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

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13

16

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18

49

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21

85

23

53

25

21

26

89

28

57

30

25

31

93

33

61

35

29

36

97

38

65

40

33

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01

43

69

45

37

47

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48

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41

52

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45

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49

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65

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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 michael.viernickel@geo-en.de

• 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