GEOTHERMIEZENTRUM Bochum
GEOTHERMIEZENTRUM Bochum
GEOTHERMIEZENTRUM Bochum
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<strong>GEOTHERMIEZENTRUM</strong><br />
<strong>Bochum</strong><br />
Beispiele für Heizen und Kühlen mit<br />
oberflächennaher b flä h h Geothermie G th i sowie i<br />
Wirtschaftlichkeit und Amortisation von<br />
Erdwärmeanlagen<br />
Gregor Bussmann Timm Eicker Rolf Bracke<br />
GeothermieZentrum <strong>Bochum</strong>, Lennershofstraße 140, 44801 <strong>Bochum</strong>
<strong>GEOTHERMIEZENTRUM</strong><br />
<strong>Bochum</strong><br />
Geothermisches Heizen und Kühlen<br />
• Erdwärmesonden-gekoppelte Geothermieanlage zur<br />
kombinierten Wärme- und Kälteversorgung mit<br />
optimierter Dimensionierung<br />
• Untergrund dient als Wärmespeicher<br />
Wärmespeicher,<br />
dem in der kalten Jahreszeit Wärme und in der<br />
warmen Jahreszeit Kälte entzogen wird
Bürogebäude Dortmund<br />
Bürofläche: 2.500 qm<br />
Heizlast: 83,6 kW<br />
Kühllast: 94,6 kW<br />
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<strong>Bochum</strong>
Energieversorgung<br />
[MWh]<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
• Temperierung (Heizen/Kühlen) über eine Kombination aus<br />
Betonkernaktivierung g und Randsegeln g<br />
• System-Vorlauftemperaturen Heizen und Kühlen ideal für<br />
Geothermie<br />
• Hohe Jahresarbeitszahlen beim Heizen<br />
• Direct Cooling möglich<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Optimale p Voraussetzung g für monovalente Geothermie<br />
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez<br />
Wärmeenergie<br />
12<br />
10<br />
[MWh]<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez<br />
Kühlenergie<br />
Lastverteilung Heizen Lastverteilung Kühlen
<strong>GEOTHERMIEZENTRUM</strong><br />
<strong>Bochum</strong><br />
Dimensionierung Erdwärmesondenfeld<br />
• tiefen- / last- / laufzeitabhängige numerische Wärmetransport- und<br />
Entzugssimulation g auf Basis der ermittelten ggeologischen g Daten<br />
• Positiv: Art der Heiz- und Kühlsysteme<br />
• Negativ: stark beschränktes Platzdargebot<br />
Ziel: Optimierung des Sondenfeldes<br />
• möglichst hoher hohe Anteil Geothermie<br />
Geothe mie<br />
• möglichst hohe geothermische Ergiebigkeit (kWh/ma)
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<strong>Bochum</strong><br />
Szenarien der Geothermieversorgung<br />
• Variation der Sondentiefen von 100 – 150 m<br />
• Variation der Sondenabstände von 6 – 9 m<br />
• Zwei mögliche Szenarien zur Deckung der gesamten Heizlast<br />
und Kühllast (Direct Cooling)<br />
´´<br />
A) 17 Sonden mit 6,0 m<br />
Abstand und 114 m Tiefe<br />
B) 12 Sonden mit 7,5 m<br />
Abstand und 144 m Tiefe´´
Simulationsergebnisse<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
• minimal zu erwartende Soletemperatur bei Spitzenlast Heizen von<br />
-1°C im 25. Jahr.<br />
• maximal zu erwartende Soletemperatur bei Spitzenlast Kühlen bei<br />
18°C bzw. 19,5°C im 2. Jahr.<br />
• Möglicher Anteil Direct Cooling anfangs nur 79,3 bzw. 92,8 %<br />
Verlauf der minimalen und<br />
maximalen Soletempera-<br />
turen über 25 Jahre<br />
(Variante A 17*114 m)<br />
Soleteemperatur<br />
[°C]<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
-5<br />
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25<br />
Spitzenlast Heizen Spitzenlast Kühlen<br />
Grundlast Heizen Grundlast Kühlen
Simulationsergebnisse<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
• Vergleichsweise geringe geothermische Ergiebigkeiten aufgrund<br />
geringer Sondenabstände und Abdeckung der Spitzenlasten<br />
• Vorzugsvariante B
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
• Wirtschaftlichkeitsanalyse auf Basis der VDI 2067 mittels<br />
Annuitätenmethode<br />
Kostenvergleich<br />
• Konventionelle o e o eemonovalente o o ae eVersorgung, esogug, wobei obe100 00%des % des<br />
Wärmebedarfs über Gas und 100 % des Kältebedarfes über<br />
elektrische Kältemaschinen gedeckt wird.<br />
• Geothermische Versorgung, wobei jeweils 100 % des Wärmeund<br />
Kältebedarfes durch Geothermie gedeckt wird (2<br />
Sondenfeld-Szenarien)
Investitionskosten<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
1.) Mehrkosten durch Erdsondenfeld (Bohrung, Sonde, Soleveteilung):<br />
A) 17 Sonden: 115 T€ netto<br />
B) 12 Sonden: 97 T€ netto<br />
2.) Keine Mehrkosten durch Wärmepumpe, da Sowieso-Kosten<br />
(Kältemaschine = Wärmepumpe)<br />
3.) Mehrkosten bei Gasversorgung (Kessel, Gasanschluss,<br />
Abgasführung): ca. 18 T€ netto<br />
4.) Mehrkosten für Geothermiezentrale (Regelung, Bypass Direct<br />
Cooling, Pufferspeicher, Soleanbindung): 9 T€ netto<br />
5.) Geothermie-Förderung von 10 % bei KMU durch BAFA<br />
Mehrkosten Geothermie<br />
A) 17 Sonden: 92 T€ netto<br />
B) 12 Sonden: S d 77 T€ netto<br />
tt
Verbrauchsgebundene Kosten<br />
Fall Heizen (125.400 KWh Wärmebedarf pro Jahr)<br />
a) Gasversorgung: 7.400 €/a netto<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
b) Geothermie mit ca. 30.000 KWh/a Strombedarf für Wärmepumpe<br />
und Soleumwälzpumpe (JAZ = 4,5) : 3.700 €/a netto<br />
Fall Kühlen (37.800 KWh Kühlbedarf pro Jahr)<br />
a) elektr. Kältemaschine (JAZ = 3,2): 2.100 €/ a netto<br />
b) Geothermie (Direct Cooling) mit ca. 500 KWh/a Strombedarf für<br />
Soleumwälzpumpe: 65 €/a netto
Jahresgesamtkosten<br />
Kostenart Einheit Gas/elektr.<br />
Kältemasch.<br />
Kapitalgebunddene<br />
KKosten t<br />
Betriebsgebundene<br />
Kosten<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
Geothermie<br />
mit 12 Sonden<br />
Euro/a 4.000 8.000 8.800<br />
Euro/a 500 400 400<br />
Energiekosten<br />
Heizen<br />
Euro/a 77.400 400 33.700 700 33.700 700<br />
Energiekosten<br />
Kühlen<br />
Euro/a 2.100 65 65<br />
Gesamtkosten Euro/a 14.000 12.200 13.000<br />
Kosten Heizen Ct/KWh 7,1 8,2 8,7<br />
Kosten Kühlen Ct/KWh 13,7 4,8 5,3<br />
Geothermie<br />
mit 17 Sonden
Ergebnis<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
• Geothermie ist im monovalenten Fall eine wirtschaftliche<br />
Alternative<br />
• Mehrkosten für das Erdsondenfeld zur Abdeckung von<br />
Spitzenlasten wird insbesondere durch das kostenneutrale<br />
Direct Cooling mehr als ausgeglichen.<br />
• Bei Einzelbetrachtung Heizfall ist die Gasbrennwerttechnik auf<br />
Grundlage der aktuellen Energiepreise deutlich günstiger als die<br />
Wä Wärmepumpentechnik, t h ik aber b<br />
1.) EEWärmeG erfordert Einsatz von regenerativen Energien<br />
2.) Ab einem Anstieg der Energiepreise um ca. 40 % (Gas und<br />
Strom) ist die Geothermie wirtschaftlicher
exzenterhaus bochum<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
Exzenterhaus bochum GmbH & Co. KG
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<strong>Bochum</strong><br />
Fundament:<br />
Hochbunker Bauj. 1941<br />
GERHARD SPANGENBERG ARCHITEKT
Energieversorgung<br />
• Geothermische Maximal- Maximal<br />
lösung mit 90 Erdsonden a<br />
150 m mit Abstand 6 m<br />
deckt nur 515 MWh/a<br />
• Platzdargebot für Vollversorgung<br />
nicht<br />
ausreichend<br />
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<strong>Bochum</strong>
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<strong>Bochum</strong><br />
Konzept Bivalente Energieversorgung<br />
• Bivalentes Kühlen und Heizen<br />
Geothermie<br />
deckt jeweils j<br />
die Grundlast
Heizen<br />
[MWh]<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
<strong>GEOTHERMIEZENTRUM</strong><br />
<strong>Bochum</strong><br />
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez<br />
Grundlast Geothermie Wärmebedarf<br />
System Heizleistung Wärmequelle<br />
Betonkerntemperierung 3 x 39 Erdreich<br />
Lüftungsanlage<br />
Vorerhitzung 3 x 46 Erdreich<br />
Nacherhitzung 3 x 50 Fernwärme<br />
Statische Heizkörper 3 x 80 Fernwärme
Kühlen<br />
[MWh]<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
<strong>GEOTHERMIEZENTRUM</strong><br />
<strong>Bochum</strong><br />
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez<br />
Grundlast Geothermie Kühlbedarf<br />
System Kühlleistung Quelle<br />
Betonkerntemperierung 3 x 55<br />
Lüftungsanlage<br />
Vorkühlung 3 x 38<br />
Nachkühlung 3 x 39<br />
Serverkühlung 3 x 10<br />
Erdreich /<br />
Direct Cooling<br />
Wärmepumpe/<br />
Erdreich<br />
Wärmepumpe/<br />
Rückkühlwerk<br />
Wärmepumpe/<br />
Erdreich
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<strong>Bochum</strong><br />
Dimensionierung Erdwärmesondenfeld<br />
• Tiefen- / last- / laufzeitabhängige numerische Wärmetransportund<br />
Entzugssimulation g auf Basis der ermittelten Geologie g<br />
Ziel: Optimierung des Sondenfeldes:<br />
• Deckung des Grundlastanteil im Heizfall<br />
• möglichst ög c s hoher o e Anteil e geothermisches geo e sc es Kühlen ü e<br />
• Möglichst hohe geothermische Ergiebigkeit (kWh/m a)<br />
Tiefenvariation<br />
100 – 200 m
Simulationsergebnisse<br />
Optimierte<br />
Sondenfeldvariante<br />
30 x 130 m<br />
<strong>GEOTHERMIEZENTRUM</strong><br />
<strong>Bochum</strong>
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung<br />
Kostenvergleich<br />
• Monovalent (Fernwärme/elektr. Kältemaschine)<br />
• Bivalent unter Einsatz Geothermie<br />
INVESTIONSKOSTEN<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
1.) Mehrkosten durch Erdsondenfeld 30 x 130 m (Bohrung, Sonde,<br />
Soleveteilung): 250 T€ netto<br />
2.) Sonstige Anlagen-Kosten Anlagen Kosten bei Geothermie-Variante Geothermie Variante geringer, da<br />
• Sowiesokosten für Wärmepumpe (= Kältemaschine)<br />
• Reduzierung Leistung der Kältemaschinen bei Direct Cooling<br />
• Reduzierung Anschlussleistung der Fernwärme um ca. ca 50 %<br />
Summe Mehrkosten Geothermie<br />
240 T€ netto ohne Förderung<br />
200 T€ netto mit Förderung
Jahresgesamtkosten<br />
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<strong>Bochum</strong><br />
Kostenart Einheit monovalent Bivalent<br />
Geothermie<br />
Kapitalgebundene Euro/a 12.300 25.000<br />
Kosten<br />
Betriebsgebundene<br />
Kosten<br />
Energiekosten<br />
Heizen<br />
Euro/a 1.500 1.400<br />
Euro/a 60.000 51.000<br />
Energiekosten<br />
Kühlen<br />
Euro/a 20 20.500 500 10 10.500 500<br />
Gesamtkosten Euro/a 94.000 88.000<br />
Gesamtkosten Ct/KWh 6,63 6,13
<strong>GEOTHERMIEZENTRUM</strong><br />
<strong>Bochum</strong>
Fazit<br />
<strong>GEOTHERMIEZENTRUM</strong><br />
<strong>Bochum</strong><br />
Kombination aus geothermischen Heizen und Kühlen i.d.R.<br />
immer wirtschaftlich darstellbar<br />
Voraussetzung: Optimierte Auslegung der Erdsondenfelder<br />
• Anpassung der Sondenfelder an das Platzdargebot<br />
• Wahl der höchsten geothermischen Ergiebigkeiten durch Variation<br />
Sondentiefe und -abstand auf Basis der Geologie<br />
• Geothermische Versorgung besonders effizienter Energie-Verteils-<br />
Systeme mit entsprechenden Systemvorlauftemperaturen (hohe<br />
JAZ)
<strong>GEOTHERMIEZENTRUM</strong><br />
<strong>Bochum</strong><br />
Vielen Dank
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