Fischer-16-05-25-1 - Mittwochgesellschaft Zug

29.05.2016
Mittwochgesellschaft
Energie im Überfluss – Energieversorgung Heute und in Zukunft
25. Mai 2016
Folie 1 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Wer sind wir?
 Hans Abicht AG mit den Töchtern Fäh & Zurfluh AG und Bogenschütz AG
 Unabhängige Ingenieur-Unternehmung im Bereich der Energie- und Gebäudetechnik
 110 Mitarbeitende (Fachplaner-, HF- und FH-Abschlüsse)
 6 Standorte: Zug, Aarau, Schwyz, Zürich, Altdorf, Basel
 Über 40 Jahre Erfahrung am Markt
Folie 2 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
1
29.05.2016
Organigramm Hans Abicht AG
Folie 3 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Engineering Dienstleistungsumfang
Solar
GA
Objektkategorien

Dienstleistung + Verwaltung

Industrie + Gewerbe

Einkaufszentren + Läden

Gesundheit + Pflege

Chemie + Pharma

Hotellerie + Gastronomie

Hochhäuser

Bildung + Sport

Areale + Quartiere
Infrastruktur + Energie

Wohnen

Nachhaltigkeit + Labels

Folie 4 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
2
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Aktuelle Referenzen
UNI Bern
Limmattalspital Schlieren
Gastro Social, Torfeld Aarau
Mattenhof Kriens
Folie 5 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Energiekonzept Suurstoffi
Folie 6 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
3
29.05.2016
Grundsatz Überlegung
Energie
≠
Energie
Folie 7 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Energiekonzept Suurstoffi
Energie = Anergie + Exergie
Mit Exergie kann Arbeit verrichtet werden
 Hochwertig
 Bsp: Strom, Heisswasser, Dampf, gespeichert in Öl/Gas
Mit Anergie kann keine Arbeit verrichtet werden
 Minderwertig und nahezu unbegrenzt
 Bsp: Niedertemperaturwärme
(Umgebungsluft, Erdwärme, Grundwasser, Abwasser usw.)
Ziel wird erreicht: Mit wenig Exergie und viel Anergie viel ENERGIE erzeugen
Folie 8 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
4
29.05.2016
Lokale Übersicht Suurstoffi
Westareal
Ostareal
S41
BFB
BF3
BF2
BFC
BF4
BFA
BF5
BF1
Folie 9 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Energiebezugsflächen (EBF) und Nutzungen
81’754 m2
Ostareal
=
Westareal
=
83’170 m2
Total
=
164’925 m2
Folie 10 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
5
29.05.2016
Energiekonzept - Grundlagen
Vision Zero-Zero
• Keine CO2-Emissionen
• Keine zusätzlich zugeführte Energie
Strategie «Sommerwärme gegen Winterkälte»
• Aktivierung des Erdreichs als saisonalen Speicher
• Einsatz von effizienten Wärmepumpen
• Niedertemperaturnetz mit dezentraler Wärmebereitstellung
• Elektrische Energieerzeugung durch solare Strahlung (Photovoltaik)
• Keine Brennstoffe zur Wärmebereitstellung
Folie 11 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Energiephasenverschiebung
Winter
Sommer
Folie 12 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
6
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Energiebedarf - Suurstoffi
Folie 13 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Erdspeicher – Geologische Eigenschaften
Thermo Response Test (TRT)
Folie 14 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
7
29.05.2016
Erdspeicher
Erdspeicher
700 x 150m
Stand März 2016
Wärmestrom aus dem
Erdinnern ist vernachlässigbar
0.05 W/m2
Folie 15 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Saisonale Energiespeicherung
Qout
[kWh]
Qin
[kWh]
Wärmeeinspeisung
(Gebäudekühlung, Solar)
Temperatur
Wärmeentzug
(Wärmepumpe)
=
Folie 16 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
8
29.05.2016
Energieberechnung
Wohnungsbau
Energie
Stundenwerte
Energie
Monatswerte
Verwaltungsbau
Folie 17 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Technische Umsetzung – Erdfeld Temperaturverhalten
 Sondenauslegung 8 - 16°C / 8 – 30°C
 Energiehaushalt nicht ausgeglichen
 Fallende Erdreichtemperatur
 Sondenflüssigkeit Wasser
 Vereisungsgefahr Verdampfer
Quelle: Geowatt AG
Folie 18 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
9
29.05.2016
Kompensationsvarianten
Freecooling erhöhen
 Entwärmung Gebäude
 Technische Klimakälte
Rückkühlung oder Rückwärmung
 Wärmeenergie einführen
 Zeitfenster beachten
Thermische PV-Anlage
 Kühlung PV Module
 Elektrische Wirkungsgraderhöhung
Folie 19 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
PVT Hybrid
 Bilanzausgleich mit Hybrid-Kollektoren
(PVT)
 Direkte Einbindung der PVT-Kollektoren
als Wärmequelle
Folie 20 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
10
29.05.2016
Kompensation durch thermische PV-Anlage
Je höher die Temperatur
 Desto geringer die Spannung
 Desto geringer die Leistung
 Desto höher der Strom
Effizienzsteigerung
 PV Temperatur senken
 Wirkungsgrad Strom steigt um
10% bei 25K tieferer PV
Temperatur
Leistung
 P=U*I
Folie 21 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Kollektorfläche [m2]
Solare Energienutzung
Entspricht 0.074 m2
nutzbare Dachfläche pro
Energiebezugsfläche
14'000
12'000
11'204
10'000
BF Ost; 4'130
noch nicht belegt
8'000
6'000
4'000
BF1; 865
BF3 & S41;
3'487
belegt
2'000
BF2 & 5; 2'722
0
Folie 22 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
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29.05.2016
Integrationskonzept Solarenergie
Bestehende Häuser, pro Haus ein Solarlog
S41, BF3, pro Haus ein Solarlog
Ostarealentwicklung
Energiemesswerte
Statusmeldungen
Modbus
Modbus
Tech-Net (Ethernet)
Solarlog
RS-485
SMA-Protokoll
RS-485
Solarmax-Protokoll
Solarlog
SMA- Wechselrichter
Leistungsotimierer
Tigo
Solarmax- Wechselrichter
Folie 23 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Übersicht
Systemebenen Gebäudeautomation inkl. EMS
Informationsebene div. Liegenschaften
 Planen, Optimieren
Energy Management System (EMS)
 Anzeigen, Analysieren
 Verbessern, Kontrollieren
Managementebene
 Überwachen, Bedienen, Beobachten
Energieplanung
Energieeinkauf
(Vorhersage)
 Alamieren, Optimieren
Lastmanagement
 Datenaufzeichnung, Archivierung
Automationsebene
Basisdaten Lastabwurf,
Sperren u. Freigaben von
Lasten
 Steuer- Regel- Überwachungsund Optimierungsfunktion
 Lastmanagement, E.Funktionen
Kontrollstrategien Produktion,
Speicherung,
Lastverschiebung, Optimierung
Feldebene
 Verbrauchsdaten, Globalstrahlung, Wetterstation
 Instrumentierung Raum
Kunde/Prosumer (Einspeisung)
Building Management System (BMS)
 Transparenz Energie-Verbrauchsdaten
Smart Grid Funktionalität
 Energiedaten erfassen, Analyse, Reports
 Bedarfsmanagement: steuert u. regelt die
Energieanwendung nach Vorgaben des
Fahrplans, Tarif-Information
 Überwachen Grenzwerte, Benchmarking
 Grundlage für Optimierungsmassnahmen
Folie 24 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
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29.05.2016
Niedertemperaturnetz (Anergienetz)
Folie 25 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Technische Umsetzung - Erdsondeneinbindung
 3 Sondenverteiler à 74 Sonden
 Auf Magerbeton erstellt
 Abgestufte Verteilbalken
 Materialisierung: HDPE
Folie 26 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
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29.05.2016
Niedertemperaturnetz (Anergienetz)
Folie 27 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Platzbedarf Erdsondenfelder
Folie 28 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
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29.05.2016
Monitoring Baufeld 2 und 5
Folie 29 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Konzept Technik – Heizbetrieb (Winter)
SG PVT
SG Bereitstellung Nutzenergie
Kühlen
Heizen
BWW
(Von
Kaltspeicher)
El.
KW
BWW
NW
BWW
VW
EWS
KaltSpeicher
WP
BWW
WarmSpeicher
Solar
WP Heizung
RK
(Heizen & Kühlen)
Erdspeicher
Erdspeicher
215 x 150m
554 x 200m
Folie 30 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
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Konzept Technik – Kühlbetrieb (Sommer)
SG PVT
SG Bereitstellung Nutzenergie
Kühlen
Heizen
BWW
(Von
Kaltspeicher)
El.
KW
BWW
NW
BWW
VW
EWS
KaltSpeicher
WP
BWW
WarmSpeicher
Solar
RK
WP Heizung
(Heizen & Kühlen)
Erdspeicher
Erdspeicher
215 x 150m
554 x 200m
Folie 31 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Ziel: Bilanzausgleich
Qin
[kWh]
=
Abwärme, Solar
Gebäudekühlung
Qout
[kWh]
Raumheizung,
Warmwasser
Erdspeicher
Folie 32 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
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29.05.2016
LW-Wärmepumpe als Spitzenlastdeckung
SG L/W-WP
•
•
El.
Bilanzausgleich
Reduktion der Erdsonden um 72 Stück
(à 200m)
Tm(22°C)
Wärmepumpe
Leistung [kW]
Max. Heizleistung
JAZ = 7.5
Spitzenlast
Grundlast
Erdspeicher
Stunden [h/a]
Folie 33 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Vision Zero-Zero erreicht?
Keine CO2-Emissionen
•
Wird erreicht mit hohem Anteil an Umweltenergie
Keine zusätzlich zugeführte Energie
•
•
Stromertrag aus PVT auf Flachdächer wird 50% erreicht
Zusätzlicher Stromertrag aus Fassaden würde nahezu 100% erreicht
Folie 34 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
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29.05.2016
Energiebilanz Strom Endenergie
4'000
3'563
3'563
3'500
823
3'000
1'805
MWh
2'500
Netzstrom
PV-Ertrag
2'000
Hilfsenergie HLK
1'500
WP-Strom
2'739
1'000
1'758
500
0
Bedarf
Deckung
Total
Deckungsgrad
Solar: 49%
Folie 35 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Wärmebilanz Erdspeicher (Anergie)
8'000
7'115
7'115
7'000
6'000
1'827
2'905
MWh
Abwärme/Kühlung
4'000
3'000
Luft-WP
Solar thermisch
5'000
1'950
5'288
Warmwasser
Raumheizung
2'000
Total
2'260
1'000
0
Entzug
Eintrag
Folie 36 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
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29.05.2016
Wärmebilanz Erdspeicher (Anergie)
Ökologische Betrachtung (Vgl. mit Biogas und KM)
CO2-Ausstoss
Primärenergie Minergie
1'200
70.0CO2-Ausstoss
1'000
60.0
1'244
600
400
0
25.0
50.0
40.0
76.0
30.0
10.0
23
Biogas & KM
20.0
32.0
15.0
10.0
5.0
21.9
13.4
0.0
0.0
Öläquivalent nach
8.0 l Minergie 7.2 l
System
Suurstoffi
System
Suurstoffi
Biogas & KM
Biogas & KM
Öläquivalent nach ecobau
3.5 l
3.0 l
3.0 l
2.5 l
l/m2
l/m2
30.0
20.0
System
Suurstoffi
7.0 l
6.0 l
5.0 l
4.0 l
3.0 l
2.0 l
1.0 l
0.0 l
35.0
kWh/m2
800
200
Primärenergie eco-bau
80.0
kWh/m2
CO2-Ausstoss in Tonnen
1'400
2.1 l
2.0 l
1.5 l
1.3 l
1.0 l
0.5 l
0.0 l
System
Suurstoffi
Biogas & KM
System
Suurstoffi
Biogas & KM
Folie 37 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Wärmegestehungskosten
Gestehungskosten
Sensitivitätsanalyse
0.250
Unterhaltskosten
+1.0%
Stromkosten ±20%
Wärme und Kälteerzeugung
Energiebedarf Kälte ±40%
Biogas & KM
Energiebedarf Wärme
±20%
System
Suurstoffi
Kosten Sonden ±10%
0.000
-23%
0%
-32%
Kosten Gebäudetechnik
±20%
0.050
Zinssatz 1.5, 2, 4%
0.214
Kosten Leitung ±20%
0.179
Amortisation GT Wärme
15, 20, 25 J
0.100
0.22
0.21
0.20
0.19
0.18
0.17
0.16
0.15
0.14
Amortisation Anergienetz &
EWS: 40, 60, 80 J
0.150
Fr./kWh
Fr./kWh
0.200
Folie 38 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
19
29.05.2016
Energieverbund Zug
Wärme- und Kälteerzeugung ab Seewasser
Version vom 02.05.2016
Folie 39 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Motivation für Energieverbund
Folie 40 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
20
29.05.2016
Motivation: 2000-Watt-Gesellschaft
KANTON ZUG
STADT ZUG
AUSZUG AUS LEITBILD KT. ZUG
DIE BEVÖLKERUNG DER STADT ZUG HAT
AM 15. MAI 2011 DEN ZIELEN FÜR EINE
2000-WATT-GESELLSCHAFT ZUGESTIMMT.
DER STADTRAT LIESS DURCH DIE
UMWELT UND ENERGIEKOMMISSION
MASSNAHMEN IM BEREICH WÄRME,
ELEKTRO, VERKEHR UND
KOMMUNIKATION ERSTELLEN. IM
BEREICH WÄRME IST DAS VORLIEGENDE
KONZEPT MIT DEM
ENERGIEVERBUNDSYSTEM EINE STARK
GEWICHTETE MASSNAHME.
DER KANTON ZUG WILL AUCH MIT SEINER
ENERGIEPOLITIK DIE BALANCE ZWISCHEN
WACHSTUM UND WAHRUNG NATÜRLICHER
RESSOURCEN HALTEN.
ER VERLANGT EINE SICHERE
VERSORGUNG MIT ELEKTRIZITÄT UND
EINEN DEUTLICH STEIGENDEN ANTEIL
ERNEUERBARER ENERGIEN BEI DEN
ENERGIETRÄGERN.
ENERGIE MUSS WIRKSAMER EINGESETZT
WERDEN, DER ENERGIEBEDARF SOLL
INSGESAMT SINKEN.
Folie 41 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Motivation: Fokus
Folie 42 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
21
29.05.2016
Motivation für Energieverbund
Folie 43 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Herausforderung: Definition von technischen Vorgaben
-> Leistungsdefinition
• Feuerungskontrolle
• Nutzungszonen heute
• Nutzungszonen verdichtet
Folie 44 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
22
29.05.2016
Grundkonzept
Nutzung hohes
Temperaturniveau von
Tiefengrundwasser 14 °C
für Wärme
Nutzung Seewassertemp.
4°C bis 7°C für Kälte
Folie 45 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Herausforderungen: Auswirkungen auf See
• Auswirkungen auf den See
Folie 46 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
23
29.05.2016
Herausforderungen: Wirtschaftlichkeit
• Wirtschaftlichkeit
Folie 47 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Herausforderungen: Ausbauetappen
• Wirtschaftlichkeit
Deckung mit Gas
P_nenn
P WP + 2.7 MW
Kostenentwicklung der drei Ausbaustufen:
Nennleistung 12 MW, WP-Leistung 8.1 MW
Nennleistung 18 MW, WP-Leistung 8.1 MW
1.
Ausbau
Stufe
Nennleistung 18 MW, WP-Leistung 10.8 MW
2.
Ausbau
Stufe
Folie 48 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
24
29.05.2016
Herausforderungen: Platz für Standort
Folie 49 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Zentralenstandorte
 Kritisches Element
Folie 50 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
25
29.05.2016
Zentralen
• Platzbedarf innerhalb Zentrale
Folie 51 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
Kontakt
Elmar Fischer
COO Hans Abicht AG
Dipl. Ing. FH SIA HLK
VR / Partner
[email protected]
Hans Abicht AG
Industriestrasse 55
6300 Zug
www.abicht.ch
Telefon:
Direkt:
Natel:
041 768 30 68
041 768 30 46
076 444 77 63
Folie 52 ¦ 24.05.2016 ¦ Mittwochsgesellschaft ¦ Energie im Überfluss
26