Energie aus Erde, Luft, Wasser - Wärmepumpen und Geothermie - science
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sciencebrunch in Kooperation mit: Energie aus Erde, Luft, Wasser Wärmepumpen und Geothermie September 2011
Inhalt
Sunsorber2 - Entwicklungen zu einer effizienteren Adsorptionskältemaschine 4
Thermisch angetriebene Lösungsmittelpumpe für Absorptionswärmepumpen kleiner Leistung 6
Einsatz von thermischen Kühltechnologien zur Nutzung der sommerlichen Nahwärme 8
Energie aus Abwasser: Abwasserwärme- und kältenutzung mit hocheffizienten Großwärmepumpen 10
Kälteanlagen im Hotel- und Gastgewerbe 12
Neuartiges Konzept für einen Hochleistungs-Mikrokanal-Absorber für Absorptionswärmepumpen 14
GEOPOT – Geothermische Nutzungen und geothermisches Nutzungspersonal von Regionen 16
Geosola – Möglichkeiten, Bemessung und Grenzen neuer Hybrid-Erdwärmesondenkonzepte 18
Geothermie aus alten Ölsonden – Ein Weg zu etwas mehr Unabhängigkeit! 20
Geothermieanlage Aspern – Energie aus Wien für Wien 22
2 Energie aus Erde, Luft, WasserVorwort
Wir sind umgeben von natürlichen Energiequellen aus Erde, Luft und Wasser.
Geothermie – auch Erdwärme genannt – ist die Wärme aus dem Erdkern,
die an der Erdoberfläche Gesteins- und Erdschichten sowie unterirdische
Wasserreservoirs erhitzt. Wärmepumpen nutzen Erdwärme in den
oberen Bodenschichten und Umweltwärme. Effizient und gut geplant
stellen sie umweltschonend Wärme her.
Energie aus Erde, Luft und Wasser ist eine riesige Ab Seite 10 erfahren Sie über neue Konzepte für
Energiequelle. Die Erforschung und Entwicklung, und Komponenten von Wärmepumpen. Dazu zählen
welche Technologien zur Nutzung dieser nahezu die Nutzung der Energiequelle Abwasser mit hoch-
unbegrenzt zur Verfügung stehenden Energieform effizienten Großwärmepumpen, Effizienzkriterien
der Klima- und Energiefonds fördert, können Sie in für Kälteanlagen im Hotel-und Gastgewerbe sowie
diesem Nachschlagewerk lesen. neuartige Plattenwärmeüberträger auf Basis von
Blasenströmungen („Bubble Plates“) für Absorpti-
Lesen Sie ab Seite vier über die neuesten tech- onswärmepumpen.
nologischen Entwicklungen bei Wärmepumpen-
Kombinationssystemen. Mit Sunsorber2 wurde eine Das Potenzial für Geothermie und Wärmepumpen
Adsorptionskältemaschine, die wahlweise mit einer in Österreich wird ab Seite 16 skizziert. Das Modell
Solaranlage oder mit Fernwärme angetrieben werden GEOPOT stellt 3-dimensional das geothermische
kann, durch Bauteiloptimierung weiterentwickelt. Wie Nutzungspotenzial von Grundwasserressourcen dar.
Absorptionswärmepumpen kleiner Leistungen durch Eine Industrieforschungsanlage zur Evaluierung
thermisch betriebene Lösungsmittelpumpen verbes- der Möglichkeiten, Bemessung und Grenzen neuer
sert werden können, zeigt ThermoPump . Der Einsatz Hybrid-Wärmesondenkonzepte wurde im Projekt
von thermischen Kühltechnologien zur Nutzung der Geosola errichtet. Für die Erforschung der Machbar-
sommerlichen Nahwärme wurde am Beispiel des keit von geothermischer Nachnutzung von alten
Nahwärmenetzes in Mureck (Südsteiermark) unter- Ölsonden wurde die Sonde „Prottes Tief 11“
sucht. (Teufe 2.243 m) reaktiviert und zu einem Bohrloch-
wärmetauscher umgebaut. Ab 2014 wird das Geother-
mie-Kraftwerk Aspern dank heißem Wasser aus rund
5.000 m Tiefe in der Seestadt Aspern rund 40.000
Wohnungen mit klimafreundlicher Wärme versorgen.
Eine aufschlussreiche Lektüre
wünschen Ihnen
Theresia Vogel Ingmar Höbarth
Geschäftsführerin, Klima- und Energiefonds Geschäftsführer, Klima- und Energiefonds
Energie aus Erde, Luft, Wasser 3Sunsorber2 - Entwicklungen zu einer effizienteren
Adsorptionskältemaschine
Projektnummer: 821913 Kontakt
Fakten
Koordinator Güssing Energy Technologies GmbH Klaus Paar
Projektleitung, F&E, Energie
Partner bioenergy2020+, Europäisches Zentrum für
erneuerbare Energie GmbH
Website http://get.ac.at/pid_Ref_Sunsorber.html
Dauer 1. 7. 2009 – 30. 11. 2011
Budget in Euro 467.396,–
Ausschreibung Neue Energien 2020, 2. Ausschreibung
„Das Optimierungspotenzial unseres Sunsorbers ist gewaltig, ähnlich dem
Unterschied zwischen dem Benz Patent-Motorwagen aus 1886 und dem F800 Style
aus 2010. Damals holte man aus 0,95 l Hubraum 0,75PS, was für 16 km/h reichte.
Heute leistet der 3,5 l Motor des F800 409 PS bei noch dazu weniger Verbrauch.“
Klaus Paar, Projektleiter
Projektmotivation Geplante und erreichte Ziele – kurzer
Der Bedarf an Raumklimatisierung im kleinen Leis- Ausschnitt
tungsbereich steigt ständig an, bestehende Systeme Ad-/Desorber
sind zwar günstig in der Investition, haben aber auch Das Herzstück einer Adsorptionskältemaschine ist
gravierende Nachteile. Beim Einsatz von Adsorpti- der Ad-/Desorber, ein wasserdurchflossener Wärme-
onskältemaschinen können folgende Verbesserungen tauscher mit Sorptionsmaterial, der in regelmäßigen
bestehender Systeme erreicht werden: Abständen erwärmt und gekühlt werden muss. Dabei
• Kältemittel Wasser: kein Ozonzerstörungs- und ist ein guter Wärmeübergang zwischen Sorptionsmit-
Treibhauspotenzial tel und Wärmetauscher notwendig. Außerdem muss
• Einsatz von Niedertemperatur(ab)wärme als sichergestellt werden, dass das gasförmige Kältemit-
Antriebsenergie tel gut zu- bzw. abtransportiert werden kann.
• Verminderung des Spitzenstrombedarfs in den Zu diesem Zweck wurden drei verschiedene Lösungs-
Sommermonaten konzepte untersucht, sowie detaillierte Messkampa-
Bestehende Adsorptionskältemaschinen kleiner gnen durchgeführt. Bisher liegen noch wenig doku-
Leistung weisen noch großes Optimierungspotenzial mentierte Adsorptionsisothermen für verschiedenste
auf. Vor allem müssen die Produktionskosten gesenkt Stoffpaare, wie etwa Silikagel vor.
werden, um eine wirtschaftlichere Anlagenkonfigu- Diese im Zuge des Projektes ermittelten Adsorpti-
ration erreichen zu können. Dazu ist es notwendig, onseigenschaften bilden eine wesentliche Basis für
alle Teile der Adsorptionskältemaschine genau unter die detaillierte Prozesssimulation, welche zu dem
die Lupe zu nehmen, das Verbesserungspotenzial zu Ergebnis führte, dass der Zeolith Wärmetauscher am
identifizieren und die Komponenten systematisch zu besten für den Sunsorber geeignet ist.
optimieren. Das Ziel dieses Forschungsprojekts war
die methodische Weiterentwicklung einer Adsorpti- Verdampfer
onskältemaschine durch Bauteiloptimierung. Im Verdampfer wird das Kältemittel Wasser bei
niedrigem Druck (~ 10 mbar abs) in den gasförmigen
Zustand überführt. Der niedrige Druck führt zu eini-
gen Besonderheiten, die beim Aufbau des Verdamp-
fers beachtet werden müssen. Verschiedene Syste-
me wurden untersucht und auf ihre Tauglichkeit in
4 Energie aus Erde, Luft, Wassereiner Adsorptionskältemaschine getestet, so sollten Höhepunkte
innerhalb des Vakuumbehälters so wenig beweg- Als Highlight kann die detaillierte Prozesssimulation
liche Teile als möglich verbaut werden. Das schließt genannt werden, welche ausführlicher als geplant
einen Sprühverdampfer sowie eine Rieselverdamp- durchgeführt wurde. Um den Rechenaufwand des
fer aus und führt zur Konstruktion des überfluteten endgültigen Modells gering zu halten wurden Verein-
Verdampfers. Wichtig ist eine flache Bauweise mit fachungen getroffen, wie die Vernachlässigung von
geringer Wasserüberdeckung, um die Effizienz des Temperatur- oder Druckgradienten oder des Leis-
Gesamtsystems nicht zu verschlechtern. Die Unter- tungstransportes über fühlbare Wärme des Wasser-
suchungen haben ebenfalls gezeigt, dass die Vergrö- dampfes, ebenso wurde etwa die Annahme getroffen,
ßerung der Oberfläche an der Kältemittelseite durch dass sich das 2-Phasengebiet im thermodynamischen
Verwendung von Rippenrohren keine Verbesserung Gleichgewicht befindet.
der Effizienz des Verdampfers bringt. Dazu wurden iterativ Modelle entwickelt und der
Gesamtprozess in MatLAB-Simulink abgebildet. In
Klappen umfangreichen Messserien wurde bestätigt, dass die
Zwischen Verdampfer, Ad-/Desorber sowie Kon- realen Bedingungen sehr genau durch das Simulati-
densator müssen je nach Betriebszustand der Ad- onsmodell wiedergegeben werden.
sorptionskältemaschine Durchgänge geöffnet und
geschlossen werden. Über Fremdkraft angetriebene Diese Erkenntnisse wurden etwa auch im Rahmen
Ventile sind teure, störanfällige Bauteile und sollten von zwei wissenschaftlichen Veröffentlichungen,
deswegen vermieden werden. Deshalb sollten sich an einer Diplomarbeit und einem Symposium der Öffent-
den Verbindungsstellen selbsttätig öffnende Klappen lichkeit zugängig gemacht.
befinden, die möglichst einfach und kostengünstig
zu produzieren sind. Dünne Platten aus elastischen
Materialien können diese Forderung erfüllen. Diese Drei Gründe für das Projekt
Klappen müssen sich bei sehr geringen Druckdif- • Der Raumklimatisierungsbedarf im kleinen
ferenzen selbsttätig öffnen, dem durchströmenden Leistungsbereich steigt ständig an – bestehen-
Wasserdampf einen möglichst geringen Druckver- de Lösungen benötigen elektrischen Strom als
luste entgegensetzen und im geschlossenen Zustand Antriebsenergie – Adsorptionskältemaschinen
dicht sein. Außerdem muss das Material dauer- arbeiten mit Wärme
elastisch bleiben, da sich die Klappen innerhalb des • Bestehende Lösungen sind noch nicht ausgereift
Vakuumbereichs befinden und deshalb nicht bei einer – das Optimierungspotenzial ist hoch, die Anlagen
regelmäßigen Wartung getauscht werden können. sind noch zu teuer für eine weite Verbreitung
Verschiedenste Materialien wurden durch Langzeit- • unbedenkliches Kältemittel (Wasser), unbedenk-
tests evaluiert, welche einem mehrjährigen Betrieb liches Adsorptionsmittel (Silikagel, Zeolith)
der Maschine unter realen Bedingungen entsprechen
würden.
Energie aus Erde, Luft, Wasser 5Thermisch angetriebene Lösungsmittelpumpe für
Absorptionswärmepumpen kleiner Leistung
Projektnummer: 825513 Kontakt
Fakten
Koordinator Institut für Wärmetechnik, Technische Universität Graz René Rieberer
Projektleiter
Partner Pink GmbH, Heliotherm Wärmepumpentechnik GmbH
rene.rieberer@tugraz.at
Website www.iwt.tugraz.at
Dauer 1. 5. 2010 – 31. 10. 2012
Budget in Euro 273.308,–
Ausschreibung Neue Energien 2020, 3. Ausschreibung
„Um das Potenzial umweltfreundlicher Technologien wie Wärmepumpensysteme,
in Zukunft vermehrt zu nutzen, hat die Entwicklung effizienter, zuverlässiger und
wirtschaftlich darstellbarer Produkte höchste Priorität.“
Rene Rieberer, Projektleiter
Ausgangssituation schaftlicher Zielsetzungen, um gegen weniger
Der Einsatz von Ammoniak/Wasser-Absorptions- umweltfreundliche Konkurrenztechnologien zu be-
wärmepumpensystemen (AWP) kleiner Leistung stehen. Relativ hohe Investitionskosten können erst
(< 20 kW) kann wesentlich zur Einsparung von im Laufe der Zeit durch geringere Betriebskosten
Primärenergie und damit zur Vermeidung von aufgewogen werden.
CO2-Emissionen beitragen.
Neben der Kostenreduktion liegen die wesentlichen
AWPs gehören zu den sogenannten thermisch ange- Herausforderungen hauptsächlich in der Komponen-
triebenen Wärmepumpensystemen und arbeiten mit tenweiterentwicklung. Ein zentrales Kernstück jeder
umweltverträglichen „natürlichen“ Kältemitteln. Je AWP ist die – i.d.R. elektrisch – angetriebene Lö-
nach Anwendung können AWPs fürs Heizen – wenn sungsmittelpumpe, an die bei Ammoniak/Wasser-An-
die Wärmeabgabe genutzt wird – oder fürs Kühlen lagen zahlreiche technische Anforderungen gestellt
– wenn die Wärmeaufnahme auf tiefem Tempera- werden:
turniveau genutzt wird – verwendet werden. AWPs • Die benötigte hohe Druckänderung soll möglichst
benötigen (hauptsächlich) Wärme auf einem Tempe- unabhängig vom relativ geringen Förderstrom
raturniveau von ca. 80°C zum Antrieb des Kältepro- sein.
zesses (z. B. Wärme aus Sonnenenergie, Biomasse • Der Betrieb mit Medien geringer Viskosität muss
oder Abwärme) bzw. Wärme auf einem Temperatur- ohne Schmiermittel möglich sein.
niveau ca. 120°C zum Antrieb des Wärmepumpen- • Die zuverlässige (hermetische) Abdichtung nach
prozesses, um zum Teil Umgebungs- oder Erdwärme außen muss gegeben sein.
fürs Heizen zu nutzen. • Die Vermeidung von Kavitation ist eine Heraus-
forderung, da die zu pumpende Lösung annähernd
Besonders AWPs kleiner Leistung weisen ein großes siedend ist.
Potenzial sowohl für Heiz- als auch für Kühlanwen- • Die Pumpe soll kostengünstig, zuverlässig und
dungen auf, da ihr mögliches Einsatzgebiet sowohl effizient sein.
Ein- und Mehrfamilienhäuser, als auch Industrie und
Gewerbe umfasst. Deshalb wurden in den vergan- Die derzeit für AWP kleiner Leistung eingesetzten
genen Jahren große Anstrengungen unternommen, Pumpen sind relativ komplex aufgebaut, teuer und es
um diese Anlagen am Markt zu etablieren. Im kleinen besteht erhebliches Verbesserungspotenzial hinsicht-
Leistungsbereich bedarf es einer Entwicklung wirt- lich Effizienz, Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit.
6 Energie aus Erde, Luft, WasserZiele und Inhalt Erwartete Ergebnisse
Im Projekt „ThermoPump“ wird nach einem neuen Die „ThermoPump“ soll den externen elektrischen
Ansatz für die Lösungsmittelpumpe von Ammoniak/ Antrieb für den notwendigen Pumpprozess durch
Wasser-AWPs kleiner Leistung gesucht, welcher einen internen Antrieb ersetzen und aufgrund der
den elektrischen Antrieb durch einen „thermischen einfacheren Konstruktion Vorteile hinsichtlich Dicht-
Antrieb“ ersetzt. Der „thermische Antrieb“ soll die heit, Wartung, Zuverlässigkeit und Kosten mit sich
Energie für den Pumpprozess aus dem AWP-Prozess bringen.
selbst gewinnen, sodass keine externe Antriebs-
energie für die Lösungsmittelpumpe notwendig ist. Das verfolgte Konzept soll den eigentlichen Aufbau
Folgende Vorteile verspricht die „ThermoPump“ ge- sowie die Effizienz der AWP nicht gravierend beein-
genüber einem elektrischen Antrieb (Ziele): flussen, sodass die Pumpe für unterschiedliche Anla-
1. eine kostengünstige Herstellung gen sowohl für Heiz- und Kühlanwendungen einfach
2. einen geringeren elektrischen Energiebedarf integrierbar ist.
der AWP
3. eine hermetische Ausführung und somit keine Das erfolgreiche Projekt soll schließlich zu einer
Dichtheitsprobleme technologischen Verbesserung und damit zu einer
4. eine einfache Konstruktion und Wartungsfreiheit größeren Verbreitung von Ammoniak/Wasser-Ab-
sorptionswärmepumpen beitragen.
Aufbauend auf Literatur-, Patent- und Marktrecher-
chen wird gezielt nach neuen Ideen zur Realisierung
einer „thermisch angetriebenen“ Lösungsmittelpum- Drei Gründe für das Projekt
pe gesucht. • Eine einfache Pumpenkonstruktion ist aus
wirtschaftlicher Sicht vielversprechend.
Für das am besten geeignete Konzept wird ein detail- • Aus technischer Sicht ist es äußerst interessant
liertes thermodynamisches Simulationsmodell für die für den Pumpprozess keine hochwertige externe
Lösungsmittelpumpe inkl. AWP-Prozess erstellt und Antriebsenergie (Strom), sondern Energie aus
detailliert analysiert. Basierend auf diesen Ergebnis- dem Arbeitsprozess der Anlage selbst, d.h. Wär-
sen wird eine thermisch angetriebene Pumpe gebaut, me, nutzen zu können.
und in einem realen Versuchsstand bei unterschied- • Das Projekt sollte bei erfolgreicher Zielerrei-
lichen Betriebsbedingungen hinsichtlich Effizienz und chung zu einer stärkeren Verbreitung von ther-
Betriebsgrenzen vermessen, analysiert und so weit misch angetriebenen Wärmepumpen beitragen.
möglich optimiert.
Aufbauend auf den Erfahrungen mit dem Versuchs-
stand wird das Potenzial einer konkreten Umsetzung
dieser Technologie für die Kühl- und Heizanwendung
untersucht.
Energie aus Erde, Luft, Wasser 7Einsatz von thermischen Kühltechnologien zur
Nutzung der sommerlichen Nahwärme
Projektnummer: 811254 Kontakt
Fakten
Koordinator Austrian Institute of Technology Olivier Pol
Scientist
Partner Technisches Büro Ing. Gerhard Repnik, enerep schöner Tag,
olivier.pol@ait.ac.at
Conness Energieberatungs- Planungs- und Betriebs GmbH,
Nahwärme Mureck GmbH, Ökostrom Mureck GmbH, Südsteirische
Energie- und Eiweißerzeugungs regGenmbH
Website http://www.nachhaltigwirtschaften.at/edz_pdf/1037_bio_
nahwaerme.pdf
Dauer 1. 4. 2006 – 30. 3. 2008
Budget in Euro 168.457,–
Ausschreibung Energiesysteme der Zukunft
„Obwohl das Forschungsprojekt nicht in eine konkrete Realisierung zugeführt
werden konnte, konnten die Potenziale und Grenzen der Einbindung von thermisch
angetriebenen Kühlsystemen in Nahwärmenetzen simulationstechnisch
quantifiziert werden. Dadurch konnte der entsprechende Forschungsbedarf
konkretisiert werden.“
Olivier Pol, Projektleiter
Einleitung und Projektziele trieb mittels thermisch-hydraulischer Netzsimulation
Das steigende Interesse an Kühlung mit Nah- und untersucht. Anschließend wurde eine Wirtschaftlich-
Fernwärme ist mit der Ausbreitung der Kraft-Wärme- keitsberechnung durchgeführt.
Kopplungstechnologien sowohl im großen als auch
im kleinen Leistungsbereich eng verbunden. Parallel
zu dieser Entwicklung besteht eine gewisse Wärme- Ergebnisse
abnahme in den Sommermonaten, da die Nah- und Über die Netzsimulation konnte die Verbesserung der
Fernwärme hauptsächlich zur Brauchwasserbereit- Netzenergiebilanz aufgrund des Einsatzes thermisch
stellung und in Industrieprozessen eingesetzt wird. angetriebener Kühlverfahren in dem Nahwärmenetz
Dies hat im Allgemeinen zu einem deutlichen Wärme- quantifiziert werden: am Fallbeispiel Mureck würde
überschuss in den Sommermonaten geführt, der sich sich über den Einsatz von fünf 15 kW Absorptionskäl-
nun z. B. mit Hilfe von Absorptionskältemaschinen zu temaschinen im Netz der Wärmenutzungsgrad von
Kühlzwecken einsetzen lässt. 40 % auf ca. 46 % im Sommer erhöhen und der Wär-
meverlustanteil sich dementsprechend reduzieren.
Im Projekt „Einsatz von thermischen Kühltechno- Die Erhöhung des Stromverbrauchs für die Netz-
logien zur Nutzung der sommerlichen Nahwärme“ pumpe aufgrund der größeren Wärmeabnahme ist
wurde am Beispiel des Nahwärmenetzes in Mureck hingegen vernachlässigbar. Es würde sich daher eine
(Südsteiermark) die Anpassung des sommerlichen allgemeine Verbesserung der gesamten Netzenergie-
Wärmenetzbetriebs zur Erreichung eines möglichst bilanz ergeben.
hohen Abwärmenutzungsgrades untersucht. Dies
könnte durch eine Kombination von möglichen zusätz- Die für die Absorptionskältemaschinen ungünstigen
lichen Wärmeabnehmern, vor allem Absorptionskäl- Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnung
temaschinen, erreicht werden. Nach einer Abbildung ergeben sich vor allem aus der Tatsache, dass eine
des bestehenden Wärmenetzes in einer Simulations- Lösung mit Splitklimageräten als Referenzsystem an-
umgebung, einer Potenzialerhebung für zusätzliche genommen worden ist. Diese Auswahl entspricht dem
Wärmeabnehmer (hauptsächlich zu Kühlzwecken) Stand der Technik in kleinen Bürogebäuden in länd-
und einer entsprechenden Berechnung der Kühl- lichen Gebieten, die sehr oft zuerst ohne Kühlsysteme
lasten und Lastprofile wurden die Auswirkungen von gebaut und später nachgerüstet werden. Die Berech-
Absorptionskältemaschinen auf den Wärmenetzbe- nungen zeigen, dass, je nach Anlageneffizienzwerten,
8 Energie aus Erde, Luft, Wasserdie spezifischen Wärmepreise um 5 bis 7 mal nied- Kopplung, Solarunterstützung, double-lift Schal-
riger als die spezifischen Strompreise sein sollen, tungen. Arbeiten in diesem Bereich sollen zur
um insgesamt niedrige verbrauchsgebundene Kosten Entwicklung von neuen Kältemaschinen führen
zu erreichen und damit passende Bedingungen für (wie beispielsweise die von der TU Berlin und
eine Wirtschaftlichkeit des Alternativvorschlags zu des ZAE Bayern kürzlich entwickelte Absorpti-
erhalten. onskältemaschine (BINE, 2011)), um die Kältege-
stehungskosten deutlich zu reduzieren und die
elektrische Effizienz gegenüber dem Stand der
Anschließende Arbeiten und nächsten Schritte Technik zu steigern.
In dem kleinen Nahwärmenetz in Mureck könnte das • Netzmanagementstrategien (Speicher), um den
Äquivalente an ca. 40 % der gesamten angeschlos- Einsatz thermisch angetriebener Kühlverfahren
senen Leistung im Sommer zum Antrieb von dezen- in Nahwärmenetzen zu ermöglichen. Mit diesem
tralen Absorptionskältemaschinen in konventionellen Thema beschäftigt sich teilweise das laufende
Vorlauf-Rücklauf-Einbindungen genutzt werden, Projekt Smart Heat Net (Basciotti et al., 2011).
ohne die Rücklauftemperatur im Netz in einem
unzulässigen Bereich zu erhöhen. Da die Erhöhung
der Vorlauftemperatur auch begrenzt ist (maximal Drei Gründe für das Projekt
3 K in Mureck), sollen in Zukunft weitere Technolo- • Wichtige Forschungsfrage für österreichische
gien, Einbindungen und Netzmanagementstrategien Nahwärmenetzbetreiber
zur Optimierung von Nah- und Fernwärmesystemen • Zünder für weitere Forschungsprojekte in
untersucht werden: Österreich (Smart Heat Net, Beteiligung am IEA
• Adsorption und sorptionsgestütze Klimatisie- Joint Project SHC Task 42 / ECES Task 24)
rung: in diesem Sinne und im Rahmen der öster- • Entwicklung, Validierung und Nutzung eines
reichischen Beteiligung an dem IEA Joint Project dynamischen Fernwärmenetzmodells
SHC Task 42 / ECES Task 24 (Fortschrittliche Ma-
terialien für kompakte Wärmespeicher) wird die
Integration von Sorptionsspeichern in Nahwärme-
netzen anhand von Simulationsmethoden unter-
sucht. Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass Heizre-
gister mit hoher Temperaturspreizung sogar eine
Reduzierung der Rücklauftemperatur ermögli-
chen und dass die Anzahl von thermochemischen
Speichern somit nicht begrenzt ist (Basciotti &
Pol, 2011).
• Nutzung der BHKW-Abgase auf hohen Tempera-
turniveaus in einer direkten Kraft-Wärme-Kälte-
Energie aus Erde, Luft, Wasser 9Energie aus Abwasser: Abwasserwärme- und kälte-
nutzung mit hocheffizienten Großwärmepumpen
Projektnummer: 821900 Kontakt
Fakten
Koordinator Ochsner Wärmepumpen GmbH Karl Ochsner
Projektleiter, Geschäftsführer
Partner Austrian Energy Agency, Universität für Boden-
karl.ochsner@ochsner.at
kultur, Fernwärme Wien GmbH, Energie Schweiz
für Infrastrukturanlagen
Website –
Dauer 1. 11. 2009 – 31. 5. 2012
Budget in Euro 436.065,–
Ausschreibung Neue Energien 2020, 2. Ausschreibung
„Abwasserwärmenutzung ist eine äußerst innovative technologische Lösung zur
Wärme- und Kälteversorgung. Damit könnten 10 % der städtischen Gebäude ver-
sorgt werden, insbesondere auch zukünftige Smart Cities. Mit diesem Projekt wird
das erforderliche Know-How erarbeitet, um eine breite Umsetzung vorzubereiten“
Karl Ochsner, Projektleiter
Energiequelle Abwasser – Energie- Die größte Herausforderung der Thematik stellt dabei
verteilnetz Kanal der Energieaustausch mit dem Abwasser dar, da die-
Abwasser enthält große Energiemengen, die durch ser Untersuchungsbereich entscheidend für die Effi-
verschiedenste Prozesse (Waschen, Kochen, Baden, zienz des Gesamtsystems ist. Im Wesentlichen stehen
Haushalt, Gewerbe, usw.) in das Abwasser einge- folgende Wärmetauscher-Bauarten zur Verfügung:
bracht werden und weiter ungenutzt über das Kanal-
system zur Kläranlage transportiert werden. A) Wärmetauscher im Kanal eingebaut:
Das Abwasser fließt über den Wärmetauscher. Für
Etwa 82.000 km beträgt die Gesamtlänge der öffent- den Abwassertransport zum Wärmetauscher ist
lichen Kanäle in Österreich (Quelle: Kommunalkredit kein zusätzlicher Energieaufwand erforderlich. Der
Public Consulting GmbH, Stand bis einschließlich Einfluss der Verschmutzung auf die Übertragungs-
2007), ohne Hausanschlusskanäle. Damit besteht, leistung wird durch entsprechende Dimensionierung
insbesondere in Ballungsräumen ein „Energie- der Wärmetauscherfläche ausgeglichen. Auch ist zu
Verteilnetz“, welches einerseits zur Wärmegewin- berücksichtigen, dass das Abwasser bei Einbau der
nung, aber auch zur Abfuhr von Überschusswärme Wärmetauscher sowie bei Durchführung von War-
(Kälteenergiegewinnung) genutzt werden kann. Die tungs- bzw. Reparaturarbeiten umgeleitet werden
Wärmepumpe, die sowohl Wärme-, als auch Kältee- muss.
nergie sehr effizient zur Verfügung stellt, ist dabei ein
wichtiger Systembaustein. B) Externer Wärmetauscher:
Hierbei wird ein Abwasserteilstrom über den Wär-
Im laufenden Forschungsprojekt „Energie aus Ab- metauscher gepumpt. Diese Wärmetauscher sind am
wasser“ werden sämtliche relevanten Fragestel- Markt sowohl mit als auch ohne Reinigungseinrich-
lungen der Abwasserwärmenutzung analysiert und tungen erhältlich.
bewertet sowie Lösungsvorschläge für den breiten Anders als bei Variante A ist hier der Energieauf-
Einsatz zur nachhaltigen Energieversorgung ge- wand für den Abwassertransport zu berücksichtigen.
macht. Anhand von insgesamt 7 Machbarkeitsstudien Vorteilhaft ist diese Form der Wärmetauscher auf-
werden konkrete Anwendungsfälle sowohl hinsicht- grund der leichten Zugänglichkeit für Wartungs- und
lich der technischen Konzeption des Gesamtsystems, Reparaturaufgaben.
der Energieersparnis, der Schadstoffreduktion als
auch der Wirtschaftlichkeit betrachtet und dabei auch C) Wärmeaustausch nach der Kläranlage:
die rechtlichen Rahmenbedingungen untersucht. Diesbezügliche Lösungen sind relativ einfach zu
realisieren, da das Abwasser in gereinigter Form zur
Verfügung steht.
10 Energie aus Erde, Luft, WasserDie Abwasserwärme sollte im günstigsten Fall jedoch Abwasserverband Hall in Tirol - Fritzens:
in unmittelbarer Nähe der Gewinnung genutzt Die Machbarkeitsstudie untersuchte die Abwasseren-
werden, um lange Versorgungsleitungen zu Verbrau- tnahme nach der Kläranlage und vor dem Vorfluter
cherInnen zu vermeiden. (Inn).
Abwassermenge: 200 l/sec mit Temperatur von 12 °C
Freistrom Plattenwärmetauscher mit hydraulischer
Voraussetzung für die Nutzung von Energie Rückspüleinrichtung
aus Abwasser Heizleistung: 4,5 MW
Um Energie aus Abwasser optimal nutzen zu können, Kalte Fernwärme zu der/den Heizzentrale(n) und
sollte ein Abwasserstrom vorhanden sein, dessen von dort Niedertemperatur-Nahwärmenetze zu den
Durchfluss zumindest 15 l/sec beträgt. Einen zentra- VerbraucherInnen.
len Kostenblock im Gesamtsystem stellen die Abwas- Insgesamt 7 OCHSNER Wärmepumpen mit je 640 kW
serwärmetauscher dar. Um ein möglichst günstiges Heizleistung bei 50/45°C und 10/6 °C
wirtschaftliches Ergebnis zu erzielen, sollte die Leistungszahl (COP): 4,4
geplante Anlagenleistung deshalb mindestens Amortisationsdauer: in Abhängigkeit der Nutzung.
100 kW betragen. Bei der Nutzung der Abwasser- CO2 Reduktion: 989 Tonnen/anno bzw. 61,5 % jeweils
wärme sind die jeweils erforderlichen Eintrittstem- gegenüber Erdgas
peraturen in die Kläranlage zu beachten, um etwaige Derzeit finden Gespräche mit zukünftigen
Beeinflussungen in der Funktion der Kläranlage AbnehmerInnen statt.
auszuschließen zu können.
Drei Gründe für das Projekt
Erste Ergebnisse aus konkreten Projekten • Die im Abwasser vorhandene Energie, welche
(Machbarkeitsstudien): ursprünglich mit kostbarer Primärenergie er-
Gemeindeabwasserverband Amstetten: zeugt wurde, kann mit Wärmepumpen wiederver-
Im Rahmen der Machbarkeitsstudie wurde die wendet werden.
Wärme-Versorgung des Betriebsgebäudes der Stadt- • Das Kanalnetz als vorhandene „Energie-Infra-
werke Amstetten sowie des benachbarten Wasser- strukturleitung“ eignet sich hervorragend für die
Kraftwerks untersucht. Wärmeentnahme (Heizung und Warmwasser) und
Wärmepumpe bivalent/parallel mit 185 kW zur Wärmeabgabe (Kühlung).
Gesamtleistung: 235 kW • Um die Abwasserwärmenutzung in Österreich
Spezial Abwasser Wärmetauscher extern flächendeckend und rasch umzusetzen, sind die
Jahresdeckung Energiebedarf durch Wärmepumpe technischen, wirtschaftlichen und rechtlichen
und Abwasser: 97 % Rahmenbedingungen zu ermitteln und zu doku-
Amortisationsdauer: in Abhängigkeit der Nutzung. mentieren.
CO2 Reduktion: 71 Tonnen / anno bzw. 69 % jeweils
gegenüber Erdgas.
Energie aus Erde, Luft, Wasser 11Kälteanlagen im Hotel- und Gastgewerbe
Projektnummer: 815593 Kontakt
Fakten
Koordinator Energie Tirol Roland Kapferer
Projektleitung
Partner Ingenieurbüro DI Andreas Greml
roland.kapferer@energie-tirol.at
Ingenieurbüro DI Wolfgang Kreuzer
Website www.effizientekälte.at
Dauer 1. 6. 2008 – 30. 9. 2010
Budget in Euro 80.204,–
Ausschreibung Energie der Zukunft
„So groß wie die Variation der installierten Kälteanlagen, so groß ist auch die
Schwankung in der Energieeffizienz. Durch entsprechende Empfehlungen und
Verbesserungsvorschläge sowie die neu ausgearbeitete Qualitätskriterien für die
Bestellung wird das Ziel effizienter Kälteanlagen unterstützt.“
Roland Kapferer, Projektleiter
Ausganssituation und Projektziele Ergebnisse
Personen, die sich mit Energie in Beherbergungsbe- Der elektrische Energiebedarf in einem typischen
trieben auseinandersetzen, beachten meist nur Hei- 3- bzw. 4-Sterne-Hotel beträgt für alle Kälteanwen-
zung, Warmwasser und Beleuchtung. Die Kältetech- dungen 2,8 kWh pro Übernachtung bzw. 18 % des
nik als ein wesentlicher Teil des Strombedarfes und Gesamtstrombedarfes von 15,3 kWh pro Übernach-
entscheidender Faktor für die Qualität der Lebens- tung. Dabei entfallen von den 2,8 kWh pro Übernach-
mittel wurde bisher weitgehend vernachlässigt, weil tung ca. 1,0 kWh auf steckerfertige Standardgeräte
die Technologie der Kältebereitstellung im Vergleich (Eiscrusher, Karbonator, Weinkühler, Minibars, …)
zur Heizung wesentlich schwieriger zu erfassen und und 1,8 kWh auf gewerbliche, individuell gefertigte
zu optimieren ist. Kälteanlagen. Die angegebenen Daten entsprechen
mittleren Werten der Studie.
Um die vorhandenen allgemein zugänglichen Unter-
lagen zu Kälteanlagen zu ergänzen, wurde dieses In einer Hochrechnung wurde dabei der Tiroler Be-
Projekt im Bereich des Tourismus angesiedelt, weil darf für individuell gefertigte Kälteanlagen, die im
dieser Bereich für Österreich im Allgemeinen und Focus des Projektes standen, mit etwa 50 GWh/Jahr
für das Bundesland Tirol im Speziellen von großer ermittelt. Steckerfertige Geräte, wie Kühltruhen oder
Bedeutung ist. Kühlschränke, sind hier nicht enthalten.
Folgende Ziele wurden verfolgt: Zur Effizienzverbesserung wurden 2 Szenarien
• Erfassung des techn. Ausstattungsgrades angenommen: einerseits die Sanierung, bei der die
• Energiebedarf und Einsparpotenziale Kälteanlagen nur in Teilbereichen verbessert werden
• Aufzeigen von typischen Situationen oder der komplette Neubau. Diese Unterscheidung ist
• Lösungen zur Effizienzsteigerung deswegen erforderlich, weil die Betriebe wegen ihrer
• Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen gewachsenen und dezentralen Struktur der Kältean-
• Leitfaden für die Energieberatung lagen nur beschränkte Möglichkeiten für eine Kom-
plettsanierung bzw. einen Neubau bieten.
12 Energie aus Erde, Luft, WasserDamit ergibt sich für die Effizienzsteigerung: Einen weiteren wesentlichen Beitrag für effiziente
• Teilsanierungen von Kälteanlagen oder der Neuanlagen liefern die entwickelten Bestellkriterien.
Austausch von einzelnen Teilen bringen nur Damit ist es Hoteliers, die kein tieferes technisches
geringe Einsparungen von etwa 8 %. Die Wissen im Kältebereich haben, möglich, eine be-
Empfehlung lautet klar: Überarbeitung der ge- stimmte Güteklasse für ihre Kälteanlage zu wählen.
samten Struktur der Anlagen und Verbesserung Mit den Bestellkriterien können vergleichbare Ange-
der technischen Parameter. Nicht zu unterschät- bote eingeholt und mit den vorgegebenen technischen
zen sind die Nutzungsbedingungen, in denen Parametern ein effizienter Betrieb gesichert werden.
ebenfalls ein entsprechendes Einsparpotenzial Unterlagen stehen auf www.effizientekälte.at zum
liegt. Download bereit.
• Der Neubau der Anlagen kann im Wesentlichen
mit den Schlagworten Maschinenverbund, Dreh-
zahlregelung, Wärmerückgewinnung und Wärme- Drei Gründe für das Projekt
dämmung der Kühlbereiche beschrieben wer- • Mit dem Projekt konnte der Mangel an Wissen
den. Damit lassen sich bei einer Sanierung der über Kälteanlagen im Tourismus größtenteils
Kältetechnik bis zu 33 % an elektrischer Energie beseitigt werden.
einsparen. Bei einer zusätzlichen Verbesserung • Für EnergieberaterInnen wurde ein Beratungstool
der Wärmedämmung beträgt die Einsparung an erarbeitet um damit bestehende Kälteanlagen zu
elektrischer Energie bis zu 50 %. beurteilten und die Effizienz von Verbesserungs-
• Insbesondere wird auf die Wärmerückgewinnung maßnahmen abzuschätzen.
hingewiesen, die einen deutlichen Beitrag zur • Einen wesentlichen Beitrag für effiziente
Wärmebereitstellung liefern kann und zusätzlich Neuanlagen liefern die entwickelten Bestellkrite-
Energie und Energiekosten einspart. rien mit denen es für Hoteliers möglich ist, ohne
technisches Wissen, vergleichbare Angebote
Mit dem Projekt konnte der Mangel an Wissen über einzuholen und ihre Kälteanlage zu wählen.
Kälteanlagen im Tourismus größtenteils beseitigt
werden. Die Auswirkungen einzelner Maßnahmen auf
die Gesamteffizienz können nun einfach abgeschätzt
werden.
Für technisch Versierte, wie EnergieberaterInnen,
wurde ein Beratungstool auf EXCEL-Basis erarbeitet.
Damit können bestehende Kälteanlagen beurteilt und
die Effizienz von Verbesserungsmaßnahmen abge-
schätzt und wirtschaftlich beurteilt werden.
Energie aus Erde, Luft, Wasser 13Neuartiges Konzept für einen Hochleistungs-Mikro-
kanal-Absorber für Absorptionswärmepumpen
Projektnummer: 821841 Kontakt
Fakten
Koordinator AIT - Österreichisches Forschungs- und Gerwin Schmid
Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H. Projektleiter
gerwin.schmid@ait.ac.at
Partner Pink Ges.m.b.H, Heliotherm Wärmepumpentechnik Ges.m.b.H.
Website www.ait.ac.at/departments/energy/research-areas/
energy-for-the-built-environment/renewable-heating-and-cooling/
bubbleplate/
Dauer 1. 10. 2009 – 31. 7. 2012
Budget in Euro 298.280,–
Ausschreibung Neue Energien 2020 – 2. Ausschreibung
„Die Absorptionstechnologie wird einen großen Anteil zur Reduktion von Treib-
hausgasemissionen beitragen. Insbesondere im industriellen und gewerblichen
Bereich sind große Potenziale vorhanden“
Gerwin Schmid, Projektleiter
Ziel treibende Kraft für Turbulenz dar, da der durch die
Aufgrund steigender Energiepreise bildet die Absorp- Gasströmung erzeugte Schub üblicherweise ver-
tionskälte- und -wärmetechnik eine gute Alternative nachlässigbar klein ist. In Blasenabsorbern hingegen
zu herkömmlichen Technologien, die für Kühlen und spielen außerdem sowohl der Auftrieb als auch der
Heizen zur Anwendung kommen. Zu den gestiegenen eingeprägte Druck eine Rolle. Entsprechend ein-
Energiekosten kommt noch die Notwendigkeit CO2- gesetzt führt dies schließlich zu deutlich besseren
Emissionen zu reduzieren hinzu, weshalb zu erwarten Transportkoeffizienten in Blasenströmungen, da die-
ist, dass die Absorptionstechnologie in den kommen- se einen hohen Wärmetransfer bei gleichzeitig guter
den Jahren stark an Bedeutung gewinnen wird. Diese Durchmischung zwischen Flüssigkeit und Dampf
Technologie lässt sich für Raumkühlung und Warm- ermöglichen.
wasserbereitung im gewerblichen Bereich sowie in
industriellen Anwendungen einsetzen. Ziel des gegenständlichen Forschungsprojektes (Bub-
blePlate) ist es ein erstes Konzept eines neuartigen
Um die Wettbewerbsfähigkeit in Anwendungen nied- Plattenwärmeübertragers auf Basis von Blasenströ-
riger Leistungsbereiche zu gewährleisten, (Hochgeschwindigkeitskamera untersucht. Dabei Drei Gründe für das Projekt
unterscheidet sich dieses Projekt gerade durch den • Die Entwicklung für kleine Leistungen führt zur
Einsatz von optischen Methoden in Verbindung mit Erschließung neuer Märkte mit großen Stück-
CFD-Simulationen von Arbeiten anderer Forschungs- zahlen.
gruppen, die in diesem Bereich bisher durchgeführt • CO2-Emissionsreduktionsmaßnahmen und die
wurden. Dadurch ist das Erlangen eines fundamen- Energiepreisentwicklung machen die Absorpti-
talen und umfangreichen Verständnisses des komple- onstechnologie kompetitiv.
xen Verhaltens von Absorptionsvorgängen möglich. • Durch die Kombination von analytischen,
Die bisherigen Beobachtungen lassen sich wie folgt numerischen und experimentellen Methoden wird
zusammenfassen: ein umfassendes Verständnis des Absorptions-
• Bei den untersuchten Konfigurationen hatte die prozesses gewonnen.
Gaseintrittsgeometrie nur einen geringen Einfluss
auf den Absorptionsprozess.
• Durch immer wieder auftretendes Abreißen der
Dampfblase fluktuiert die Strömungsgeschwin-
digkeit der Lösung. Dies begünstigt den Absorpti-
onsprozess, da es dadurch zu mehr Turbulenzen
im System kommt und es zu keinen großen Gradi-
enten in der Lösungskonzentration kommen kann.
• Ein relativ kleiner Anteil von Gasblasen wird,
nachdem diese sphärische Form angenommen
haben, nicht weiter absorbiert. Ob dies an Ober-
flächenspannungseffekten und/oder am lokalen
Strömungsverhalten um die Blase liegt, muss
noch weiter untersucht werden.
Mit den bisherigen Erkenntnissen aus Experiment
und Simulation wird derzeit das Konzept des Platten-
wärmeübertragers entwickelt, welches im Weiteren
erprobt wird.
Energie aus Erde, Luft, Wasser 15GEOPOT – Geothermische Nutzungen und
geothermisches Nutzungspersonal von Regionen
Projektnummer: 818890 Kontakt
Fakten
Koordinator Wasser Tirol – Wasserdienstleistungs-GmbH Rupert Ebenbichler
(Dr. Ernst Fleischhacker) Projektleiter
rupert.ebenbichler@wassertirol.at
Partner Universität Innsbruck – Arbeitsbereich Umwelttechnik
(Univ. Prof. Dr. Wolfgang Rauch), hydro-IT (Dipl. Inf. Heiko Kinzel)
Website www.wassertirol.at/e-i-n-g-a-b-e/projektberichte/geopot/index.html
Dauer 1. 1. 2009 – 31. 3. 2011
Budget in Euro 235.000,–
Ausschreibung Neue Energien 2020, 1. Ausschreibung
„Unsere Messungen und die Erstellung von Wärmelastplänen haben gezeigt, dass
die Ressource Grundwasser besonders in Ballungsgebieten stark beansprucht ist
und Handlungsbedarf besteht. Um diese Ressource sinnvoll nutzbar zu machen,
benötigt es umfangreichere Erhebungen und neue Berechnungsmodelle wie
GEOPOT“
Ernst Fleischhacker, Geschäftsführer der Wasser Tirol – Wasserdienstleistungs-GmbH
Grundwasserressourcenschutz durch regionale anomalien auf das Gesamtsystem der Grund- und
Betrachtung der thermischen Nutzung Trinkwasserbewirtschaftung haben.
Für eine österreichische Klimastrategie ist die nach-
haltige Nutzung oberflächennaher Erdwärme eine
bedeutende Technik. Während für die lokale Betrach- Robuste Modelle zur Berechnung von
tung der technischen und ökologischen Folgen der Temperaturveränderungen im Grundwasser-
thermischen Nutzung des Untergrundes mehrere körper nötig
Modelle am Markt existieren, sind für die großräu- Um den Einfluss thermischer Grundwassernutzungen
mige, regionale Betrachtung nur wenige vorhanden auf das Gesamtsystem untersuchen zu können, wer-
bzw. können diese mit den vorhandenen Datenlagen den robuste Verfahren benötigt, welche auch bei ge-
nur unter großem Aufwand angewendet werden. ringer Datenauflösung Aussagen mit ausreichender
Eine großräumige regionale Betrachtung zielt auf die Genauigkeit hinsichtlich der Ausbreitung der Tempe-
rasche Beurteilung einer Vielzahl von in Wechsel- raturveränderungen im Grundwasserkörper ermög-
wirkung stehender Anlagen mit jedoch nur geringer lichen. Denn obwohl die Modellierung der kleinräu-
Datenlage ab. migen Beeinflussung des Grundwassers sehr weit
entwickelt ist, fehlt eine wissenschaftliche Methodik
Die Wechselwirkung zwischen den Anlagen entsteht zur Untersuchung großräumiger Grundwasserkörper
vor allem durch die Rückeinleitung des energetisch weitgehend. Für die Untersuchung und Visualisierung
genutzten Wassers, was zu Temperaturanomalien dynamischer Vorgänge im Grundwasser bietet sich,
nach der Rückgabe entlang der Grundwasserfließ- sowohl für die Dateneingabe, wie auch für die Aus-
richtung führt. Zu den zahlreichen sonstigen Nut- wertung und Ausgabe, die Einbettung in ein Geogra-
zungen und Beanspruchungen des Grundwassers phisches Informations- System (GIS) an. Ausgehend
(z. B. als Trinkwasserressource) kommt daher eine von diesen Fragestellungen wurde 2006/07 von der
weitere hinzu, nämlich die thermische. Es stellt Wasser Tirol – Wasserdienstleistungs-Gmbh und der
sich nicht nur die Frage, auf welche Art und Wei- Universität Innsbruck – Institut für Infrastruktur das
se der Grundwasserkörper durch die Veränderung Softwareprodukt GWTEMPIS entwickelt. GWTEMPIS
der Temperatur betroffen ist, sondern auch, welche basiert auf einer wissenschaftlich fundierten und
ökologischen Auswirkungen derartige Temperatur- abgesicherten Methodik zur Ermittlung und Darstel-
16 Energie aus Erde, Luft, Wasserlung der Ausbreitung von Temperaturanomalien aus Die während des Projektes entwickelte methodische
Wärmepumpen- oder Kühlanlagen in Aquiferen auf Vorgehensweise wurde im Projektgebiet Innsbruck
regionaler Basis. Mit diesem Produkt ist es möglich, getestet. Mit Hilfe des Modells GEOPOT konnte so
die regionalen Auswirkungen auf den Grundwasser- das regionale geothermische Nutzungspotential des
körper zu untersuchen und dadurch eine nachhaltige Innenstadtbereichs von Innsbruck berechnet werden.
Nutzung dieser erneuerbaren Energieressource ohne
Schädigung des Grundwassersystems zu ermögli- Somit ist es möglich, mit Hilfe des innovativen und
chen. praxisnahen Berechnungs- und Darstellungsmodells
GEOPOT und der während des Projektes entwickelten
Methodik eine regionale und großräumige Beur-
GEOPOT – ein innovatives Berechnungs- teilung der thermischen Nutzung des Untergrunds
und Darstellungsmodell für die regionale mittels Wärmepumpen bzw. Erdwärmesonden abzu-
thermische Grundwassernutzung geben.
Im gegenständlichen Projekt GEOPOT wurde ein
regionales Berechnungs- und Darstellungsmodell
erstellt, welches eine Weiterentwicklung von GW- Drei Gründe für das Projekt
TEMPIS darstellt. Das Modell GEOPOT ist ebenfalls • Mit GEOPOT können die Auswirkungen der
in das GIS-System ArcGIS integriert, im Gegensatz zu geothermischen Wärmenutzung auf regionaler
GWTEMPIS berücksichtigt es jedoch die dritte Di- Ebene ermittelt und in 3D dargestellt werden.
mension. Die 3-dimensionale Wärme- bzw. Kälteaus- Grundwasserpumpen sowie Erdwärmesonden
breitung kann sowohl stationär als auch instationär (stationärer sowie instationärer Betrieb) können
schnell für große Modellgebiete berechnet werden. berücksichtigt werden.
Hierzu wurde im gegenständlichen Projekt eine • Mit GEOPOT können Grundlagen für die
Berechnungsmethodik entwickelt, welche einerseits Einreichung und die behördliche Bewilligung von
eine Genauigkeitssteigerung gegenüber bisherigen Geothermieanlagen geschaffen werden.
Verfahren und Software z. B. bessere Hydraulik, aber • GEOPOT ermöglicht die Abschätzung des derzeit
auch weniger Rechenzeit als beispielsweise vollstän- genutzten und des noch nachhaltig nutzbaren
dig 3-dimensionale Berechnungsmethoden aufweist. geothermischen Potenzials auf regionaler Ebene.
Zudem wurde die Bedienungsfreundlichkeit deutlich
verbessert. Im Modell kann im Weiteren die Wärme-/
Kälteausbreitung nicht nur durch Grundwasserwär-
mepumpen, sondern auch durch Erdwärmesonden
berücksichtigt werden.
Energie aus Erde, Luft, Wasser 17Geosola – Möglichkeiten, Bemessung und Grenzen
neuer Hybrid-Erdwärmesondenkonzepte
Projektnummer: 815718 Kontakt
Fakten
Koordinator JKU Linz Wolfgang Samhaber
Projektkoordination
Partner Austrian Research Centers GmbH – ARC Alpine Bau
wsa@jku.at
GmbH, M-TEC Mittermayr GmbH, GVT Verfahrens-
technik GmbH, JKU – Institut für Verfahrenstechnik,
T&G Automation GmbH
Website www.ivt.jku.at/Geothermie/Projekt.htm
Dauer 1. 5. 2008 – 30. 6. 2011
Budget in Euro 500.260,–
Ausschreibung Energie der Zukunft, 1. Ausschreibung
„Erneuerbare Energien und deren Nutzung stellen uns vor neue Heraus-
forderungen. Nur durch innovative Konzepte und neue Ansätze können
konventionelle Energiequellen sinnvoll ersetzt werden. Mit „Geosola“ wurde
grundlegende Forschung im Bereich der Kombination von Geothermie und solarer
Wärmeenergie betrieben.“
Wolfgang Samhaber, Projektleiter
Energie der Zukunft – neue Herausforderungen Neue Erkenntnisse zur Wärmebevorratung und
Die Energiepolitik fordert eine Erhöhung des Anteils zum Wärmetransport
an erneuerbarer Energie am Primärenergiever- Mit der Geosola-Anlage war erstmals eine aus-
brauch. Von diesem entfallen in Mitteleuropa unge- schließlich zu Forschungszwecken errichtete An-
fähr 50 % auf Heiz- und Kühlzwecke. Hier besteht die lage dieser Art zugänglich. So konnten im Zuge der
Möglichkeit, einen großen Anteil durch erneuerbare dreijährigen Entwicklungs- und Forschungstätigkeit
Energie zu ersetzen. Dabei hat die oberflächennahe Erkenntnisse gewonnen werden, die an einer be-
Geothermie viel Potential, und auch Solarenergie triebswirtschaftlich genutzten Anlage nicht möglich
trägt dazu bei, den Anteil erneuerbarer Energie zu gewesen wären: Dadurch, dass keine Rücksicht auf
erhöhen. Wärmebereitstellung oder Heizzwecke genommen
werden musste, konnten spezielle Forschungs-Mes-
Die Projektidee für „Geosola“ war es, diese beiden sprogramme durchgeführt werden.
Energiequellen zu kombinieren und Grundlagen-
forschung auf dem Gebiet des Wärmetransports im Durch die umfangreiche Messtechnik – faseroptische
Untergrund und Einflüssen auf diesen zu betreiben. Temperatursensoren (Glasfaser – Lichtwellenleiter)
Es wurde eine Industrieforschungsanlage mit ins- wurden seit Inbetriebnahme alle Temperaturen im
gesamt sechs unterschiedlichen Sondenbohrungen Untergrund an jeder Stelle der Erdwärmesonden auf-
errichtet. Neben spezieller und umfassender Mess- gezeichnet und großteils auch ausgewertet.
technik wurde die Anlage auch so ausgerüstet, dass
die kontrollierbare Einbringung von Wärmeenergie in Die gesammelten Ergebnisse wurden außerdem
die Erdwärmesonden möglich ist (Hybrid-Erdwärme- bereits im Abschlussbericht des Projektes veröffent-
sonde). So kann ein Nachladen der Sonde mit solaren licht:
Wärmeüberschüssen simuliert werden. Außerdem • Die Grenzen der Wärme-Entzugsleistung von
wurden bei drei Erdwärmesonden Sole- und CO2- Sole- und CO2-Sonden wurde untersucht, weiters
Wärmeentzugssysteme kombiniert, um die bisher wurden Untersuchungen hinsichtlich optimaler
wenig erforschten CO2-Sonden weitergehend unter- Füllmengen für CO2-Sonden durchgeführt.
suchen zu können. • Hinsichtlich der Wärmeeinbringung konnte der
Einfluss von Grundwasserströmungen quanti-
fiziert werden: Es wurde gezeigt, dass Wärme-
18 Energie aus Erde, Luft, Wasserbevorratung im Untergrund überall dort nicht Drei Gründe für das Projekt
wirtschaftlich ist, wo schnell fließende Aquifere • Geosola hat wichtige Erkenntnisse über die
Wärme abtransportieren. Kombination von Geothermie und Solarenergie
• Dort, wo im Bereich hoher Temperaturgradienten und über den Wärmetransport im Untergrund
(oberflächennaher Bereich bis etwa 30 m unter geliefert.
GOK) kein Aquifer strömt, kann Kurzzeit-Wärme- • Das Errichten einer Anlage ausschließlich zu
bevorratung sinnvoll sein. Forschungszwecken. Vergleichbare Anlagen kön-
• Jedenfalls positiv wirkt sich die Wärmeein- nen meist nur sehr eingeschränkt wissenschaft-
bringung auf das Temperaturniveau im Unter- lich genutzt werden.
grund aus: In den Jahren der Nutzung der An- • Weiterführende Untersuchungen (aktuell
lage konnte kein Temperaturabfall festgestellt z. B. Forschung an CO2-Sonden und Strömungs-
werden. Der geringe Wärmestrom aus der Erde sonden sowie die Entwicklung einer Gebrauchs-
(beschränkte Autoregenration) wurde durch formel für die Berechnung von Nusselt-Zahlen in
Wärmeeintrag unterstützt, und somit lassen sich Erdwärmesonden).
dadurch nachhaltige Systeme realisieren.
Chancen zur nachhaltigen Grundwasserbewirt-
schaftung mit Strömungssonden
Grundwasser ist eine wertvolle Ressource, deren
Nutzung zu Recht strengen Regeln unterliegt. Schnell
fließende Aquifere transportieren – wegen der hohen
Wärmekapazität von Wasser – eine weitere Ressour-
ce mit sich, deren Nutzung immer wirtschaftlicher
wird: Wärme. Dass diese ohne Eingriffe in ein emp-
findliches Gleichgewicht genutzt werden kann, wurde
durch eine weitere Entwicklung im Rahmen des Ge-
osola-Projektes gezeigt: Mit Strömungssonden lässt
sich ohne Stoffaustausch Wärme aus dem Grundwas-
ser entziehen, und zwar auf höchst effektive Art und
Weise: Bis zu 500 W pro Meter Wärmeaustauscher-
Länge in der Bohrung wurden an der Forschungsan-
lage gemessen, eine Verbesserung um den Faktor 10
gegenüber erdgekoppelten Sonden!
Energie aus Erde, Luft, Wasser 19Geothermie aus alten Ölsonden –
Ein Weg zu etwas mehr Unabhängigkeit!
Projektnummer: 821865 Kontakt
Fakten
Koordinator OMV AG Oliver Dinstl
Koordinator
Partner –
oliver.dinstl@omv.com
Website www.omv.com
Dauer 1. 1. 2009 – 1. 6. 2011
Budget in Euro 1.757.616,–
Ausschreibung Neue Energien 2020, 2. Ausschreibung
„Die geothermale Nachnutzung ausgeförderter Öl- und Gassonden
könnte auf regionaler Ebene ein interessanter Nischenplayer im Energiesegment
werden!“
Leopold Bräuer, Projektleiter
Die OMV Exploration & Production GmbH hatte sich mögliche Portfolio übernommen werden. Analytische
im Jahr 2008 zum Ziel gesetzt aufgelassene Öl- und Studien wurden durch ein reales Projekt ergänzt und
Gassonden hinsichtlich einer geothermischen Nach- die technische Plausibilität der Anlage evaluiert. Des
nutzung zu untersuchen. Das untersuchte Prinzip der Weiteren wurden reale Betriebsbedingungen, Inte-
geothermalen Energiegewinnung aus alten Öl- und grationsfähigkeit in bestehende Heizsysteme, Abküh-
Gassonden lässt sich folgendermaßen vereinfacht lungskurven des Gesteins und weitere Prozessanaly-
erklären: sen durchgeführt.
„Heizungswasser wird am obersten Punkt des Bohr- Die Schwerpunkte des Projektes waren:
lochs eingebracht, nach unten gepumpt und dabei • Umrüstung und Adaptierung einer alten Sonde zu
durch das umgebende Gestein erwärmt. Am tiefsten einem Bohrlochwärmetauscher
Punkt wird das Wasser umgelenkt und folglich an die • Integration in ein bestehendes Heizsystem über
Oberfläche wieder zurückgefördert, wo es die ther- ein eigenes Fernwärmenetz
mische Leistung an einen Wärmetauscher abgibt. Das • Test der Gesamtanlage unter realen und
abgekühlte Wasser wird dann wieder in Richtung des dynamischen, atmosphärischen Bedingungen
Sondenbodens gepumpt.“ • Entwicklung einer Software zum Eruieren
weiterer Geothermiepotenziale
Die Nachnutzung alter Öl- und Gassonden, zur Ver- • Erhebung von Verbesserungspotenzialen
wendung als Energielieferanten für regionale Anwen-
dungen, ist in dieser Form neuartig. Hierbei wurde Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde die Son-
die Umrüstung einer alten Bohrlochsonde zu einem de „Prottes Tief 11“ (Teufe 2.243 m) in der Gemeinde
Bohrlochwärmetauscher geplant um die theore- Prottes reaktiviert und zu einem Bohrlochwärmetau-
tischen Berechnungen durch ein reales Forschungs- scher umgebaut.
projekt zu verifizieren. Die ermittelten Erkenntnisse
sollen für weitere Projekte genutzt werden, weitere
aufgelassene Sonden sollen als Wärmequelle genutzt Die Erde als Energiequelle, eine ausgeförderte
werden. Neu entwickelte Softwarelösungen sollen Ölsonde zirkuliert Warmwasser:
den Weg für weitere wirtschaftlich tragbare Pro- Als Sonde wurde ein Koaxialrohr eingesetzt. Dieses
jekte ermöglichen, auch tiefere Sonden sollen in das wurde mit Abstandshaltern ins Casing eingeführt und
20 Energie aus Erde, Luft, WasserSie können auch lesen
