Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen

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 des
Forschungsprogramms “Sparkling Science“,
gefördert vom Bundesministerium für Wissenschaft
und 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 Niedertemperaturbereich.
•
•
•
•
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
Forschungsfragen
Allgemein:
• 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 EnergieTechnologien an der HTL
GEOSOL-Fallstudien
Muggendorf
Quelle: Geologische Bundesanstalt
Gutenstein
Maiersdorf
Ternitz
Raach am Hochgebirge
Wiener Neustadt
GEOSOL-Fallstudien
Luftbild: NÖ Landesregierung, NÖ-Atlas
Fallstudie Maiersdorf
Fallstudie Maiersdorf
Kennwerte der Gebäude
Spezifischer
Heizwärmebedarf
Bezug: Volumen
Spezifischer
Heizwärmebedarf
Bezug: Fläche
(kWh/m³a)
(kWh/m²a)
Gemeindeamt
20,18
104
Vereinshaus
125,33
420
Kindergarten (Altbau)
20,47
66
Kindergarten (Neubau)
21,90
75
Gebäude
Fallstudie Maiersdorf
Theoretischer Ertrag der Solaranlagen
Kollektorfläche
Kollektorertrag
(m²)
(kWh/a)
Gemeindeamt
160
115 000
Vereinshaus
120
88 500
Kindergarten (Altbau)
67
47 000
Kindergarten (Neubau)
33
23 500
Gebäude
Fallstudie Maiersdorf
Gesamtwärmebedarf u. -produktion
50000
45000
40000
Wärme in kWh/Monat
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
Jän
Feb
Mär
Apr
Mai
Wärmebedarf Gesamt [kWh/Monat]
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Solarthermie Kollektorertrag [kWh/Monat]
Nov
Dez
GEOSOL-Fallstudien
Luftbild: NÖ Landesregierung, NÖ-Atlas
Fallstudie Muggendorf
Fallstudie Muggendorf
Wärmebedarf der Gebäude
Spezifischer
Heizwärmebedarf
Bezug: Volumen
Spezifischer
Heizwärmebedarf
Bezug: Fläche
(kWh/m³a)
(kWh/m²a)
Altbau
31,14
225
Neubau
22,89
186
Gebäude
Fallstudie Muggendorf
Theoretischer Ertrag der Solaranlagen
Gebäude
Altbau
Schuppen
Kollektorfläche
Kollektorertrag
(m²)
(kWh/a)
157,5
111 790
140
98 718
Fallstudie Muggendorf
Gesamt: Wärmebedarf u. -produktion
45000
40000
35000
Wärme in kWh/Monat
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
Jän
Feb
Mär
Apr
Mai
Wärmebedarf Gesamt [kWh/Monat]
Jun
Jul
Aug
Sep
Solarthermie Kollektorertrag [kWh/Monat]
Okt
Nov
Dez
Vorläufige Ergebnisse
Wärmespeicherung vs. -entzug
TVL = 70°C / - 2°C, Jahr 1: Wärmespeicherung; Jahr 2: Wärmeentzug
Einzelsonde!
 Wärmespeicherung um Faktor 2.5 > als Wärmeentzug
 Langfristiger Wärmeentzug (Fernfeld) problematisch!
 Wärmespeicherung im Jahr 1 bewirkt Leistungserhöhung 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 Sondenfeldern
Einzelsonde
(Ladung u. Entladung)
Verluste nach oben
y
x
x
T
Nicht
wiedergewinnbar!
T0
z
x
Saisonale Welle, Verluste!
Verluste nach unten
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 Sonden
langfristige (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 unproblematisch, 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, [email protected], 01-58801-370358
Informationen im Web: www.sparklingscience.at/de/projekte/405-geosol/ oder www.geosol.at