am Beispiel des Energieverbunds Spreebogen Nutzung von Aquiferspeichern für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden am Beispiel des Energieverbunds Spreebogen Quelle: Itw Stuttgard 13.09.2011 Präsentation zur Vorlesung Geothermie bei Prof. Dr. Manfred Koch

Agenda Aquifere Aquiferspeicher zur Wärme- und Kälteversorgung Fallbeispiel: Energieverbund Spreebogen Potential geothermischer Aquiferspeicher in Deutschland 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Aquifere Grundwasserführende Schicht hochpermeable Gesteinsschichten mit ausreichend durchlässigem Material, um signifikante Mengen an Wasser zu speichern oder weiterzuleiten hochporöse Sandsteine sowie andere stark geklüftete oder verkarstete Sedimentgesteine Quelle: Welt der Physik Quelle: TAB-Arbeitsbericht Nr.84 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Aquifere Aquifer-Wärmespeicher nach oben und unten hydraulisch abgeschlossene Grundwasserschichten hydraulische Durchlässigkeit kf > 10-5 m/s geringe Grundwasserfließgeschwindigkeit biologische & chemische Zusammensetzung Quelle: Schmidt/ Müller-Steinhagen Quelle: Schmidt/ Müller-Steinhagen 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Aquiferspeicher zur Wärme- und Kälteversorgung Warum Energiespeicher: Verringerung von Energieverlusten Im Sommer: kaum Abnehmer für Abwärme aus Stromerzeugung (KWK), aber Kühlbedarf (erzeugt auch Abwärme) Im Winter: Kaum Bedarf an der zur Verfügung stehenden Kälte, aber Wärmebedarf Lösung: Langzeitspeicher zur Überbrückung Gut kombinierbar mit Solarthermie (Großanlagen) Problem Langzeitspeicher: konventionelle Speicher sind teuer, verlustreich Lösung: unterirdische, natürlich vorkommende Speicher Möglichkeiten: Erdwärmesonden (20 bis 100m), Aquifere (Tiefe 100m bis 300m wegen Konkurrenz zu Trinkwassernutzung bzw. zu hohen Kosten) Aber: Einleitung von Wasser in Untergrund erfordert Genehmigungen Quelle: VDI 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Aquiferspeicher zur Wärme- und Kälteversorgung Speichermedium ist Grundwasser sowie poröses Gestein Gespeicherte Energie wird direkt / über Wärmepumpe genutzt Aquifere: Tiefe ≈ 100m bis 1500m (Optimum bei ca. 200m) Dicke ≈ bis 100m (Verteilung der Wärme) möglichst homogene Struktur Einsparungen: Im Schnitt können ¾ der Wärmeenergie eigespart werden Bei Kühlung bis zu 80% Energiekosteneinsparung Bei Kombination ggf. zusätzliche Verbesserung der Energiebilanz Quelle: Schossig, Seibt/ Kabus, Geophysica 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Aquiferspeicher zur Wärme- und Kälteversorgung Einsatz besonders bei Gebäuden mit hohem Kühlbedarf im Sommer interessant: Bürogebäude, Einkaufszentren, Krankenhäuser Kongressgebäude, Ausstellungs- & Messehallen Nahwärmenetze Warmwasser & Heizungsunterstützung für Gebäudekomplexe Voraussetzungen: Sehr geringe Strömungsgeschwindigkeit & -richtung Volumen des Aquifers: 10.000m³ bis 1.000.000m³ Hydrogeologische Standortbedingungen (weitreichende Kenntnisse aus 1980ern aufgrund von Erdgasbohrungen) Quelle: Geophysica, VDI, AEE 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Aquiferspeicher zur Wärme- und Kälteversorgung Speicher aus mind. einer Bohrgruppe: Entnahme & Injektion Wasserentnahme über Entnahmebohrung aus grundwasserführender Schicht Abgekühltes / aufge- wärmtes Wasser über Injektionsbrunnen wieder in Aquifer einspeisen Abstand der Bohrungen 50 – 300m Quelle: Schossig Quelle: Schossig, Geophysica 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Fallbeispiel: Energieverbund Spreebogen Investition rund 40Mio. Mark (in Summe) Strom und Wärme bis zu 80% aus erneuerbaren Enegrien Spitzenlast, Erstatzstromversorgung aus öffentlichem Netz CO2-Ausstoß wird um mehr als 50% reduziert (gegenüber städtischem Strom & Fernwärme) BHKW mit Bio-Diesel, stromgeführt Abwärme wird direkt genutzt für Heizung, Absorptions-Kälteanlage oder in Aquifer gespeichert 2 Aquifere (für Wärme und Kälte) Quelle: Berliner Morgenpost Quelle: Die Woche 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Fallbeispiel: Energieverbund Spreebogen oberer Aquifer: Kältespeicher: Etwa 50m unter Reichstagsgebäude Süßes Grundwasser Erschlossen durch 5 Bohrungen max. Förderrate 300 m³/h Abkühlung im Winter (Temp. < 0°C) auf 5°C Entnahmetemperatur 6 – 10°C max. Injektionstemperatur 30°C Quelle: Huenges Quelle: Die Woche Berliner Energietage, Huenges 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Fallbeispiel: Energieverbund Spreebogen unterer Aquifer: Wärmespeicher: Rund 300m Tiefe (durch etwa 60m Tonschicht abgedeckt) Salzhaltiges Sohle-Wasser Erschlossen durch Dublette max. Förderrate 100m³/h Beladungstemperatur: max. 70°C Entnahmetemperatur: 65°C -30°C (mit Wärmepumpe bis auf 20°C möglich) Quelle: Huenges Quelle: Die Woche, Berliner Energietage, Huenges 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Fallbeispiel: Energieverbund Spreebogen Beladung der Aquifere: Wärmespeicher: Einspeisung etwa 70°C heißem Wasser Heißes Wasser stammt aus KWK des BHKW Temperatur sinkt bis Beginn der Nutzung auf etwa 65°C Kältespeicher: Wasser wird durch Trockenkühler und Verdampfer abgekühlt und eingespeist (5°C) Bis zum Einsatz der Kälte steigt Temperatur auf 6°C Kühlung über Kühldecken (direkter Wärmetausch) η ≈ 75% η ≈ 90% Quelle: Schmidt/ Müller-Steinhagen Quelle: Die Woche, Schmidt/ Müller-Steinhagen 12 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Fallbeispiel: Energieverbund Spreebogen Betriebsumstellungen: niedrigere Einspeichertemperaturen angepasste Abnahme Rückkühlung erst ab 2003 Forschungsprojekt Quelle: Kranz et al.2009 13 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Fallbeispiel: Energieverbund Spreebogen Temperaturverlauf am Bohrungskopf des Wärmespeichers über 3 Zyklen Absinkende Fördertemperatur (dunkelblau) in Entladungsperiode ist Charakteristisch für Aquiferspeicher Quelle: Huenges Quelle: Huenges 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Fallbeispiel: Energieverbund Spreebogen in Berlin Quelle: Die Woche 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Potential geothermischer Aquiferspeicher in Deutschland Untersuchung unterstützt von der Europäischen Kommission aus 90er Jahren (DIS-0463-95-NL (1997) - Seasonal thermal energy storage in NW Europe) Unter 70% der Fläche von Deutschland befinden sich Aquifere, die als Wärme- bzw. Kältespeicher genutzt werden können Untersuchung ging nur bis zu einer Tiefe von 150m d.h. das Potential zur Nutzung von Aquiferspeichern ist noch höher Weitere größere Projekte in Deutschland: Fernwärmenetz Neubrandenburg Wohnkomplex „Helios“ in Rostock Quelle: Seibt / Kabus 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Quellenverzeichnis AEE: Agentur für Erneuerbare Energien e.V. (2009): Hintergrundinformation – Wärme speichern, zugegriffen über: http://www.unendlich-viel-energie.de/uploads/media/18_Hintergrundpapier_November_2009_Waerme_ speichern.pdf, am 07.09.2011 Berliner Energietage: Römmling, U. (2001): Ergebnisse und Erfahrungen bei der Umsetzung des energiesparenden Bauens am Beispiel der Berliner Bundesbauten, zugegriffen über: http://www.bine.info/fileadmin/content/ Publikationen/Projekt-Infos/Zusatzinfos/2003-13_Vortrag_Berliner_Energietage.pdf, am 25.08.2011 Berliner Morgenpost: Berliner Morgenpost: Geheimpapier offenbart massive Sicherheitslücke, zugegriffen über: http://www.morgenpost.de/ politik/article1492564/Geheimpapier-offenbart-massive-Sicherheitsluecken.html, am 07.09.2011 Die Woche: Die Woche 10.07.1998: Der Öko-Reichstag, zugegriffen über: http://www.co2sparhaus.de/fileadmin/ co2/img/Oeko-Reichstag.pdf, am 07.08.2011 Geophysica: Geophysica Beratungsgesellschaft mbH: Geothermische Aquiferspeicher – Wärme und Kälte aus Grundwasserspeichern, zugegriffen über: http://www.geophysica.de/Downloads/Aquiferspeicher.pdf, am 07.08.2011 Huenges: Huenges, E. (2006): Geothermie – Nachhaltige Stromerzeugung mit KWK, zugegriffen über: http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/th2006/th2006_02_04.pdf, am 07.09.2011 itw Stuttgard: itw Stuttgard: Aquifer-Wärmespeicher, zugegriffen über: http://www.itw.uni-stuttgart.de/abteilungen/ rationelleEnergie/technik/aquifer.php, am 07.09.2011 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

Quellenverzeichnis Kranz et al. 2009: Kranz, S. et al. (2009): Aquiferspeicher für die Wärme und Kälteversorgung von Gebäuden, zugegriffen über: http://www.enob.info/ fileadmin/media/Publikationen/EnOB/EnOB_Statusseminar_2009/ EnOB_Statusseminar_Block_III.pdf, am 07.09.2011 Schmidt/ Müller-Steinhagen: Schmidt, T.; Müller-Steinhagen, H. (2005): Erdsonden- und Aquifer-Wärmespeicher in Deutschland, zugegriffen über: http://solites.org/download/05-01.pdf, am 07.09.2011 Schossig: Schossig, P. (2005): Thermische Speicher, zugegriffen über: http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/ Themenhefte/th2005/th2005_06.pdf, am 07.09.2011 Seibt/ Kabus: Seibt, P.; Kabus, F. (2006): AQUIFER THERMAL ENERGY STORAGE – PROJECTS IMPLEMENTED IN GERMANY, zugegriffen über: http://intraweb.stockton.edu/eyos/energy_studies/content/docs/FINAL_PAPERS/4A-1.pdf, am 07.09.2011 TAB-Arbeitsbericht Nr.84: Paschen, H.; Oertel, D.; Grünwald, R. (2003): Möglichkeiten geothermischer Stromerzeugung in Deutschland , zugegriffen über: (http://www.ipp.mpg.de/ippcms/ep/ausgaben/ep200304/bilder/ab84.pdf, am 07.09.2011 VDI : VDI Nachrichten 19.10.2007: Energie in Aquiferen lagern, zugegriffen über: http://www.eflocon.de/pdfarchiv/ energietechnik/19.10.2007%20Energie%20in%20Aquiferen %20lagern%20VDI-N.pdf, am 07.08.2011 Welt der Physik: Welt der Physik: Sandstein aus dem Ketziner Untergrund, zugegriffen über: http://www.weltderphysik.de/ de/3730.php?i=5892, am 07.09.2011 13.09.2011 Aquiferspeicher für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden

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