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Saisonale Wärmespeicher

Saisonale Wärmespeicher. Lehrveranstaltung: Geothermie SS 2012 Dozent: Prof. Dr. rer . nat. Koch Referent: Sebastian Raab. Inhalt. 1. Einleitung 2. Tank-Wärmespeicher 3. Erdbecken-Wärmespeicher 4. Erdsonden-Wärmespeicher 5. Aquifer -Wärmespeicher 6. Fazit.

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Saisonale Wärmespeicher

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Presentation Transcript

  1. Saisonale Wärmespeicher Lehrveranstaltung: Geothermie SS 2012 Dozent: Prof. Dr. rer. nat. Koch Referent: Sebastian Raab

  2. Inhalt 1. Einleitung 2. Tank-Wärmespeicher 3. Erdbecken-Wärmespeicher 4. Erdsonden-Wärmespeicher 5. Aquifer-Wärmespeicher 6. Fazit Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  3. 1. Einleitung Warum saisonale Wärmespeicherung? Solaranlagen: Wärmebedarf im Winter, Erzeugung im Sommer BHKW: Wärmebedarf im Winter, Erzeugung ganzjährig Wärmespeicherung: Im Sommer einspeichern Im Winter ausspeichern Quelle: http://www.solaranlagen-portal.com/images/solar/solares-heizen.jpg Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  4. 1. Einleitung Voraussetzungen für Langzeitspeicher Es sind große Speichervolumina nötig, um wirtschaftlich sinnvolle Speicher zu realisieren Die Mindestgröße für Speicher mit moderaten Dämmstärken liegt bei 1.000 m³ (ungefähr Wasserinhalt eines 25 m Schwimmbeckens) Mindestspeichergrößen für Speicher im Erdreich ohne Dämmung deutlich größer Quelle: http://saisonalspeicher.de Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  5. 2. Tank-Wärmespeicher Speichermedium: Wasser bis 95°C (drucklose Speicher) Wasser bis 120°C (dampfdichter Speicher, überdruck) Bauart: • aus Beton gegossen • Edelstahlauskleidung oder GFK-Konstruktion • in 5 bis 15 m Tiefe • seitlich, oben (Blähglasgranulat in Membranschalung) und unten (Schaumglasschotter) gedämmt • Teilweise als begehbarer Hügel in zu versorgender Siedlung Quelle: http://saisonalspeicher.de Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  6. 2. Tank-Wärmespeicher Anforderungen: Bodenklasse II-III, möglichst kein Grundwasser, gut stehender Boden Größe: Mindestgröße 1.000 m³ (100 Wohneinheiten mit je 70 m² Fläche) Wärmespeicherkapazität: ca. 60-80 kWh/m³ Be- und Entladen: • Über Schichtbeladeeinrichtung • Entladung aus oberem, heißen Teil des Speichers • geringe Trägheit  kurze Zugriffszeiten und hohe Volumenströme möglich Quelle: http://saisonalspeicher.de Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  7. 3. Erdbecken-Wärmespeicher Speichermedium: • Wasser, Wasser-Kies-Gemisch oder Wasser- Erdreich-Gemisch (bis 80°C) • Kiesanteil: 60 - 70 % • Wärmekapazität: • Wasser: 4.190 kJ/m³K • Kies: 2.800 kJ/m³K Größe: • Realisiert: 1.050 m³ - 8.000 m³ • Speicherkapazität: 30-50 kWh/m³ • Speicher muss 1,3-2 x so groß sein wie Tank-Speicher Quelle: http://saisonalspeicher.de Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  8. 4. Erdsonden-Wärmespeicher Speichermedium: • natürlicher Untergrund (am besten hohe Wärmekapazität und Dichtheit) (bis 80°C) • Wassergesättigte Tonschichten u. Gestein • Grundwasserbewegungen führen zu Verlusten Bauart: • Bohrungen bis zu 100 m Tiefe • In die Bohrlöcher werden die Erdwärmesonden (U-förmige Plastikrohre) eingelassen • Bohrloch wird mit Füllmaterial hoher Wärmeleitfähigkeit verfüllt • Nur Speicheroberseite wird gedämmt (Dämmung, Dichtschicht, Schotter, Erdreich und Humus, insgesamt 2-3 m unter Geländeoberkante Frostfreiheit) Quelle: http://saisonalspeicher.de Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  9. 4. Erdsonden-Wärmespeicher Anforderungen: Gut bohrbarer Boden, Bodenklasse I-III, kein Grundwasser, oder geringe Durchlässigkeit kf<10-10 m/s bzw. Fließgeschwindigkeit (< 1 m/a) Größe: • Bohrung: D = 0,1 m – 0,2 m • Abstand: 1,5 m – 3 m • Anzahl: 40 – 200 Sonden • Mindestgröße: 20.000 m³ • Speicherkapazität: 15-30 kWh/m³ (ca. 6x mehr Volumen als bei Tank-Speicher nötig) Be- und Entladen: • Beides durch die selbe Leitung • Träges System  Kombination mit Pufferspeicher und Wärmepumpe Quelle: http://saisonalspeicher.de Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  10. 4. Erdsonden-Wärmespeicher Crailsheim • 360 Wohneinheiten + Schule mit Sporthalle • deckt 50 % des Wärmeenergiebedarfs über Solarenergie + Saisonalspeicher ( 37.500 m³) • Kollektorfläche: 7.300 m² auf Lärmschutzwall + Schule + Turnhalle + einem Teil der Wohnhäuser • 80 Erdwärmesonden 55 m tief im Erdreich • Wärmepumpe + Pufferspeicher (580 m³) • Heizkraftwerk Quelle: http://saisonalspeicher.de Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  11. 5. Aquifer-Wämespeicher Speichermedium: • Wasser in natürlichen abgeschlossenem Grundwasserreservoirs Bauart: • besteht aus bereits vorhandener unterirdischer Wasserschicht und zwei Brunnenbohrungen (bzw. Brunnengruppen) zur Erschließung • Bohrtiefe hängt von Tiefe des Aquifers ab • Keine Dämmung Anforderungen: • Aquifer muss vorhanden sein (kann nicht konstruiert werden) • Muss durch dichte Formationen abgeschlossen sein • Aquifer benötigt eine Mindestwassertiefe („Mächtigkeit“) 20-50 m • Hohe Porosität, hohe Durchlässigkeit (kf > 10-4 m/s) Quelle: http://saisonalspeicher.de Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  12. 5. Aquifer-Wämespeicher Größe: • Abhängig vom natürlichen Vorkommen • in Rostock: 20.000 m³ • An der Oberfläche nur die Brunnenbohrung sichtbar Be- und Entladen: • Wärmeübertragung durch direkten Austausch von Grundwasser • Beladen: Wasser wird aus „kaltem“ Brunnen über den Wärmeerzeuger in den „warmen“ Brunnen geführt • Entladen: Wasserentnahme im „warmen“ Brunnen, Wassereinleitung in „kalten“ Brunnen • Es stellen sich an den Brunnen zwei unabhängige Temperaturen ein Quelle: http://saisonalspeicher.de Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  13. 5. Aquifer-Wärmespeicher Reichstagsgebäude (Regierungsviertel) • Zwei Aquiferspeicher • Wärmespeicher (65°C warm): - zwei 320 m tiefe Bohrungen - Zirkulationsrate: bis zu 100 m³/h • Kältespeicher (5°C kalt, ca. 20°C warm): - zwei Brunnengruppen mit je 5 ca. 60 m tiefen Brunnen (für Gebäudekühlung) - Zirkulationsrate: bis zu 300 m³/h - Auskühlung durch Einlagerung von Umgebungskälte • 2 BHKW: 3,2 MWel • 3 Absorptionswärmepumpen: - Nutzt Kälte- und Wärmespeicher als Wärmequelle • außerdem Kompressionskältemaschinen, Heizkessel und ein Dampferzeuger Quelle: GFZ Potsdam Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  14. 6. Fazit • Die vier verschiedenen Technologien haben je nach Standort ihre Vorteile • Sie können die Solare Deckungsrate erhöhen bzw. Abwärme nutzbar machen • Bis 2020 soll eine wirtschaftliche Marktreife erreicht werden • In jedem Fall muss darauf geachtet werden Trinkwasservorkommen nicht zu gefährden • Vor allem bei Erdsonden- und Aquifer-Speichern sind aufwendige geologische Voruntersuchungen nötig Quellen: [1] Informationsportal zur saisonalen Speicherung von Wärme URL: www.saisonalspeicher.de (am 15.07.2012) [2] Kranz, S., Bartels, J., Gehrke, D., Hoffmann, F., Wolfgramm, M. (2008): Wärme- und Kältespeicherung in Aquiferen. - bbr - Fachmagazin für Brunnen- und Leitungsbau, 59, 7/8, 34-43. Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

  15. 2. Tank-Wärmespeicher Friedrichshafen Speichergröße: 12.000 m³ Flachkollektoren: 4.050 m² solaren Deckungsanteil: 47 % Kosten: 1.364.000 € Verluste: ca. 35 % Wert der genutzten Energie: ca. 60.000 €/a Saisonale Wärmespeicherung – Sebastian Raab

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