Erfolgsfaktoren für solare Mikrowärmenetze mit

Präsentation zum Thema: "Erfolgsfaktoren für solare Mikrowärmenetze mit"—  Präsentation transkript:

1 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

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

3 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

4 Das GEOSOL-Modellsystem
Fragestellung Das GEOSOL-Modellsystem

5 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.

6 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?

7 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

8 GEOSOL-Fallstudien Quelle: Geologische Bundesanstalt Wiener Neustadt
Muggendorf Gutenstein Maiersdorf Wiener Neustadt Quelle: Geologische Bundesanstalt Ternitz Raach am Hochgebirge

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

10 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

11 Theoretischer Ertrag der Solaranlagen
Fallstudie Maiersdorf Theoretischer Ertrag der Solaranlagen Gebäude Kollektorfläche (m²) Kollektorertrag (kWh/a) Gemeindeamt 160 Vereinshaus 120 88 500 Kindergarten (Altbau) 67 47 000 Kindergarten (Neubau) 33 23 500

12 Fallstudie Maiersdorf

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

14 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

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

16 Fallstudie Muggendorf

17 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

18 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.

19 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

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

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

22 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.

23 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).

24 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!

25 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
GEOSOL Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dr. Peter Biermayr, TU-Wien, Informationen im Web: oder