Die Entwicklung von Erdeisspeichern ist ein Beitrag zur emissionsfreien regenerativen Wärmeversorgung Deutschlands. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der prinzipiellen Umsetzbarkeit. Dazu werden die energetischen Eigenschaften von Erdeisspeichern und deren Anwendbarkeit in der Energieversorgung analysiert und bewertet.
Das ursprüngliche Projekt 'Eisspeicher' wurde zweimal verlängert (II und III).
Programm/ Zuschussgeber | BMWi |
Akronym | EnEff:Wärme - Erdeisspeicher, Erdeisspeicher II, Erdeisspeicher III |
Titel/ Thema | Erdeisspeicher und oberflächennahe Geothermie II: Umsetzung III: Vom Erdeisspeicher zum netzaktiven Prosumer-Quartier |
Identifikation/ Zuwendungsnummer | 03ET1382 II: 03ET1634 III: 03EN3068 |
Durchführungszeitraum | 2016-09-01 2019-03-31 II: 2019-03-01 2022-12-31 III: 2023-01-01 2027-12-31 |
Geschätzte Kosten/ Zuwendungsbetrag | 982.161,35 II: 2.139.891,91 II: 2.777.692,57 gesamt: 5.899.745,83 EURO |
Sonstiges | - |
Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Speicherung von Latentwärme durch die Phasenumwandlung von Eis zu Wasser und umgekehrt im Boden. Damit werden Wärmespeicherkapazitäten für Abwärme aus unterschiedlichsten Quellen erschlossen und somit Energie+-Versorgungskonzepte für Gebäude und Quartiere ergänzt. Beispielsweise kann ein Erdeisspeicher im Winter als Wärmequelle für die Gebäudebeheizung und im Sommer als direkte Wärmesenke zur Kühlung genutzt werden. Fokussiert werden dabei die Kombination des Erdeisspeichers mit KWK und Low-Ex-Fernwärmenetzen sowie die Regeneration des Speichers durch Solar-, Umwelt- oder Abwärme. Im Rahmen des Vorhabens wird die Technologie der oberflächennahen Geothermie und der Wärmespeicherung durch Erdeisspeicher verknüpft. Dadurch wird ein Speicher mit hoher Speicherdichte, geringem Flächenverbrauch und geringen Kosten konzipiert. Durch den Erdeinbau können aufwendige Speicherbauten der klassischen Eisspeicher entfallen. Im vorliegenden Antrag sollen Einsatzmöglichkeiten für derartige Speicher untersucht werden (top down). Parallel dazu wird im Labor die Vereisung von Böden untersucht und ein simulationsfähiges Modell entwickelt (bottom up).
Der Forschungsschwerpunkt liegt dabei auf der großtechnischen Umsetzung eines Erdeisspeichers zur Wärme- und Kälteversorgung eines Quartieres in zwei Varianten. Hier spielt auch die Verteilung der Wärme/Kälte mit Hilfe eines Kalten Nahwärmenetzes aufgrund der komplexen hydraulischen Einbindung verschiedenster Quellen und Senken eine entscheidende Rolle. Das im Rahmen des angestrebten Forschungsvorhabens entwickelte Werkzeug zur Planung und Auslegung des Erdeisspeichers ermöglicht die Übertragung der Ergebnisse auf andere Bauvorhaben und somit ein hohes Multiplikationspotential. Die Erdeisspeicher dienen als Wärme- und Kältequelle für Wärmepumpen zur Versorgung der Gebäude im geplanten Quartier.
Das Ziel des Anschlussvorhaben ErdEis II besteht darin, mit der Realisierung eines neuartigen Erdeisspeichers in einem Pilotvorhaben die wirtschaftliche und technische Umsetzbarkeit dieser Technologie zu beweisen und somit einen Beitrag zur emissionsfreien, regenerativen Wärmeversorgung in Deutschland zu leisten. Der Forschungsschwerpunkt liegt dabei auf der großtechnischen Umsetzung eines Erdeisspeichers zur Wärme- und Kälteversorgung eines Quartieres in zwei Varianten. Hier spielt auch die Verteilung der Wärme/Kälte mit Hilfe eines Kalten Nahwärmenetzes aufgrund der komplexen hydraulischen Einbindung verschiedenster Quellen und Senken eine entscheidende Rolle. Das im Rahmen des angestrebten Forschungsvorhabens entwickelte Werkzeug zur Planung und Auslegung des Erdeisspeichers ermöglicht die Übertragung der Ergebnisse auf andere Bauvorhaben und somit ein hohes Multiplikationspotential. Die Erdeisspeicher dienen als Wärme- und Kältequelle für Wärmepumpen zur Versorgung der Gebäude im geplanten Quartier. Vorteile des Erdeisspeichers sind die deutlich höhere Speicherdichte gegenüber klassischen Geothermiefeldern und die Möglichkeit Wärme und Kälte saisonal zu verschieben. Aufgrund des niedrigen Temperaturniveaus kann der Speicher das ganze Jahr über als Kältequelle genutzt werden. Um unterschiedlichste Einsatzszenarien untersuchen zu können erfolgt die Umsetzung von zwei Varianten. Um die Betriebsweise des Erdeisspeichers vollumfänglich erfassen zu können wird ein geothermisches Messfeld im Erdreich implementiert. Dies ermöglicht den Vergleich des Erdeisspeichers mit Geothermiefeldern aus anderen Forschungsprojekten. Die gewonnenen Erkenntnisse über die Vereisung des Erdreiches werden der Öffentlichkeit und anderen Akteuren aus Forschung und Politik im Rahmen von Veröffentlichungen und Vorträgen bereitgestellt. Durch die zielgerichtete Verbreitung des entwickelten Auslegungstools soll die Technologie allgemeine Akzeptanz und Verbreitung finden.
Vorhabensziel des Projekts ist die Überführung des im Vorgängervorhaben 'ErdEis II' umgesetzten Erdeisspeichers in den Vollbetrieb, das wissenschaftliche Monitoring und Benchmarking sowie die Entwicklung eines District Energy Management Systems (DEMS). Hierzu sollen verschiedene Betriebsmodi getestet, die Betriebsweise aufbauend auf den Ergebnissen optimiert, der Einfluss verschiedener Parameter modellgestützt nachvollzogen und das Kalte Nahwärmesystem mit Erdeisspeicher bestmöglich für die Gesamtsystemoptimierung mittels DEMS genutzt werden. Im zukünftigen Energiesystem wird nicht mehr allein auf Energieeffizienz respektive End- und Primärenergiebedarf optimiert werden können. Vielmehr spielt Flexibilität eine zunehmende Rolle, die schließlich gekoppelt an die Verfügbarkeit erneuerbarer elektrischer Energie den tatsächlichen CO2-Ausstoß bestimmen wird. Inzwischen sind Schnittstellen verfügbar, die über Vorhersagen zur CO2-Intensität des Stromnetzes eine entsprechende Optimierung ermöglichen. Diese Optimierung hat im Gesamtkonzept nicht nur wärme- bzw. kälteseitig zu erfolgen, sondern ganzheitlich die Bedarfe und Flexibilitäten des Kalten Nahwärmenetzes, der Haushaltsstromverbräuche, Mobilitätsbedarfe und Eigenenergieerzeugung miteinzuschließen. So kann ein Gesamtoptimum erreicht und Optimierungen von Teilsystemen, die zu Lasten der Gesamtemissionen gehen, vermieden werden. Entsprechend müssen auch Bewertungs- und Benchmarkingmethoden passend weiterentwickelt werden.
Technische Universität Dresden - Fakultät Architektur - Institut für Bauklimatik, Einsatzszenarien, Laboruntersuchungen und Simulationsmodell.
Hochschule für angewandte Wissenschaften München - Fakultät 05 Technische Systeme, Prozesse und Kommunikation, Technologische und wirtschaftliche Voruntersuchungen
Schleswiger Stadtwerke GmbH, Planung, Umsetzung und Inbetriebnahme Erdeisspeicher und kaltes Nahwärmenetz, Komponentenentwicklung und technische Projektkoordination
Energie PLUS Concept GmbH, Planung Erdeisspeicher und messtechnische Erfassung, Komponentenentwicklung und wissenschaftliche
Technische Universität Dresden - Fakultät Architektur - Institut für Bauklimatik, Rechnergestützte Planungsoptimierung des Quartieres und praxistaugliches Auslegungstool Erdeisspeicher
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - E.ON Energy Research Center - Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik, Rechnergestützte Planungsoptimierung des Kalten Nahwärmenetzes
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Lehrstuhl für Geologie, Geozentrum Nordbayern, Planung und Umsetzung der messtechnischen Erfassung Erdeisspeicher, Untersuchung nichttechnischer Hemmnisse
Schleswiger Stadtwerke GmbH, Entwicklung und Umsetzung von ganzheitlichen Geschäftsmodellen.
Fachhochschule Westküste - Hochschule für Wirtschaft und Technik, Projektkoordination und wissenschaftliches Monitoring
Energie PLUS Concept GmbH, Betriebsoptimierung/-strategien
Consolinno Energy GmbH, Entwicklung eines District Energy Management Systems (DEMS)
Forschungszentrum Jülich GmbH - Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-1), Modifizierung von Katalysatormaterialien und Herstellung von Katalysatoren im Labormaßstab
Technische Universität Dresden Institut für Bauklimatik, Systemanalyse und Bedarfsvorhersage mit Simulationen ' Ableitung von Optimierungsstrategien
https://www.enargus.de/pub/bscw.cgi/26?op=enargus.eps2&m=0&v=10&p=0&q=03ET1634
Abschlussbericht bereitgestellt von der Technischen Informationsbibliothek (TIB)
zuletzt bearbeitet Februar 2020, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de
