Intelligente Wärmesysteme mit Geothermie für Großanlagen Dr. Nikolaus Meyer (CEO) Forum Erneuerbare Energien, Hannover-Messe, 10.4.14 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 1 -
Geo-En: Der Spezialist für Erneuerbare Wärmeerzeugung Geo-En Energy Technologies GmbH Gegründet 2007 Firmensitz: Hauptstr. 65, Berlin (Schöneberg) Eigentümer: ecapital, Investitionsbank Berlin BG, indico Investment Team von 20 hochqualifizierten Ingenieuren, Geologen und Bauingenieuren Spezialist für oberflächennahe Geothermie (patentierte Geothermiesysteme) Anbieter schlüsselfertiger Wärme- und Kälteerzeugungsanlagen aus Erneuerbarer Energie Expertise in der Integration und Steuerung hybrider Anlagen aus Geothermie, Wärmepumpen, BHKW und Photovoltaik Bau Grundwasserzirkulationsanlage 380 kw Geo-En Wärmepumpe 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 2 -
Oberflächennahe Geothermie Treiber der Energiewende im Wärmebereich. Trends Dynamisches Wachstum der Nutzung Erneuerbarer Energie im Strombereich Stagnation der Nutzung Erneuerbarer Energie im Wärmebereich Anteil Erneuerbarer Energie (%) an der Energieerzeugung in Deutschland Quelle: BMU 2013 Höchste Wachstumsrate (16%/a) geothermischer Wärmeerzeugung im Bereich Erneuerbarer Wärme (8%/a Biomasse, 11%/a Solarthermie [2008-12]) Oberflächennahe Geothermie ist technisch ausgereift, sicher und breit einsetzbar reduziert Energieaufwand der Wärmeerzeugung um 40% und der Kälteerzeugung um über 80% 2002 2004 2006 2008 2010 2011 2012 2020 (Ziel BMU) 2002 2004 2006 2008 2010 2011 2012 2020 (Ziel BMU) Stromverbrauch Wärmebereitstellung 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 3 -
Oberflächennahe Geothermie: Wärmequelle, Kältequelle, saisonaler Speicher Winter (Heizmodus) Erdsonde entzieht dem Erdboden Wärme, Wärmepumpe erhöht Temperatur auf Heizniveau (> 35 C) Sommer (Kühlmodus) Wasser von Erdsonde wird direkt - ohne Wärmepumpe - zur Gebäudekühlung genutzt. Wärme aus Gebäude und Umwelt wird in den Erdboden abgeführt 9-12 C 50 m 10-13 C Alle Zahlen typische Werte für Berlin 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 4 -
Der Erdboden als saisonaler Wärmespeicher Geo-En Simulation der Geothermie im Untergrund Zyklische Wiederholung von Abkühlung des Bodens im Winter (oben) November Januar März Aufheizung des Bodens im Sommer (unten) Umweltwärme aus dem Sommer wird im Winter allmählich verbraucht Saisonaler Speicher Mai Juli September 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 5 -
Sondenfeld: Bewährte Lösung für kleine Leistungen, hoher Platzbedarf Wärmeübertragung in Sonde Erdsonde Bodentemperatur Nutztemperatur 5 C Sole PE Rohr Füllmittel (Bentonit) Erde 8 C Heizungssystem Temperatur 35 C 30 Kelvin Geothermiequelle Temperatur 5 C 1 10 kw pro Sonde 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 6 -
Geo-En s Integralsonde: Höchste Leistung bei minimalem Platzbedarf durch vertikale Grundwasserzirkulation Geringer Platzbedarf: Fördern &Einleiten über ein Bohrloch Hohe Leistungsdichte: typsicherweise 50 kw pro Bohrung Hohe Effizienz durch direkte Grundwassernutzung: Leistungszahl > 6, Jahresarbeitszahl > 4 Kein horizontaler Wasser- und Stofftransport. Verockerungsffekte minimiert, geringer Wartungsaufwand Langjährig erprobt und weiterentwickelt durch Geo-En 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 7 -
Integralsonde: Hohe Leistungsdichte, hohe Effizienz durch direkte Nutzung der Grundwassertemperatur Heizungssystem Temperatur 35 C Geothermiequelle Temperatur 10 C 25 Kelvin 10 100 kw pro Sonde 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 8 -
Geo-En s hochentwickelte Erdsonden-Technologie abgestimmt auf Standort und Objekt Sondenfeld Koaxialsonde Saug-Schluck-Brunnen Integralsonde & Aktivsonde Wasserzirkulation in geschlossenen U-Rohren Wasserzirkulation in unverrohrtem Bohrloch Horizontale Zirkulation von Grundwasser Vertikale Zirkulation von Grundwasser Für alle Böden Niedrige Leistung pro Fläche Für Festgestein Hohe Leistung pro Fläche Für Böden mit schmalem Grundwasserleiter Hohe Leistung pro Fläche Für Böden mit breitem Grundwasserleiter Sehr hohe Leistung pro Fläche Patentiert durch Geo-En 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 9 -
Heiz und Kühlanlage GeoSave: Die Hochleistungslösung in der oberflächennahen Geothermie Heizen mit Erneuerbarer Energie Die Erdkruste speichert Sonnenenergie so viel, dass mit Geo En GeoSave auch große Gebäude, Büros und Siedlungen mit Erneuerbarer Energie geheizt werden können. Im Vergleich zu einer gasbetrienen Heiz und Kühlanlage wird mindestens 50% weniger CO2 ausgestoßen. Anlagen von Geo En entziehen der Erde Wärme und sind auf höchste Leistungsfähigkeit getrimmt. So ist die Anlage der Schlüssel, um anspruchsvolle Umweltstandards wie KfW 40/55/70 oder DGNB Gold zu erreichen. Sparen, von Anfang an Mit Erdwärme koppeln Sie sich von immer weiter steigenden Kosten für fossile Energieträger ab. GeoSave macht aus jeder Kilowattstunde Strom vier bis fünf Kilowattstunden Wärme oder dreißig Kilowattstunden Kälte. So heizen Sie günstiger als mit fossilen Energieträgern oder Fernwärme und sparen von Anfang an. Kälte inklusive In 30 bis 100 Metern Tiefe hat das Grundwasser eine Temperatur von etwa 10 Grad Celsius ideal, um damit Gebäude zu kühlen. Im Kühlbetrieb bleibt die Wärmepumpe ausgeschaltet und Wasser zirkuliert zwischen Erdboden und Kühlsystem im Gebäude. Das garantiert dem Nutzer mehr Luxus und höchste Behaglichkeit auch in heißen Sommern nahezu zum Nulltarif. Bewährte Technologie Oberflächennahe Geothermie ist sicher und hat sich bewährt. Mehr als 400.000 Anlagen wurden allein in Deutschland bereits gebaut. Geo En ist der Spezialist für geothermische Hochleistungslösungen und hat seine Anlagentechnik über Jahre weiterentwickelt. Die Systeme werden standortspezifisch ausgelegt, zentral gesteuert und überwacht durch den Geo En Energy Manager. So garantieren wir Zuverlässigkeit und Qualität. 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 10 -
Wirkungsgrad Wärmepumpe Typische Geo En Anlage Leistungszahl (COP) (bei Geo-En Anlagen typischerweise 6-7) Erzeugte Kälte- bzw. Wärmeenergie / für die Wärmepumpe eingesetzte elektrische Energie Jahresarbeitszahl (bei Geo-En Anlagen typischerweise 4-5) Im Jahr erzeugte Kälte- bzw. Wärmeenergie / für die Wärmeanlage eingesetzte elektrische Energie 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 11 -
Energiebilanz GeoSave 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 12 -
Haus der Bildung und Technologie, Schwedt Projekt Steckbrief Berliner Straße 52e, Schwedt Standort: Schwedt, Randbereich des Odertals Geologie: Norddeutsche Tiefebene Untergrund aus glazialen Serien Hohe Grundwasserfließgeschwindigkeit (0,5 m/tag) 30 Meter mächtiger Grundwasserleiter (festgestellt in Probebohrung) Gebäude: Baujahr 1964/65, 1.220 m² Nutzfläche Bauvorhaben 2011: Energetische und bauliche Sanierung, Geo-En Lieferant der geothermischen Heizungsanlage 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 13 -
Jahresarbeitszahl der Schwedter Anlage deutlich über Marktstandard Ergebnisse des ersten Betriebsjahrs Abgegebene Wärmemenge Anlage läuft maximal 13 von 24 Stunden täglich (Kapazitätsreserven) Gezählte Wärmemenge Aug 12 Jul 13: 116 Megawattstunden Stromverbrauch Wärmepumpe, Grundwasserpumpe: 28 Megawattstunden 24 MWh 20 MWh 16 MWh 12 MWh Jahresarbeitszahl: 4,1 (bei Vorlauftemperatur der Heizung von mehr als 43 C) Jahresarbeitszahl umgerechnet auf die 37 C Vorlauftemperatur der Heizung: 4,7 Zum Vergleich: Studie des Fraunhofer-Instituts FhGISE zum Betrieb von 56 Erdsondenanlagen (U-Sonden, geschlossen) in 2005 2011: Mittlere Vorlauftemperatur: 37 C, mittlere JAZ = 3,9 8 MWh 4 MWh 0 MWh Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 14 -
Heiz- und Kühlanlage GeoHybrid: Symbiose aus Wärmepumpe und BHKW Heizen mit Erneuerbarer Energie Die Erdkruste speichert Sonnenenergie so viel, dassmit Geo-En GeoHybrid auch große Gebäude, Büros und Siedlungen mit Erneuerbarer Energie geheizt werden können. Im Vergleich zu einer gasbetriebenen Heiz- und Kühlanlage wird mindestens 50% weniger CO2 ausgestoßen. Anlagen von Geo-En entziehen der Erde Wärme und sind auf höchste Leistungsfähigkeit getrimmt. So ist die Anlage der Schlüssel, um anspruchsvolle Umweltstandards wie KfW 40/55/70 oder DGNB Gold zu erreichen. Wenn eins plus eins größer zwei ist Geo-En GeoHybrid zieht seinen Vorteil aus zwei der effizientesten Wärmelieferanten: Dem BHKW und der Wärmepumpe. Sie sind nahtlos mit bewährten Geo-En Sonden in GeoHybrid integriert, so dass das System unübertroffene Energieeffizienz liefert. Der integrierte Geo-En Energy Manager koordiniert das BHKW und die Wärmepumpe so, dass die erzeugte Wärme des BHKW im Gebäude genutzt wird, während der generierte Strom direkt von der Wärmepumpe verbraucht wird. Diese stellt so viel Wärme wie möglich Kälte inklusive In 30 bis 100 Metern Tiefe hat das Grundwasser eine Temperatur von etwa 10 Grad Celsius ideal, um damit Gebäude zu kühlen. Im Kühlbetrieb bleibt die Wärmepumpe ausgeschaltet und Wasser zirkuliert zwischen Erdboden und Kühlsystem im Gebäude. Das garantiert dem Nutzer mehr Luxus und höchste Behaglichkeit auch in heißen Sommern nahezu zum Nulltarif. Bewährte Technologie Oberflächennahe Geothermie ist sicher und hat sich bewährt. Mehr als 400.000 Anlagen wurden allein in Deutschland bereits gebaut. Geo-En ist der Spezialist für geothermische Hochleistungslösungen und hat seine Anlagentechnik über Jahre weiterentwickelt. Die Systeme werden standortspezifisch ausgelegt, zentral gesteuert und überwacht durch den Geo-En Energy Manager. So garantieren wir Zuverlässigkeit und Qualität. 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 15 -
Hohe Synergien durch intelligente Steuerung des GeoEn-Hybrids aus Wärmepumpe und BHKW Niedrigste Betriebskosten durch (1) Einsatz von Umweltwärme und (2) Versorgung der Wärmepumpe mit günstigem BHKW-Strom (3) Keine Netzeinspeisung von Strom zum Minimaltarif Betriebszustand Heizung Pur : Jede Kilowattstunde BHKW-Strom wird in vier Kilowattstunden Wärme umgewandelt. Betriebszustand Heizung und Strom : Teilentkopplung von Wärmeund Stromerzeugung (Regelung der Stromgeneration auf Eigenbedarf) Hohe Energieeffizienz durch 60% geringeren Primärenergieeinsatz als bei Gasverbrennung und intelligente Kombination der Wärmequellen BHKW / Wärmepumpe (WP < 50 C, BHKW >50 C) 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 16 -
Energiebilanz GeoHybrid Gas: 47 kwh 53 Strom: 3 kwh 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 17 -
Energiebilanz GeoHybrid Zum Vergleich: Gaskessel: 111 kwh Gas: 47 kwh 53 Strom: 3 kwh 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 18 -
Für Standorte ohne Erdbohrungen: Luft-Wärme-Pumpe + PV + Hackschnitzel Geo-En Anlage Hybrid aus (1) Brenner (hier: Hackschnitzel) und (2) Luft-Wasser-Wärmepumpe + PV ENERGY MANAGER Für Standorte, an denen Geothermie- Bohrungen vermieden werden sollen 50 C Hohe Effizienz der Luft-Wasser- Wärmepumpe, da Einsatz nur außerhalb der Frostperioden HOLZ BRENNER SPEICHER 35 C FRISCH- WASSER- STATION Wärmepumpe mit Solarstrom versorgt (10 12 Ct/kWh), Brenner nutzt günstige Hackschnitzel Günstige Betriebskosten Solarstrom-Überschüsse im Sommer versorgen weitere Verbraucher des Standorts LUFT WÄRMEPUMPE SPEICHER SONNE PHOTOVOLTAIK NETZ 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 19 -
Geo-En: Erfahrung aus 50 Bauvorhaben mit geothermischer Wärme- und Kälteversorgung 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 20 -
Geo-En: Leistungsfähige Heizungs- und Kühlanlagen aus einer Hand Projektbedingungen Grundstücksgröße, Gebäudegrundriss, Nutzfläche Energiebedarf (Wärme, Kälte, Strom) Genehmigungsrechtliche Rahmenbedingungen Geographische Lage, geologische Bedingungen Angestrebter Umweltstandard Budget und Finanzierung Geo-En Entwicklung des Energiekonzepts Gebäudesimulation und Lastmanagement Analyse der Geologie und des Bodens Simulation der geothermischen Prozesse Analyse von Bodenproben Genehmigungsmanagement Systemauslegung Bau von Heizungs- und Kühlanlagen mit integrierter Geo-En-Technologie zur idealen Erdwärmenutzung und intelligenter Systemsteuerung Monitoring und Service Intelligente Heiz-/Kühlanlagen Maximierter Anteil Erneuerbarer Energie Leistungsstark: 50 kw 2 MW Betriebskostenoptimiert Zuverlässige Bauausführung aus einer Hand Betriebssicherheit durch hohen Qualitätsstandard und optimierte Komponenten vom Spezialisten für Geothermie 11.4.14 Forum Erneuerbare Energie - 21 -