Kalte Nahwärmenetze mit Geothermie im Stadtgebiet
– Projekterfahrungen und Herausforderungen
Michael Viernickel
Strombedarf 9,5 TWh
Wärmebedarf 37 TWh
Kühlbedarf5 TWh
Stadt-Strom 9,5 TWh
PV-Strom Stadt
3,5 TWh
Geothermische Saisonalspeicherung
Verluste 2 TWh
KWK – Wärme 10 TWh
EE-Strom 3 TWh
3 TWhWind- und PV-Strom
aus Brandenburg
KWK-Strom
10 TWh
WP COP 3,7
Wärmepumpen Wärme 27 TWh
Umgebungswärme15 TWh
5 TWh
WP-Strom 7 TWh
Gas fossil22 TWh
Energieversorgung Berlins mit Synergienutzung
JAZ=3,8
Verluste 2 TWh
EE-Gas 22 TWh
WP COP 3,7
Stadt-Strom 9,5 TWh
Umgebungswärme15 TWh
EE-Stromfür Power to Gas
37 TWh
Verluste 15 TWh
KWK – Wärme 10 TWh
EE-Strom 3 TWh
5 TWh
KWK-Strom
10 TWh
WP-Strom 7 TWh
40 TWhWind- und PV-Strom
aus Brandenburg
PV-Strom Stadt
3,5 TWhStrombedarf
9,5 TWhKühlbedarf
5 TWh
Wärmebedarf 37 TWh
Wärmepumpen Wärme 27 TWh
Geothermische Saisonalspeicherung
Dekarbonisierte Energieversorgung Berlins
60%
JAZ=3,8
Strombedarf 9,5 TWh
Wärmebedarf 37 TWh
Kühlbedarf5 TWh
PV-Strom Stadt
3,5 TWh
Verluste 6 TWh
KWK – Wärme 37 TWh
3 TWhWind- und PV-Strom
aus Brandenburg
Gas
au
s EE
-Str
om
80
TWh
Energieversorgung Berlins mit EE-KWK-Fernwärme
KWK-Strom für
Wärmepumpen außerstädtisch
20 TWh
EE-S
tro
m f
ür
Po
wer
to
Gas
130
TW
h
60%
Geothermisches Potenzial der markierten Flächebei saisonaler Wärmespeicherung
(z.B. mit Grundwasser basierten Lösungen fernab der Trinkwasserwerke)
(Temperaturschwankung 5-15°C über eine Grundwassermächtigkeit von 30m)
20 000 GWh
Geothermisches Potenzial und Nutzung in Berlin
144 GWh
70 GWh
144 GWh TerrestrischesGeothermie-Potenzial (reiner Wärmeentzug)
20 18 29 21 1648
133
380362330
366
306285247240
266
13611762
0
100
200
300
400
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
7.340 Erdsonden (Oktober 2017) in Berlin (3.400 Anlagen)
Gen
ehm
igu
ng
Erd
wär
mea
nla
gen
Geothermie – Abwasser – Wärmepumpe – BHKW - Kessel
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
11
69
33
75
05
67
38
41
10
09
11
77
13
45
15
13
16
81
18
49
20
17
21
85
23
53
25
21
26
89
28
57
30
25
31
93
33
61
35
29
36
97
38
65
40
33
42
01
43
69
45
37
47
05
48
73
50
41
52
09
53
77
55
45
57
13
58
81
60
49
62
17
63
85
65
53
67
21
68
89
70
57
72
25
73
93
75
61
77
29
78
97
80
65
82
33
84
01
85
69
87
37
Leis
tun
g [
kW
]
Geo-WP
Umweltwärme
AbWasser-WT
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
125
651
176
610
2112
7615
3117
8620
4122
9625
5128
0630
6133
1635
7138
2640
8143
3645
9148
4651
0153
5656
1158
6661
2163
7666
3168
8671
4173
9676
5179
0681
6184
1686
71
Leis
tun
g [
kW]
GK
BHKW
Geo-WP
Abwasserwärmetauscher
• Wärmetauscherlänge 150 m/MW (bei 11.300 m³/Tag)
• meist ganzjährig 12 °C (zulässig:14 �12°C und 22 � 23°C)
• ca. 670 T€/MW (Baumaßnahme und Mantelwärmetauscher)
• Jahresnutzungsgebühr 7-14T€/ MW
Arealstromnetz
Anergienetz
AbwasserwärmenutzungAbwasserwärmenutzung
Abwasser- und Geothermietemperaturen
12°C Abwasserwärme
Grundwasser
Erdwärmesonde
Temperatur des Grundwassers
12°C12°C
22°C Abwasserwärme
12-22°Cim Jahresgang
Temperatur der Erdwärmesonden
12°C
Umgebungswärmenutzung und Sektorkopplung
Gerätekühlung
Strom-Einspeisung
BKWK
Gas-Einspeisung
Solarthermie
Photovoltaik
Kaltes Umgebungswärmenetz
Abluft-Wärmerückgewinnung
EE-Strom
AbwärmeSynergien
SaisonaleSpeicherung
Solarenergie
Kraftwärmekopplung Wärmepumpen
Abwasserwärme-nutzung
Zellularer Ausbau mit Hybriden und bidirektionalem Netz
GasStromKaltnetz
Wärmepumpen PV Abwasserwärme GeothermieGeothermie Wärmepumpen PV Akku
Geothermie Solarthermie Wärmepumpen
Geothermie Wärmepumpen Kraft-Wärme-Kopplung
AbwärmenutzungKühlungGeothermieWärmepumpenKraft-Wärme-Kopplung
Stromverbund
Umweltwärme-verbund
„Geo-Hybrid-Zelle“
Kombination
BHKW mit Wärmepumpe
Einfamilien-ReihenhäuserMehrfamilienhaus
BHKWWärmepumpe Arealstromnetz Anergienetz
� Gesamtwärmepreis nach 20 Betriebsjahren: 10-11 ct/kWh
Kaltnetzkonfiguration mit Abwasserdruckleitung
• Ein- oder Zweileiternetz
• Strahlen-, Ring- oder Maschennetz
• Frostschutz oder Wasser -Wärmetauscherkonfiguration
• Uni- oder bidirektional
• Gerichtet oder ungerichtet
• Differenzdrucklos mit aktiven Nutzern oder druckbeaufschlagt mit passiven Nutzern
Beispiel: Quartierslösung mit Anergienetz
127 Wohneinheiten mit 15.540 m²
• 30 Einfamilienhäuser
• 7 Mehrfamilienhäuser mit je 11 WE
• 3 Mehrfamilienhäuser mit je 7 WE
• Bestandsvilla mit 6 WE
Konzept Niedertemperaturnetz mit KWK-WP-Hybrid
Umwelt750 MWh
Gas200 + 524 MWh
724 MWh
Wärmepumpe (Jahresarbeitszahl=4)
500 kW / 1.000 MWh
352 kW / 1054055 kWh
BHKW (therm. Wirk.grad 48%)
160 kW / 320 MWh Strom (el. Wirk.Grad = 37%)
125 kW / 250 MWh
Kessel (Nutzungsgrad 90%)
150 kW / 180 MWh
724 Gaseinsatz / 1.500 Wärme = 0,483
d.h.
1 kWh Gas = 2,1 kWh Wärme
311 kW / 496.695 kWh
BHKW +
GaskesselAbgaswärmetauscher
Wärmepumpen
Erdsonden
Arealstromnetz
Kaltnetz
LuftkühlerNahwärmenetz
Geothermisch gestütztes bidirektionales ungerichtetes Netz
10 EWS9m³/h
12 EWS10 m³/h
8 EWS7 m³/h
10 EWS9 m³/h
13 m³/h
13 m³/h
13 m³/h
13 m³/h
13 m³/h
13 m³/h
5 m³/h
8 EWS7 m³/h
20 m³/h
10 m³/h
15 m³/h
15 m³/h
• Gebäudekühlung
• Abgas- und BHKW-Kühlung
• Wärmepumpe
• Geothermie-Sondenspeicher
• Ringpumpen
Regelgrößen:
Leistungs- und Massenbilanz
� Druckdifferenz
� Temperatur(-korridor)
13 m³/h
Netzregelung
Jede „Zelle“ sorgt für (optimierte) Bedarfsdeckung von Strom, Wärme und Kälte
Geothermiespeicher Temperaturzielkorridor im Jahresgang
Anergienetzregelung Differenzdruckhaltung (deltaP = 0)Temperatur 5-20°C
Stromnetz: Spannungskonstanz
Themen der Digitalisierung:
• Anlagenregelung mit Fahrplanoptimierung
• Regelung der Übertragernetze(Stromnetze, Wärme- und Kaltnetze)
• Abrechnungssystematik (zentral oder P2P)
FREI LAST HOCHLAST ÜBERLAST
Daten & KI - Ist der Geist schon aus der Flasche ?
„Blackout – Morgen ist es zu spät“
Weitere Nutzen Integrierter Energiewirtschaft
Bedarf
Herausforderungen
Energiezufuhr PV-StromWind-StromGas
Umweltenergieinnerstädtisch
PV-Strom
AltlastenGrundwasser-
hochstandDenkmal-/
BestandsschutzSozial verträgliche
MietenVerkehrskollaps
Emissionen
IntegrierendeLösungen
AbwärmeUmgebungs-
Wärme
Kälte-Wärme-Synergien
Abwärmenutzung Wärme-Speicher StromspeicherGeothermische Wärmespeicher
Gebäude als Speicher
LowEx-Technologien Sanierungs-KonzepteWetter- und
Prognosebasierte Regelung
HT- & Niederhub-Wärmepumpen
Integrale Grundwasser-
BewirtschaftungUmweltenergie-Netze
Netz-Strom
KWK / GuDBrennstoffzellen
SektorkopplungP2P / M2M
Smart ContractingMobilität &
Ladesysteme„Shared Economy“Bürgerbeteiligung
P2X
StromHeizwärme KühlungProzesswärmeTrinkwasser Mobilität
Inhalt
Michael Viernickel - Geo-En GmbH Schwedter Str. 9b, 10119 Berlin
+49 152 5354 3576 [email protected]
• Einrichtung eines abwägenden „Systemintegrators“
• Entlastung der Durchleitung ( Netzentgelte und Umlagen )
• Ermöglichung der Vernetzung ( Arealstromnetze, Umgebungswärmenetze )
• Gestaltung bürgernaher Geschäftsmodelle zur Ermöglichung von Partizipation
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+ + + Die Leitveranstaltung der Energiewende in Deutschland fand in 2018 vom 07. bis zum 09. Mai im Ludwig Erhard Haus in Berlin statt.
Weitere Informationen und viele Vortragsunterlagen zu über 350 Vorträgen aus 57 Veranstaltungen im Rahmen der Berliner ENERGIETAGE 2018 finden Sie unter
www.energietage.de
Ein Vortrag im Rahmen der