Vortrag Dr. Jürgen Görres
Vortrag Dr. Jürgen Görres
Vortrag Dr. Jürgen Görres
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Nutzung der Erdwärme und Schutz des Bodens<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
Ressourcenschutz und positive Beispiele aus Stuttgart<br />
1<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Jürgen</strong> <strong>Görres</strong><br />
Landeshauptstadt Stuttgart<br />
Amt für Umweltschutz, Abteilung Energiewirtschaft<br />
Gaisburgstraße 4, D 70182 Stuttgart<br />
Telefon 0711/216-88668, Fax 0711/216-88630<br />
Email: Juergen.Goerres@stuttgart.de<br />
Amt für Umweltschutz
Landeshauptstadt Stuttgart<br />
590.000 Einwohner<br />
Siedlungsfläche: 207 km²<br />
Siedlungsdichte:<br />
ca. 2.850 Einwohner pro<br />
km² Siedlungsfläche<br />
zu reinigende Ablaufwasser-<br />
menge: 100 Mio. m³/a<br />
städtische Gebäude<br />
1.413 Gebäude (beheizte Fläche: 2,2 Mio. m²) mit 2.230 Bedarfsstellen<br />
184.600 MWh/a Strom 26,1 Mio. Euro/a<br />
303.700 MWh/a Wärme 22,6 Mio. Euro/a<br />
1,8 Mio. m³/a Wasser 6,8 Mio. Euro/a<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
2<br />
Amt für Umweltschutz
Entwicklung des Heizenergieverbrauchs<br />
Heizenergie [ 1.000 MWh ]<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
3<br />
Heizenergieverbrauch ohne<br />
Energiesparmaßnahmen<br />
Heizenergieverbrauch<br />
auf Normaljahr bezogen<br />
73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97 99 01 03 05 07<br />
Jahr<br />
Eingesparte Heizenergiemenge<br />
Amt für Umweltschutz<br />
• Einsparung seit 1977<br />
6,1 Mio. MWh oder<br />
610 Mio. Liter Heizöl<br />
• Anteil erneuerbare<br />
Energien 6,5 %
Anlagen mit erneuerbaren Energien<br />
4 Holzhackschnitzelanlagen<br />
3 Holzpelletsanlagen<br />
5 Solarabsorber<br />
7 Thermische Solaranlage<br />
2 Luftkollektoranlagen<br />
3 Photovoltaikanlagen<br />
4 BHKW-Anlagen mit Klärgas<br />
1 Dampfturbine mit Klärgas<br />
1 Brennstoffzelle mit Klärgas<br />
5 Wärmepumpen<br />
1 Energiebodenplatte (freie Kälte)<br />
36 Anlagen<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
4<br />
Amt für Umweltschutz
Wärmepumpenanlagen<br />
• 3 WP im Mineralbad Leuze: Abwärmenutzung<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
– Therapiebecken (ca. 20°C): 410 kW th<br />
– Außenbecken (24°C) : 325 kW th<br />
– Duschabwasser KBH (37°C) : 96 kW th<br />
• Rohrer Höhe: Erdsonden<br />
• Hans-Rehn-Stift: Erdsonden + Außenlufteinheit<br />
5<br />
Amt für Umweltschutz<br />
werden derzeit erneuert
Altenwohnanlage Hans Rehn Stiftung<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
6<br />
Amt für Umweltschutz<br />
Seniorenwohnheim<br />
60 Personen,<br />
4.300 m²<br />
Pflegeheim<br />
122 Personen,<br />
7.700 m²<br />
Personalwohnen<br />
25 Personen,<br />
1.700 m²
Hans-Rehn-Stiftung<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
• Baujahr 1977<br />
• Vereinbarung, dass „Beheizung der auf dem<br />
Erbbaugrundstück stehenden Bauwerke umweltfreundlich<br />
erfolgen muss, insbesondere Kohle und Öl dürfen zu<br />
diesem Zweck nicht verwendet werden“<br />
=> Beheizung ausschließlich mit Strom<br />
7<br />
Amt für Umweltschutz
Anlagensystem vor der Sanierung<br />
2 Strom-Elektrodenkessel 2,5 MW el<br />
Energieverbrauch: 1.900 MWh/a Heizstrom<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
8<br />
Amt für Umweltschutz<br />
2 Pufferspeicher je 100 m³
Wirtschaftlichkeitsvergleich<br />
Brutto-Investitionskosten [€]<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
2.000.000<br />
1.800.000<br />
1.600.000<br />
1.400.000<br />
1.200.000<br />
1.000.000<br />
800.000<br />
600.000<br />
400.000<br />
200.000<br />
9<br />
0<br />
Wärmepumpe mit Erdsonden<br />
Variante 1 Variante 2 Variante 2a Variante 2b Variante 3a Variante 3b Variante 4a Variante 4b<br />
Summe WP+Sonden+Außenluft Spitzenkessel Hydraulische Einbindung<br />
Solaranlage Technische Fixkosten Sonstiges, Inbetriebnahme,…<br />
Bauliche Folgekosten Wärmeerzeugung Bauliche Fixkosten Heizzentrale 23% Planungskosten<br />
Amt für Umweltschutz<br />
Erdgaskessel<br />
Erdgaskessel<br />
mit BHKW
Jahreskosten und CO 2 -Emission<br />
Jahreskosten [€]<br />
300.000<br />
250.000<br />
200.000<br />
150.000<br />
100.000<br />
500<br />
450<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
CO2 Emmission [t/a] 50.000<br />
100<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
Variante 1 Variante 2 Variante 2a Variante 2b Variante 3a Variante 3b Variante 4a Variante 4b<br />
10<br />
Variante 1 Variante 2 Variante 2a Variante 2b Variante 3a Variante 3b Variante 4a Variante 4b<br />
Energiekosten Wartung+Instandhaltung Kapitalkosten<br />
Amt für Umweltschutz
Primärenergie [kWh/a]<br />
Primärenergie<br />
2.000<br />
1.800<br />
1.600<br />
1.400<br />
1.200<br />
1.000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
Variante 1 Variante 2 Variante 2a Variante 2b Variante 3a Variante 3b Variante 4a Variante 4b<br />
11<br />
Amt für Umweltschutz
Konzept der neuen Heizzentrale<br />
Quelle EGS Plan Stuttgart<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
12<br />
Amt für Umweltschutz
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
Förderung<br />
13<br />
Amt für Umweltschutz<br />
160.000 Euro<br />
175.786 Euro
Geplante Wärmeerzeugung<br />
Wärmebedarf und Deckung [MWh]<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
1.600<br />
1.400<br />
1.200<br />
1.000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
14<br />
0<br />
Quelle EGS Plan Stuttgart<br />
Verluste<br />
Gebäudeheizung<br />
Warmwasser<br />
Bedarf Deckung<br />
Amt für Umweltschutz<br />
Solaranlage<br />
BHKW<br />
Gas-Spitzenkessel<br />
Wärmepumpe<br />
Solaranlage für Wärmepumpe<br />
Erdsonden<br />
Außenlufteinheit
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
15<br />
Probebohrung einer<br />
200 m tiefen Erdsonde<br />
(10.-12. Juli 2006)<br />
Amt für Umweltschutz
Sanierungsschritte<br />
• März 2007: Beschluss im Gemeinderat<br />
• Dezember 2007: Stilllegung des Elektrokessels und<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
Inbetriebnahme des Gasniedertemperaturkessels<br />
• September 2008: Inbetriebnahme der Wärmepumpe (Sonden<br />
und Außenlufteinheit)<br />
• Ende November 2008: Inbetriebnahme des BHKW<br />
• Juli 2009: Inbetriebnahme der Solaranlage<br />
16<br />
Amt für Umweltschutz
Umbau bei laufendem Betrieb (2007/2008)<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
17<br />
Amt für Umweltschutz
Gasniedertemperaturkessel<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
18<br />
Thermische Leistung: 560 kW<br />
Spitzenlastabdeckung und<br />
Versorgungssicherheit<br />
Amt für Umweltschutz
Gas-Blockheizkraftwerk<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
19<br />
Elektrische Leistung: 50 kW el<br />
Thermische Leistung: 97 kW th<br />
Leistungsaufnahme: 161 kW<br />
Amt für Umweltschutz
Probesonde<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
20<br />
Amt für Umweltschutz<br />
20 Erdsonden à 90 m,<br />
1 Sonde à 190 m
Elektrische Wärmepumpe<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
21<br />
Amt für Umweltschutz<br />
170 kW Wärmeleistung<br />
Antriebsleistung:<br />
4 Kolbenverdichter mit<br />
Motor mit je 17,5 kW
Außenlufteinheit<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
22<br />
Amt für Umweltschutz<br />
2 Luftkühler<br />
mit je 65 kW<br />
6 Ventilatoren für jeden<br />
Luftkühler,<br />
drehzahlregelbar
Thermische Solaranlage<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
23<br />
Amt für Umweltschutz<br />
278 m² Kollektorfeld<br />
Bei Globalstrahlung > 300 W/m²:<br />
Wärmeeinspeisung in<br />
Pufferspeicher (100 m³)<br />
Bei geringerer Globalstrahlung:<br />
Nutzung der Wärme zur<br />
Wärmequellenanhebung der<br />
Wärmepumpe
Speicher<br />
1 Pufferspeicher mit 100 m³ Volumen (Bestand), Wärme-<br />
Einspeisung durch die Wärmepumpe und die Solaranlage<br />
2 Pufferspeicher mit jeweils 2,5 m³ Volumen, Wärme-<br />
Einspeisung durch das Blockheizkraftwerk oder den<br />
Gasniedertemperaturkessel (neu)<br />
1 Warmwasserspeicher mit 1,5 m³ Volumen (neu)<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
24<br />
Amt für Umweltschutz
Entwicklung des Energieverbrauchs<br />
Heizungs- und Stromverbrauch [kWh]<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
3.000.000<br />
2.500.000<br />
2.000.000<br />
1.500.000<br />
1.000.000<br />
500.000<br />
25<br />
0<br />
2005 2006 2007 2008 2009<br />
Jahr<br />
Amt für Umweltschutz
Entwicklung des Gesamt-Energiebezugs<br />
Energiebezug in kWh<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
2.500.000<br />
2.000.000<br />
1.500.000<br />
1.000.000<br />
500.000<br />
26<br />
0<br />
2005 2006 2007 2008 2009<br />
Jahr<br />
Heizstrom Erdgas Allgemeinstrom<br />
Amt für Umweltschutz
Entwicklung der Energiekosten<br />
Energiekosten [Euro]<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
400.000<br />
350.000<br />
300.000<br />
250.000<br />
200.000<br />
150.000<br />
100.000<br />
50.000<br />
0<br />
27<br />
2005 2006 2007 2008 2009<br />
Jahr<br />
Energiekosten Energiekosten ohne Umbau<br />
Amt für Umweltschutz
CO 2 - Emissionen<br />
CO 2 - Emissionen [t / a]<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
28<br />
1.800<br />
1.600<br />
1.400<br />
1.200<br />
1.000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
1705<br />
Amt für Umweltschutz<br />
1.193 t CO 2 / a<br />
512<br />
CO2-Emission CO2 – Emission 2005 CO CO2-Emission 2 – Emission 2009<br />
2009
Fazit der Sanierung<br />
• Energiekosteneinsparung: 192.000 € / a in 2009<br />
• Investitionskosten für Anlagentechnik bis jetzt 1.017.000 €<br />
• Prognostizierte Investitionskosten 1.554.000 €<br />
• Statische Kapitalrückflusszeit 8,1 Jahre<br />
• CO 2 – Einsparung im Jahr 2009: 1.193 t CO 2<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
29<br />
Amt für Umweltschutz<br />
(Reduktion um 70 %)
Randbedingungen für Geothermienutzung<br />
• zweitgrößtes Mineralwasservorkommen Europas<br />
• Schüttung von 22 Mio. l / Tag<br />
• 60% der Stuttgarter Gemarkung im<br />
Heilquellenschutzgebiet<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
30<br />
Ziel: Schutz der Umwelt<br />
und keine Schäden durch<br />
Geothermienutzung<br />
Amt für Umweltschutz
Schutzgebiet für die Heilquellen<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
31<br />
Amt für Umweltschutz
Anforderungen für Geothermienutzung<br />
• Ringraumweite für Erdwärmesonden > 50 mm<br />
• Wärmeträgermedium abhängig von Schutzzone des<br />
Heilquellen-Schutzgebiets<br />
• Genehmigung Sonden:<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
– bis 5: nur wasserrechtliche Erlaubnis<br />
– 5-10: wasserrechtliche Erlaubnis + Wärmeprognose<br />
– ab 11: wasserrechtliche Erlaubnis + Wärmeprognose + Monitoring<br />
32<br />
Amt für Umweltschutz
Hydraulische Kurzschlüsse<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
33<br />
Amt für Umweltschutz
Eiskeilbildung<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
34<br />
Amt für Umweltschutz
Ende einer verträglichen Bewirtschaftung<br />
• bei Wärmeentzug<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
– am unterirdischen Wärmetauscher 0°C und/oder<br />
– Grundwasser in der Toleranzentfernung von 50 m um 2 Grad kälter<br />
als die mittlere klimatische Jahresdurchschnittstemperatur<br />
• bei Wärmeeinleitung<br />
– am unterirdischen Wärmetauscher Temperaturen von mehr als 25°C<br />
und/oder<br />
– Grundwasser in der Toleranzentfernung von 50 m noch um 2 Grad<br />
wärmer als die mittlere klimatische Jahresdurchschnittstemperatur<br />
• im Wechselbetrieb<br />
– vorgenannte Kriterien mit den jeweiligen Extremwerten über- oder<br />
unterschritten<br />
Weitere Informationen unter www.stuttgart.de, Stichwort: Geothermie<br />
35<br />
Amt für Umweltschutz
Grenzen der Grundwasserverträglichkeit<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
36<br />
Amt für Umweltschutz<br />
GW = Grundwasser<br />
T = Temperatur
Geothermieanlagen im Stadtgebiet<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
259 Anlagen<br />
1551 Wärmetauscher<br />
120 Energiepfähle<br />
2 Energiebodenplatten<br />
64 Energiekörbe<br />
ca. 123,5 Bohrkilometer<br />
37<br />
Amt für Umweltschutz<br />
10/0<br />
7
Fazit und Ausblick<br />
• Einregulierung und Optimierung der Anlage Hans-Rehn-Stift<br />
und Analyse des kompletten Betriebsjahrs 2010<br />
• Analyse der anderen Anlagen<br />
• Bau von weiteren Anlagen<br />
<strong>Dr</strong>. <strong>Görres</strong><br />
38<br />
Kombination Wärmepumpe<br />
und Wärmetauscher<br />
Amt für Umweltschutz
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