Präsentation Erfolgsfaktoren für solare Mikrowärmenetze mit saisonaler geothermischer...

Präsentation

Erfolgsfaktoren für solare Mikrowärmenetze mit saisonaler geothermischer Wärmespeicherung

GEOSOL

präsentiert von Peter Biermayr (TU-Wien, Energy Economics Group),Herr Apfler, Herr Santz (HTL Wiener Neustadt)

unter der Mitwirkung von Gregor Götzl, Julia Weilbold, Anna-Katharina Brüstle (Geologische Bundesanstalt) und

Gerald Stickler (HTL Wiener Neustadt)

Ein Forschungsprojekt im Rahmen desForschungsprogramms “Sparkling Science“,gefördert vom Bundesministerium für Wissenschaftund Forschung

Inhalt

Inhalt der Präsentation:

1. Motivation, Fragestellung und Methode

2. Beispiele für GEOSOL-Fallstudien

3. Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Motivation

Untersuchungsleitende These

• Saisonale Wärmespeicherung ist die Schlüsseltechnologie für eine vollsolare Wärmeversorgung im Niedertemperatur-bereich.

Rahmenbedingungen:• wirtschaftlich umsetzbar • ökologisch verträglich• kompatibel mit der Gesellschaft der Zukunft und

dem Haus der Zukunft• Innovationspotenzial für die heimische Wirtschaft

Fragestellung

Das GEOSOL-Modellsystem

Fragestellung

ForschungsfragenAllgemein: •Erfolgsfaktoren für das GEOSOL-Modellsystem?

Drei Hauptziele:

1.Eignung von oberflächennahen geothermischen Speichern (langfristig, dynamisch).

2.Technische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Rahmenbedingungen für das GEOSOL-Modellsystem.

3.Analyse der praktischen Umsetzbarkeit anhand von Fallstudien im Großraum Wiener Neustadt.

Fragestellung

Forschungsfragen - Details

• Welche Gebäudestrukturen kommen in Frage (Qualität, Größe, Dichte, Wärmebedarf, Temperatur)

• Welche geologischen Formationen eignen sich?

• Welche Quellen-/Senkentypen eignen sich?

• Innovationsbedarf bei technischen Komponenten?

• Faktoren für wirtschaftlichen Betrieb?

• Passen die rechtlichen Rahmenbedingungen?

• Ökologische Auswirkungen?

Methoden

Wesentliche Methoden• Analyse internationaler Erfahrungen• Simulation eines Modellsystems (unterirdische und

oberirdische Komponenten, Raster: 1h, Zeitraum 5a • Untersuchung von konkreten Fallstudien

Beiträge der HTL Wr. Neustadt• Ausarbeitung von Fallstudien (Erhebungen,

Berechnungen)• Errichtung einer Projekthomepage • Konzept für ein Feldlabor erneuerbare Energie-

Technologien an der HTL

GEOSOL-Fallstudien

Muggendorf

Gutenstein

Maiersdorf

Ternitz

Raach am Hochgebirge

Wiener Neustadt

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GEOSOL-Fallstudien

Fallstudie Maiersdorf

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Ö L

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NÖ

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Fallstudie Maiersdorf

Kennwerte der Gebäude

Gebäude

Spezifischer Heizwärmebedarf Bezug: Volumen

(kWh/m³a)

Spezifischer Heizwärmebedarf

Bezug: Fläche (kWh/m²a)

Gemeindeamt 20,18 104

Vereinshaus 125,33 420

Kindergarten (Altbau) 20,47 66

Kindergarten (Neubau) 21,90 75

Fallstudie Maiersdorf

Theoretischer Ertrag der Solaranlagen

Gebäude Kollektorfläche(m²)

Kollektorertrag (kWh/a)

Gemeindeamt 160 115 000

Vereinshaus 120 88 500

Kindergarten (Altbau) 67 47 000

Kindergarten (Neubau) 33 23 500

Fallstudie Maiersdorf

GEOSOL-Fallstudien

Fallstudie Muggendorf

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NÖ

-Atla

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Fallstudie Muggendorf

Wärmebedarf der Gebäude

Gebäude

Spezifischer Heizwärmebedarf Bezug: Volumen

(kWh/m³a)

Spezifischer Heizwärmebedarf

Bezug: Fläche (kWh/m²a)

Altbau 31,14 225

Neubau 22,89 186

Fallstudie Muggendorf

Theoretischer Ertrag der Solaranlagen

Gebäude Kollektorfläche(m²)

Kollektorertrag (kWh/a)

Altbau 157,5 111 790

Schuppen 140 98 718

Fallstudie Muggendorf

Vorläufige Ergebnisse

Wärmespeicherung vs. -entzug

TVL = 70°C / - 2°C, Jahr 1: Wärmespeicherung; Jahr 2: WärmeentzugEinzelsonde!

Wärmespeicherung um Faktor 2.5 > als Wärmeentzug Langfristiger Wärmeentzug (Fernfeld) problematisch! Wärmespeicherung im Jahr 1 bewirkt Leistungs-

erhöhung um 30% bei anschließendem Wärmeentzug gegenüber konventionellen Wärmeentzug

Vorläufige Ergebnisse

Temperaturen im sondennahen Bereich

Wechselbetrieb Wärmespeicherung - Heizen, Simulationsdauer: 5 Jahre Starke Beeinflussung des Untergrundes beschränkt sich auf das direkte Sondenumfeld. In Distanz von 3 Meter Erwärmung des Untergrundes nach 5 Jahren nur ca. 5°C. Sukzessive Aufwärmung des sondennahen Untergrundes infolge des ungenügenden Wärmeentzug

während den Heizphasen.

Vorläufige Ergebnisse

Anordnung von SondenfeldernEinzelsonde

(Ladung u. Entladung)

T

x

T0

Saisonale Welle, Verluste!

x

y

z

x

Verluste nach unten

Verluste nach oben

Nicht wieder-gewinnbar!

Vorläufige Ergebnisse

Anordnung von Sondenfeldern

1 Lade- u. 3 Entladesonden

Optimaler Sondenabstand: Homogener Untergrund? Bodenbeschaffenheit? Grundwasser? Grundwasser mit Strömung?

Vorläufige Ergebnisse

Anordnung von Sondenfeldern

Variable Ladung/Entladung: kurzfristige Schwankungen: alle Sondenlangfristige (saisonale) Überschüsse in den zentralen Sonden!

Vorläufige Erkenntnisse

Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen (1):

• Geeignete Gebäudestrukturen: NT-WVTS aber mit nicht zu geringem Wärmebedarf (Investkosten der Bohrungen).

• Horizontale Erdkollektoren sind für die saisonale Speicherung ungeeignet (Oberflächenverlust 50%).

• Die Beladung des Sondenspeichers ist unproblema-tisch, die Entladung ist die Herausforderung.

• Eine thermische Übersättigung des Bohrlochs bei der Ladung ist nicht feststellbar.

Vorläufige Erkenntnisse

Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen (2):

• Die Speichereffizienz ist bei Einzelsonden gering –Lösung durch Sondenfelder!

• Dadurch Lösungen erst ab kritischem Wärmebedarf (Wirtschaftlichkeit).

• Die Effizienzperformance steigt mit den Betriebsjahren (vgl. sinkt bei reiner Entnahme).

• Geltende rechtliche Bestimmungen (Temperaturen im Boden) werden nur im Nahfeld der Sonde (r=1m) verletzt (Anpassung erforderlich).

Vorläufige Erkenntnisse

Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen (3):

• Die technische Machbarkeit zeichnet sich ab, die Wirtschaftlichkeit der Lösungen muss noch untersucht werden (kurz-, mittel- u. langfristig).

• Erste Ergebnisse aus den Fallstudien sind motivierend.

• Innovationschancen für die österreichische Wirtschaft sind gegeben!

GEOSOL

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Kontakt: Dr. Peter Biermayr, TU-Wien, biermayr@eeg.tuwien.ac.at, 01-58801-370358Informationen im Web: www.sparklingscience.at/de/projekte/405-geosol/ oder www.geosol.at