Nullenergiestadt - Bad Aibling Erfahrungen aus der messtechnischen Untersuchung eines dezentral gespeisten, solaren Nahwärmenetzes Workshop im Rahmen des EnEff:Stadt PL-Meetings am 12.05.2015 Gefördert durch
Gliederung Kurzeinführung Konversion einer Militärbrache zur Nullenergiestadt Betriebskonzept solares Nahwärmenetz Ergebnisse und Erfahrungen der ersten Messjahre Folie 2
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Nullenergiestadt Bestand bis 2004 Seit den 1930er Jahren militärische Nutzung (GER, nach 1945: USA) 70 ha Gesamtfläche 52 Gebäudekomplexe 72.000 m² Nutzfläche 2 Sporthallen ausgedehnte Sportfreiflächen Öl-/Gasversorgtes Nahwärmenetz (ca.19 MW) Letzte Nutzung: Abhörstation der US Armee (Echelon) Vogelperspektive (Süd) ehemalige US-Kaserne Folie 4
Nullenergiestadt heute Konzentration der Nullenergiestadt auf das Nordareal mit ca. 20 ha Gesamtfläche ca. 20 Gebäuden ca. 30.000 m² Nutzfläche Reduzierung des Energiebedarfs durch Sanierung von Bestandsgebäuden Neubauten in Holzbauweise bis Passivhausniveau Wärmeversorgung durch Gasversorgtes (1,2 MW) Nahwärmenetz im Süden Hackschnitzel Heizhaus (0,5 MW) im Norden Vogelperspektive (Nord) der Nullenergiestadt ca.740 m² Solarthermie Folie 5
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Solares Nahwärmenetz Nord (Übersicht) Hackschnitzelkessel (500kW) Solarthermie (740m²) Wärmepumpe (10x) Elektrische TWW-Erwärmung (6x) Spitzenlast (Gas) (1,2 MW) Solarspeicher (15 & 60 m³) Folie 7
Betriebskonzept Solares Nahwärmenetz Winter Sommer 4 2 1 3 WP WP WP Folie 8
Betriebskonzept NT-Wärmenetz 3 Betriebszustände des NT-Wärmenetzes: Winter: Hackschnitzel + Gas mit T VL >70 C Sommer: Solar mit T VL > 25 + WP (Anhebung auf > 63 C) Übergang: Mischbetrieb T VL 25-75 C Vorteile des NT-Wärmenetzes (Sommerbetrieb solares Netz ): Reduzierung der Netzverteilverluste im Sommer durch niedrige Netztemperaturen Erhöhung der Solarerträge durch niedrigere Kollektoreintrittstemperaturen o Solarertragssteigerung Hohe Arbeitszahlen der WP o JAZ > 4 Besonderheit des NT-Wärmenetzes: Der übliche Bilanzierungsansatz für WP ist hier nicht anwendbar Sole der WP ist das Wärmenetz o wird gespeist durch Biomasse, Gas und Solar! Pewo Energietechnik: Wärmeversorgung Konzept V 13.3 Folie 9
Gliederung Kureinführung Konversion einer Militärbrache zur Nullenergiestadt Betriebskonzept solares Nahwärmenetz Ergebnisse und Erfahrungen der ersten Messjahre Netzbetrieb Sommer Betriebsverhalten Solaranlagen Bilanzierung von Wärmepumpen Folie 10
Netzverhalten im Sommer Netzverluste in Abhängigkeit der Netztemperatur: Verlustleistung 0 18,49 38,05 57,61 77,16 T-Netz 30 40 50 60 70 Netzabhängiger TWW-Wärmebedarf im Sommer (Tagesmittel): 2013: 2014: ~40kW ~60 kw o Neubau von ca. 2500 m² Wohnfläche (City of Wood) o Sanierung von ca. 1500 m² Hotelzimmer Betriebszustand Sommer: 2013: T-Netz tlw. bis auf 20 je nach Solarangebot bis 60 2014: T-Netz ~35-40 je nach Solarangebot bis 65-70 Folie 11
Netzverhalten im Sommer Folie 12
Netzverhalten im Sommer 2013 Folie 13
Netzverhalten im Sommer 2014 Folie 14
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Ergebnisse Solaranlagen Mittlerer Solarertrag: 205 kwh/m² Koll a (ca. 140 375 kwh/m² Koll a) Ziel: 300-400 kwh/m² Koll a tlw. hohes Optimierungspotential Gesamt Solarbeitrag der Nullenergiestadt bei etwa bei 4%: tlw. verschattete Kollektoren, nur 740 statt 2000m² Kollektor 180m² mit Ost/West Ausrichtung Folie 16
Optimierung der Solareinspeisung Solare Einspeisung Sommer 2012: 471h von 8760h (bzw. 5%) beträgt die Kollektortemperatur über 110 C! Häufige Übertemperaturen am Kollektor zwischen 9:00 und 15:00 Uhr (UTC! Folie 17
Optimierung der Solareinspeisung Optimierung der Einspeisung Solar seit 08/2013 Deutliche Reduzierung der Übertemperaturen am Kollektor! Kollektortemperaturen Sommer 2013 und 2014 2014: Anzahl Stunden mit 110 : ca. 90h Folie 18
Gliederung Kurzeinführung Konversion einer Militärbrache zur Nullenergiestadt Betriebskonzept solares Nahwärmenetz Ergebnisse der ersten Messjahre Netzbetrieb Sommer Betriebsverhalten der Solaranlagen Bilanzierung von Wärmepumpen Folie 19
Bilanzierungsansatz Wärmepumpen Bilanzierungsansatz z.b. nach DIN EN 14511 in der Nullenergiestadt nicht anwendbar da keine reine Umweltwärmenutzung! Zugrunde gelegte Annahmen: Zusatznutzen bzw. COP der WP im Gesamtsystem nur durch o Solarertragssteigerung (vgl. Pewo Konzept) o reduzierte Netzverluste (aufgrund geringerer Netztemperaturen) Damit ergibt sich der COP der WP zu: D.h. ohne Solarertragssteigerung und verringerte Netzverluste liegt der COP bei 1,0! Folie 20
Bilanzierungsansatz Wärmepumpen Ergebnis: Folie 21
Fazit und offene Fragen Fazit: Erträge der Solaranlagen noch hinter den Erwartungen Optimierungsmaßnahmen in 2013 bringen sichtbare Ertragssteigerung Konzept des solaren Sommerbetriebs prinzipiell möglich o allerdings sind Flächen nicht ausreichend o Solarspeicher bringen in derzeitiger Konstellation keinen Nutzen Arbeitszahlen der WP im Bereich der Erwartungen Offene Fragen: Wahl der minimalen Netztemperaturen? Wie lassen sich Netztemperaturen in einem dynamischen Solarnetz darstellen? Haben solche Betriebskonzepte eine Zukunft? Folie 22
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Kontakt: Dipl.-Ing.(FH) Rafael Botsch M.Sc. Hochschule für angewandte Wissenschaften - Fachhochschule Rosenheim Abteilung Forschung und Entwicklung Hochschulstr. 1 83024 Rosenheim Tel.: +49 (0) 8031/805-2691 Fax: +49 (0) 8031/805-2697 rafael.botsch@fh-rosenheim.de Folie 23