Einführung und Überblick zur geothermischen Energienutzung g Lennestadt 28.01.2010 Referent: Dr. Ralf Schramedei Regionalforum NRW des Bundesverbandes Geothermie (GtV-BV e.v.)
Inhalt Erdwärme im Überblick Energie aus der Tiefe Marktentwicklung Modernisierung Gebäudesysteme Fallbeispiel: Geothermie in einem 250 Jahre alten Haus Generelle Vorgehensweise Modernisierung Geothermie im Gebäudebestand Qualität
Definition: Geothermie ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde. (VDI 4640)
Temperaturverteilung in Europa und Deutschland
Das Geothermische Potential in Deutschland mehr als 50% des deutschen Strombedarfs könnte gedeckt werden davon entfallen 95 % auf kristalline Gesteine ( Grundgebirge ) 4 % auf Störungszonen 1 % auf Thermalwasserleiter l Steuer-/Regelbarkeit: sehr gut Umwelteinwirkungen: beherrschbar Wichtig: die 3 T s Temperatur (min. 130 C) Transportmedium (min. 50 l/s) Transportwege (hydraulische Leitfähigkeit)
Potentiale in Deutschland Quelle: GTN, 2005
Bruchsal hydrothermal Wärmequelle in geologischer Bruchzone Zwei Bohrungen ( Doublette ) bis in 2.000/2.500 m Tiefe Fliessrate um 25 l/s Temperaturen um ca. 120 C Erwartete Leistung: ca. 0,5 MW elelektr. Fertigstellung Ende 2009 ca. 40MW 4,0 thermisch
Soultz-sous-Forets enhanced geothermal system (EGS)
Nutzung geothermischer Energie Bereitstellung von Wärme/Kälte mittels Wärmepumpen Untiefe Geothermie: bis ca. 200-400 m Tiefe Oberflächennahe Wärme-/Kältenutzung ca. 200-400 m Tiefe Direkte Wärmenutzung Hydrothermale Lagerstätten Klüftig-poröse Speichergesteine Stromerzeugung Tiefe Tiefe Geothermie: bis ca. 5000 m Tiefe EGS Lagerstätten 1) Umgezeichnet nach Vorlage Geoforschungszentrum Potsdam
Thermodynamischer Kreisprozess Wärmepumpe p
Marktentwicklung In 2008 wurden 32.459 geothermische Anlagen installiert. Damit sind ca. 153.000 Wärmepumpen in Betrieb Quelle: BWP
Anteil Geothermie im Neubau Prozentuale Anteile Heizungslösungen in 2009: Solarthermie: 39% Geothermie: 27% Umweltwärme: 14,5 % Holz- und Pellets: 13,6% Biogas: 5% Pflanzenöl: 0,9% Quelle: Agentur für Eneuerbare Energien, 26.01.2010
Derzeitige Marktsituation Nahezu 25% des Primärenergieverbrauchs und ca. 30% des Endenergieverbrauchs der BRD werden für Raumheizung und Warmwasser eingesetzt. In BRD 40 Mio. Wohneinheiten, davon ca. 15 Mio. Ein- und Zweifamilienhäuser. Vor 1978 erbaute Gebäude (Altbauten) verbrauchen ca. 90% der Heizenergie. Gegenwärtig werden pro Jahr nur ca. 150.000 000 200.000000 Ein- und Zweifamilienhäuser errichtet.
Entwicklung Wärmebedarf im Wohnungsbau 250 ezifischer Wärmebe edarf / kw Wh/m²*a 200 150 100 50 sp 0 Altbaubestand WSVO 1995 Niedrigenergieha haus Passivhaus Lüftungswärme Transmissionswärme Wärmebedarf für Warmwasser
CO 2 -Emission unterschiedlicher Heizanlagen 0,5 CO 2 -Emissionen CO 2 /kwh] Emission [kg 0,4 0,3 0,2 01 0,1 Braunkohle Steinkohle Heizöl Erdgas WP1 WP2 Braunkohle Steinkohle Heizöl Erdgas Polynomisch (WP1) WP1 Polynomisch WP 2 (WP2) η kw = 0,38 η E-Netz = 0,96 η Kessel = 09 0,9 WP1 = ohne Wärmenutzung im Kraftwerk WP2 = 50 % Wärmenutzung im Kraftwerk 0 2 3 4 5 6 Jahresarbeitszahl
Modernisierung Gebäudesysteme Beispiel zur Systemtemperatur: wärmetechnisch sanierter Altbau Komplexe Systemoptimierung bei erdgekoppelten Wärmepumpen: verringerte Heiz- Vorlauftemperatur des Heizsystems - - verbesserte Dämmung des Altbaus verringerter Heizleistungs- & -energiebedarf - Heizleistung Wärmepumpe - Wärmeentzug aus dem Erdreich Dimensionierung geotherm. Quelle - +! Höhere Arbeits- Zahl der Wärme- Pumpe Quelle: Koenigsdorff Investitionskosten t CO 2 -Emission i Energiekosten
Heizsysteme Radiatoren (Stahl) Höhe H mm Typ Bautiefe T mm Norm-Heizleistung W /m Länge Typ 10 Radia Typ 11 toren Typ 20 10 65 586 11 65 808 Typ 21 Typ 22 Typ 33 500 21 100 1212 22 100 1461 33 155 2124
Heizsysteme Höhe Bautiefe Radiatoren (Gusseisen) H mm T mm Norm-Heizleistung W /m Länge 110 840 450 160 1120 220 1500 110 1100 600 160 1500 220 1920
Heizsysteme Einfluss der Vorlauftemperatur auf die rel. Heizleistung 100 Raumtemperatur = 20 C 75/65 C relative He eizleistun g in % 80 60 55/45 C 40 45/35 C 20 35/25 C 0 20 30 40 50 60 70 mittlere Heizkörpertemperatur in C
Heizsysteme Flächenheizsysteme Einsatz von Fußbodenheizungen oder Wandheizungen
Heizsysteme Einsatz von Fußbodenheizungen oder Wandheizungen Quelle: Kampmann
Bivalente Heizungen monovalent bivalent monoenergetisch oe e bienergetisch WQ Untergrund nd bivalent parallel l bivalent teilparallel ll l bivalent alternativ Qh WP ZE WP ZE WP ZE WP a a a a Quelle: Lochau, Junkers
Jahresdauerlinie und Spitzenlast Jahresdauerlinie der Heizleistung einer Schule 1.200 1.000 insgesamt nur knapp 100 h/a > 1000 kw auf mehrere Zeitabschnitte über alle Wintermonate verteilt Heizl leistung [k kw] 800 600 400 200 0 0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 Stunden pro Jahr Quelle: Koenigsdorff
Auswirkung Einsatz bivalenter Systeme Haus (Baujahr 1970) mit einer Heizleistung von 20 kw. Bei 2000 h/a Heizarbeit von 40.000 kwh. Bei Einsatz eines bivalenten Systems Gaskessel/Geothermie können ca. 80 % der Heizarbeit über die Wärmepumpe gedeckt werden. Die Spitzenlast und das Warmwasser wird mittels Gas erzeugt. Gegenüber einer monovalenten Anlage kann die Anzahl der Sondenmeter deutlich reduziert und die WP-Anlage kleiner gewählt werden. Nachteil sind die Kosten für zwei Medien (Gas/Strom) und die zusätzlichen Wartungskosten für Gaskessel und Schornstein Schornstein
Auswirkung Einsatz bivalenter Systeme Monovalent 320 m Sonden: 16.000 3 Bohrungen Wärmepumpe: p 15.500 Bivalent 199 Sonden: 9950 3 Bohrungen (ggf. nur 2) Wärmepumpe: p 11.500 Brennwert: 3.000 Invest: ca. 31.500 Invest: ca. 21.750
Einsatz eines geothermischen Systems in einem 250 Jahre alten Haus
Einsatz eines geothermischen Systems in einem 250 Jahre alten Haus
Einsatz eines geothermischen Systems in einem 250 Jahre alten Haus
Einsatz eines geothermischen Systems in einem 250 Jahre alten Haus Geothermie Beyer 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 00 15,00 Temperatur C 10,00 5,00 0,00-5,00 16.12.2007 00:00 16.12.2007 12:00 17.12.2007 00:00 17.12.2007 12:00 18.12.2007 00:00 18.12.2007 12:00 19.12.2007 00:00 19.12.2007 12:00 20.12.2007 00:00 20.12.2007 12:00 21.12.2007 00:00 21.12.2007 12:00 22.12.2007 00:00 22.12.2007 12:00 23.12.2007 00:00 23.12.2007 12:00 24.12.2007 00:00 24.12.2007 12:00 25.12.2007 00:00 25.12.2007 12:00 26.12.2007 00:00 26.12.2007 12:00 27.12.2007 00:00 Datum / Uhrzeit Sole Vorlauf Sole Rücklauf Heizung Vorlauf Heizung Rücklauf Außentemperatur Brauchwasser
Generelle Vorgehensweise Modernisierung- Geothermie im Gebäudebestand Grundüberlegung zur energetischen Sanierung Ermittlung der benötigten maximalen Systemtemperatur des Heizsystems Darstellung der möglichen Heizsysteme Auslegung eines monovalenten Systems Einsatz bivalenter Systeme Kostenbetrachtungen
Qualität Schäden durch Bohrungen: Staufen Kamen-Wasserkurl Mindestvoraussetzung: W120 Schulungsoffensive: Geotrainet; GZB Vorgabe des Bohrverfahrens für bestimmte Regionen
Fazit Oberflächennahe h Geothermie ist im Neubau etabliert t Im Gebäudebestand sind, je nach vorhandenen Heizsystem, bivalente Systeme oder Gaswärmepumpen eine Lösung Qualitätsoffensive
Kontakt: Regionalforum NRW (GtV-BV) Dr. Ralf Schramedei c/o Stadtwerke Düsseldorf AG Höherweg 200 40233 Düsseldorf Tel. 0211-821 - 2554 Fax 0211-821 - 77 2554 Email rschramedei@swd-ag.de