIOZÄN - OBEROLIGOZÄN (Cottbuser Schichten) Bundesbauten im Spreebogen Berlin MITTELOLIGOZÄN (Rupel) Legende : Tiefe (m unter Gelände) PLIENSBACH OBERSINEMUR HETTANG UNTERSINEMUR Sand Sandstein Silt Siltstein Ton TRILETES SCHICHTEN CONTORTA SCHICHTEN Tonstein Kies Geschiebemergel 500 POSTERA SCHICHTEN Dolomitmergelstein, Kalkmergelstein Kältespeicher 519 Wärmespeicher BASISDOLOMIT Endteufe 559,75 Geologisches Profil am Standort Berlin-Spreebogen

19 Bundesbauten im Spreebogen Berlin Blockheizkraftwerk Kühlturm Blockheizkraftwerk Kühlturm Stromverbund Wärmeverbund 110 C Stromverbund Wärmeverbund 110 C Absorber Absorber 90 C/60 C 45 C/30 C 6 C/12 C 16 C/19 C Kältespeicher (Abkühlung bis auf 5 C) 10 C C Kältespeicher (Aufheizung von 5 C an) max. 30 C Wärmespeicher 65 C C Wärmespeicher max. 70 C Wärmeströme im Winterbetrieb Wärmeströme im Sommerbetrieb Energieströme im Energiesystem der Parlamentsbauten

20 Bundesbauten im Spreebogen Berlin

21 Bundesbauten im Spreebogen Berlin Strom Wärme Kälte 82% 90% 60% vom BHKW vom BHKW vom Kältespeicher Anteile von BHKW und Aquiferspeicher an der Energieerzeugung

22 Installation warme Bohrung - Wärmespeicher Bundesbauten im Spreebogen Berlin

23 Bundesbauten im Spreebogen Berlin Temperaturverteilung Temperaturverteilung November November Temperaturverteilung Temperaturverteilung Februar Februar m 300 m 600 m Temperatur in C Beginn Rückfördern Rückfördertemperatur gemessen Rückfördertemperatur Modell Tage seit Betriebsbeginn m Numerisches Modell: Validierung

24 Neubrandenburg Geothermische Heizzentrale und Niedertemperaturnetz (12 MW, 80 C / 45 C) Gas- und Dampfturbinen- Kraftwerk (77 MW elektrisch, 90 MW thermisch) und Hochtemperaturnetz (200 MW, 130 C / 60 C) Fernwärmenetze der Neubrandenburger Stadtwerke GmbH

25 Neubrandenburg heat demand, MWh/h shifting of heat surplus heat in summer Jan Feb Jun Jul Aug Dec 0 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 Charakteristik des Energiebedarfs von Neubrandenburg

26 Neubrandenburg Geologische Formation Oberer Postera-Sandstein Teufe 1,228 m 1,268 m Reservoirtemperatur 55 C Mineralisation 135 g/l Porosität 26.6 % Permeabilität 0.94 µm µm 2 Parameter der geothermischen Ressource

27 Neubrandenburg Sommer Hochtemperaturnetz Niedertemperaturnetz kalte Bohrung warme Bohrung Prinzipschema

28 Neubrandenburg Winter Hochtemperaturnetz Niedertemperaturnetz kalte Bohrung warme Bohrung Prinzipschema

29 Neubrandenburg Bohrungszahl 2 Bohrungsabstand m Förder- und Injektionsmengenstrom 100 m³/h Injektionstemperatur 80 C Entnahmetemperatur (nach 5 Jahren) 78 C 72 C Betriebsparameter (entsprechend der Planung)

30 Neubrandenburg Wärmemenge [MWh/Monat] Kessel Kraftwerksabwärme Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz ohne Speicherung Wärmemenge [MWh/Monat] Einspeichern Kessel Ausspeichern Kraftwerksabwärme Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz mit Speicherung Bedarfsdeckung im Netz Rostocker Straße (Planung)

31 50,3% Neubrandenburg Kraftwerksabwärme Kessel 47,7% 2,5% 49,7% ohne Speicherung Kraftwerksabwärme Ausspeichern Kessel 49,7% mit Speicherung Anteile an der Bedarfsdeckung (Planung)

32 Neubrandenburg Rückgewinnungskoeffizient 72 % Wärmemenge [MWh/Monat] Einspeichern Ausspeichern Wärmerückgewinnungskoeffizient (Planung)

33 Kopf der kalten Bohrung Neubrandenburg

34 Neubrandenburg März 2004: Start der ersten Einlagerungsphase (Probebetrieb) Dezember 2004: Start der ersten Entnahmephase (Probebetrieb) März 2005: Start der ersten regulären Einlagerungsphase November 2005: Start der ersten regulären Entnahmephase

35 Neubrandenburg Ausspeichern Einspeichern Ausspeichern Einspeichern Ausspeichern Einspeichern Ausspeichern Temperatur [ C] Ausfall Tiefpumpe J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O O D D J F M Temperaturen an den Bohrungsköpfen

36 Neubrandenburg Ausspeichern Einspeichern Ausspeichern Einspeichern Ausspeichern Einspeichern Ausspeichern Leistung [MW] 2 Ausfall Tiefpumpe J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O O D D J F M Leistungen bei Ein- und Ausspeicherung

37 Neubrandenburg 140% 120% davon gedeckt durch BHKW Gesamtwärmebedarf 100% -25% -40% Wärmebedarf 80% 60% 40% 20% 0% Plan Bedarfsentwicklung im Netz Rostocker Straße

38 Neubrandenburg Wärmemenge [MWh/Monat] Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Plan Einspeichern Kessel Ausspeichern Kraftwerksabwärme Wärmemenge [MWh/Monat] Einspeichern Kessel Ausspeichern Kraftwerksabwärme BHKW Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz 2007/2008 Bedarfsdeckung im Netz Rostocker Straße

39 47,7% 2,5% Neubrandenburg Kraftwerksabwärme Ausspeichern Kessel 42,6% 0,2% 49,7% Plan Kraftwerksabwärme BHKW Ausspeichern Kessel 34,5% 22,7% 2007/2008 Anteile an der Bedarfsdeckung

40 Zusammenfassung Die Auswertung des bisherigen Anlagenbetriebes zeigt: - die Installation und der erfolgreiche Betrieb von Aquiferspeichern sind an geeigneten Standorten machbar, - diese Energiespeicheranlagen können einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Effizienz der Gesamtsysteme leisten,