Erfolgsfaktoren für solare Mikrowärmenetze mit 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 der Präsentation: 1. Motivation, Fragestellung und Methode 2. Beispiele für GEOSOL-Fallstudien 3. Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Untersuchungsleitende These 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

Das GEOSOL-Modellsystem Fragestellung Das GEOSOL-Modellsystem

Forschungsfragen Fragestellung Allgemein: Erfolgsfaktoren für das GEOSOL-Modellsystem? Drei Hauptziele: Eignung von oberflächennahen geothermischen Speichern (langfristig, dynamisch). Technische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Rahmenbedingungen für das GEOSOL-Modellsystem. Analyse der praktischen Umsetzbarkeit anhand von Fallstudien im Großraum Wiener Neustadt.

Forschungsfragen - Details 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?

Beiträge der HTL Wr. Neustadt 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 Quelle: Geologische Bundesanstalt Wiener Neustadt Muggendorf Gutenstein Maiersdorf Wiener Neustadt Quelle: Geologische Bundesanstalt Ternitz Raach am Hochgebirge

Fallstudie Maiersdorf GEOSOL-Fallstudien Fallstudie Maiersdorf Luftbild: NÖ Landesregierung, NÖ-Atlas

Kennwerte der Gebäude Fallstudie Maiersdorf 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

Theoretischer Ertrag der Solaranlagen 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

Fallstudie Muggendorf GEOSOL-Fallstudien Fallstudie Muggendorf Luftbild: NÖ Landesregierung, NÖ-Atlas

Wärmebedarf der Gebäude 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

Theoretischer Ertrag der Solaranlagen Fallstudie Muggendorf Theoretischer Ertrag der Solaranlagen Gebäude Kollektorfläche (m²) Kollektorertrag (kWh/a) Altbau 157,5 111 790 Schuppen 140 98 718

Fallstudie Muggendorf

Wärmespeicherung vs. -entzug 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 Leistungs-erhöhung um 30% bei anschließendem Wärmeentzug gegenüber konventionellen Wärmeentzug

Temperaturen im sondennahen Bereich 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.

Anordnung von Sondenfeldern Vorläufige Ergebnisse Anordnung von Sondenfeldern Einzelsonde (Ladung u. Entladung) Verluste nach oben y x x T Nicht wieder- gewinnbar! T0 z x Saisonale Welle, Verluste! Verluste nach unten

Anordnung von Sondenfeldern Vorläufige Ergebnisse Anordnung von Sondenfeldern 1 Lade- u. 3 Entladesonden Optimaler Sondenabstand: Homogener Untergrund? Bodenbeschaffenheit? Grundwasser? Grundwasser mit Strömung?

Anordnung von Sondenfeldern Vorläufige Ergebnisse Anordnung von Sondenfeldern Variable Ladung/Entladung: kurzfristige Schwankungen: alle Sonden langfristige (saisonale) Überschüsse in den zentralen Sonden!

Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen (1): 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 Ergebnisse und Schlussfolgerungen (2): 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 Ergebnisse und Schlussfolgerungen (3): 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!

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