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Knutzen - Netzgebunde geothermische Systeme

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Netzgebunde geothermische Systeme –
Best Practice Beispiele
Energieforum West
Essen, 26 Jan. 2015
Lars K. Knutzen, M.Sc.
GZB - International Geothermal Centre
lars.knutzen@geothermie-zentrum.de
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
Inhalt
a. Einleitung
Best Practice
b. Auguste Victoria, Marl
c. Robert Müser, Bochum
d. Troisdorf
e. Mijnwater, Heerlen
f. Unterhachingen & Grünwald
g. Île de France
h. Ausblick
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
2
a. Anteile Energieformen
2428 TWh Endenergie D
2011
Wärme
Strom
Kraftstoffe
[UBA 2013]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
3
a. Anteile Energieformen
Endenergie priv. Haushalt
2007
Raumwärme
Warmwasser
Strom/mecha.
Energie
sonst.
Proz.wärme
Beleuchtung
[CO2 Gebäude Report, BMVBS 2007]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
4
a. Fernwärme Infrastruktur
 Umweltaspekte
 Geringste Emissionen bei geothermischer Fernwärme (ca.
130 g/kWh)
 Randbedingung
 150 m²
 EnEV 2009
 Standort D
 4 Personen
[EGEC 2012]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
5
a. Geothermische Fernwärme in Europa
 Marktanteil der Fernwärme in Europa: 10 %
 6000 Netze, davon 237 geothermische
Fernwärmenetze
 Europa: 4310 MWth weitere 2200 MWth sollen
bis 2016 folgen
 EU-28: 1620 MWth mit 184 geothermischen
Fernwärmenetzen
 In 19 EU-Staaten wird ein geoth.
Fernwärmenetz betrieben
[EHP13], [GeoDH14]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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a. Geothermische Fernwärme in Europa
 Leistungsspektrum 0,5 bis 50 MWth
 24 geoth. Fernwärmenetze in Deutschland, bis
2016 mehr als Verdopplung
[GtV13], [EGEC14]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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a. Geothermische Fernwärme in Europa
Investition durchschnittlich 3 bis 12 Mio. €
Leistungsbereich 0,5 bis 50 MWth
Gestehungskosten von 20 bis 80 €/MWhth
Investorengruppen:
Öffentliche, regionale oder kommunale Hand
Private Investoren, Immobilienbranche
Gegründete Firmen aus privaten und
öffentlichen Trägern
[EGEC12]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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b. Auguste Victoria
Fertigstellung 36 WE 2009/10 – Vivawest
Ziel Begrenzung der Betriebskosten
Nachnutzung eines
Grubenschachtes
Heizkosten: 2,81 €/m2
[Farwick, EVONIK 2010, NASDAQ 2015]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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b. Auguste Victoria
[Farwick, EVONIK 2010]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
10
b. Auguste Victoria
[Farwick, EVONIK 2010]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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b. Auguste Victoria
 Herstellung der 6
oberflächennahen Erdsonden
(3 x 175 m Bohrtiefe pro Haus)
[Farwick, EVONIK 2010]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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b. Auguste Victoria
Schacht
AV 2
WOHNHÄUSER
4x 6WE (1.BA)
2x 6WE (2.BA)
mit insgesamt
3.300 m² Wohnfläche
 Verlauf der Erdwärmeleitung vom Schacht zu den
Wohngebäuden
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
[Farwick, EVONIK 2010]
13
b. Auguste Victoria
[Farwick, EVONIK 2010]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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b. Auguste Victoria
WP T330
Pufferspeicher
Warmwasserspeicher
Wärmetauscher
[Farwick, EVONIK 2010]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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c. Robert Müser
RAG / Schacht Arnold
[Raube, Stwk Bo 2010]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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c. Robert Müser
Grubenwassermenge: ca. 10 Mio. m³/a
minimaler Volumenstrom: ca. 6 m³/min
Wassertemperatur: ca. 20 °C
Teufe: - 570 m
[Raube, Stwk Bo 2010]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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c. Robert Müser
Wärmekunden
 Gesamtschule
 Grundschule
 Schulsporthalle / -schwimmbad
 Hauptfeuerwehrwache
ges. Jahreswärmebedarf
kWh/a
3.029.000
ges. therm. Leistung
kW
1.600
Leistung Wärmepumpen
kW
500
Trassenlänge Leitungen
m
815
Investitionskosten
Euro
CO2 Einsparung
to CO2/a
800.000
245
Zus. Wärmekunden
 Neue Gebäude im Industriegebiet
 Neue Gebäude im B-Plan 405 b
[Raube, Stwk Bo 2010]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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EXKURS - Grubenwasserhaltung
[Fischer, RAG 2014]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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d. Troisdorf – Moselfeld & Fritz-Erler-Str.
750 kW
~ 1.300 MWh/a
Quelle 10 °C
∆T = 4 K
Brunnenanlagen
6 kW WP
[Mands 2014]
Netzgebunde geothermische Systeme
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d. Troisdorf
[Mands 2014]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
21
d. Troisdorf
[Mands 2014]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
22
d. Troisdorf
[Mands 2014]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
23
e. Mjinwater, Heerlen
MIBuilding
MI-HH1
MI-Cluster
MI-HH2
MI-HLN1
MI-HLN2
[Verhoeven 2014]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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e. Mjinwater, Heerlen
Return well HLN3
CLUSTER D
Componenta-Otterveurdt
out of order
Hot to Hot (HH2)
Cold to Cold (HLN2)
Thot supply 28˚C
Tcold supply 16˚C
Tcold return 28˚C
Thot return 16˚C
HH1
HLN1
HLN3
HH2
CLUSTER A
Arcus-APG
CLUSTER C
Weller HHC
CLUSTER B
CBSMaankwartier
HLN2
August
2014
Netzgebunde
geothermische
Systeme
All wells
bidirectional
[Verhoeven 2014]
Energieforum West, 26 Januar 2015
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e. Mjinwater, Heerlen
[Verhoeven 2014]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
26
e. Mjinwater, Heerlen
Peak shaving
Valley filling
Selflearning
INTELLIGENT
TOP LEVEL
CONTROL
FRAMEWORK
Adaptive
week/month
PV
BioCHP
HP
S
Market
interaction
S
S
hour/dag
season
Cell/cluster
balancing
Heat
Cold
CT
PV
HP
[Verhoeven 2014]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
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f. Unterhachingen & Grünwald
Spitzen- und
Redundanzheizwerk
Unterhaching
Bestehende FW Trasse
Laufzorn - Grünwald
Streckenführung
Laufzorn - Unterhaching
Geothermiekraftwerk
Unterhaching
Länge 5,3 km, DN 250, bis
120 °C
Leistung: bis 20 MW
Inbetriebnahme:
10.04.2013
Schachtbauwerk
Bohrplatz Laufzorn
[Geisinger 2014]
August
2014
Netzgebunde
geothermische
Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
28
f. Unterhachingen & Grünwald
Verteilung des Thermalwassers (35 MWth)
nach Nachfrage
Fernwärme
Strom (Kalina)
3,3 MWel
[Geothermie Unterhachingen GmbH]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
29
f. Unterhachingen & Grünwald
Koppelung mit Grünwald
20 MWth, (3 MWel)
Verbindung und Austausch mit Geothermie
Kraftwerk Unterhachingen (5 km)
Fernwärmenetz (33 km)
Stromerzeugung (ORC)
[Erdwärme Grünwald]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
30
g. Beispiele für Geothermische Fernwärme
Île-de-France:
54 Brunnen in den 80ern für geothermische
Fernwärme
36 aktive Brunnen zurzeit
Tiefe von 1.500 m bis 1.800 m
Geofluidfördertemperatur 70 °C
Leistung von 230 MWth bei 1.000 GHhth/a
100.000 Wohneinheiten á 70 m²
500.000 t CO2 Einsparung
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
[EGEC12]
31
g. Geoth. Fernwärme, Rohöl und James Bond
Brunnenausbau Îlede-France30
$/bl. 2012 und
$/bl. money-of120 $ the-day
25
100 $
20
80 $
15
60 $
10
40 $
5
20 $
0
0
verändert nach [BP13],[EGEC12]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
32
h. Ausblick
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
33
h. Veränderungen zwischen 2010 bis 2050
Ausgangszustand:
Gesamtmenge: 6.485 GWh/a
Netzhöchstlast: 2309 MW
25 Sekundärnetze
Raumwärmebedarf (privat) sinkt auf 86 %
bis 2030 und auf 70 % bis 2050
Potentielle Verdichtungsnetze: 50 bis
1000 m Abstand zu Primär- oder
Sekundärnetz
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
[BET 13]
34
h. Fernwärmenetze im Ruhrgebiet
 Landesregierung NRW will CO2 Emission bis
2020 um mind. 25 % und bis 2050 bis 80 %
senken
 Effizienz- und Dämmmaßnahmen führen zu
abnehmenden Wärmemengen
 Durch Netzverdichtung Absatz leicht steigend
 Primärnetze Steag und Fernwärmeverbund
Niederrhein (VL bis 180°C), E.ON (VL bis
130°C)
[BET 13]
Netzgebunde geothermische Systeme
Energieforum West, 26 Januar 2015
35
Netzgebunde geothermische Systeme – Best Practice
Beispiele
Energieforum West
Essen, 26 Jan. 2015
Lars K. Knutzen, M.Sc.
lars.knutzen@geothermie-zentrum.de
Quellen









:
BET: Perspektiven der Fernwärme im Ruhrgebiet bis 2050.
Aachen (2013).
BMU: Anteil Erneuerbare Energien am Energieverbrauch,
http://www.umweltbundesamt.de/daten/energiebereitstellungverbrauch/anteile-erneuerbarer-energien-am-energieverbrauch,
(2014)
BMVBS: Bundesministerium für Verkehr, Bau und
Stadtentwicklung; CO2-Gebäudereport 2007; Fraunhofer Institut
für Bauphysik; Stuttgart (2007)
BP: BP Statistical Review of World Energy – June 2013,
http://www.bp.com/statisticalreview Stand 10.09.2013 (2013)
Fischer, P., 2014. Neue Wasser-Wege: die Konzepte zur
Grubenwasserhaltung der RAG. Steinkohle (2012)
Geisinger, Wolfgang; Geothermie Unterhachingen;
Synergiepotenziale bei Geothermieprojekten – am Beispiel
Unterhaching – Grünwald; NRW Geothermiekonferenz; Bochum
(2014)
GtV: Nutzung der Geothermie in Deuthschland,
http://www.geothermie.de /wissenswelt/geothermie/indeutschland.html, Berlin (2013)
EGEC: Geothermal Market Report 2012, Belgium (2012)
EHP – Euroheat & Power: District Heating & Cooling,
Netzgebunde geothermische Systeme
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
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http://www.euroheat.org/comparison-164.aspx Stand 04.11.2013
(2013)
Farwick, Ulrich; EVONIK, Vivawest; Einsatzmöglichkeiten der
Tiefen-Geothermie aus einem ehemaligen Bergwerksschacht bei
neuen Wohngebäuden; NRW Geothermiekonferenz,
Gelsenkirchen, (2010)
GEODH: GeoDH.eu, GeoDH Project, Belgien (2013)
Mands; Geothermisch Beheizte Siedlung – Troisdorf;
GeoTHERM; Offenburg (2014)
NASDAQ; Crude Oil, WTI Price;
http://www.nasdaq.com/markets/crude-oil.aspx?timeframe=10y;
Stand 23.01.2015 (2015)
Raube, Stadtwerke Bochum; Nutzung des Wärmepotentials von
Grubenwässern in Bochum; NRW Geothermiekonferenz,
Gelsenkirchen (2010)
Verhoeven, Rene; Minewater 2.0; NRW Geothermiekonferenz;
Bochum (2014)
Wichert, U., Steag; Regional Cooperation: Steag. Euroheat &
Power Congress; 10 May 2011, Paris (2011)
UBA: Anteile der Energieformen Strom, Wärme und Kraftstoffe,
http://www.umweltbundesamt.de/daten/energiebereitstellungverbrauch/anteile-der-energieformen-strom-waerme-kraftstoffe,
(2013)
Energieforum West, 26 Januar 2015
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