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Freitag, 2017-09-22

Store4Grid: Optimierte Erdbecken-Wärmespeicher für Wärmenetze

 

Große oder auch saisonale Erdbecken-Wärmespeicher können dazu beitragen, Erzeugungsüberkapazitäten von Solaranlagen, Betrieben, Heizkesseln, Kraftwerken oder anderen fluktuierenden Energieerzeugern besser zu nutzen. In Österreich gibt es keine praktischen Erfahrungen mit Speichern, die über mehrere Wochen bis Monate Wärme speichern und bei Bedarf wieder abgeben. Das vorliegende Projekt baute auf internationalen Erfahrungen auf, stellte die Anforderungen an Material und Technik dar. Es wurden qualitativ hochwertige Ausführungskonzepte erarbeitet und die mögliche Integration in Wärmenetze technisch und wirtschaftlich dargestellt. Die Ergebnisse wurden zielgruppenbezogen aufbereitet und verbreitet.

Ausgangssituation

Saisonale Wärmespeicher wurden im Ausland bereits vor Jahrzehnten realisiert. Erfahrungen daraus zeigen, dass die qualitativen Anforderungen hoch sind, sehr hohe spezifische Speicherkosten entstehen und langfristig die Erwartungen nicht erfüllt wurden. Dennoch haben die Beispiele gezeigt, dass hohe solare Deckungsgrade bzw. hohe Ressourceneinsparungen möglich sind. In Österreich wurden, überwiegend Einfamilienhäuser mit großen Saisonalen-Tankspeichern ausgestattet, wodurch gezeigt wurde, dass 100 %ige solare Deckungsgrade erreichbar sind bzw. Wärmenetze mit kurzfristigen Lastausgleichsspeichern ausgestattet.

Projektziele

Basierend auf ausländischen Beispielen wurden die technologischen Voraussetzungen erarbeitet, die langfristig eine kostenoptimierte und ressourceneffiziente Implementierung von großen thermischen Speichern in Wärmenetzen garantieren sollen. Es wurden jene Baustoffe ausgewählt, die für Erdbecken-Wärmespeicher geeignet sind und im Labor, bei zu erwartenden Anforderungen, auf deren Eignung geprüft. Darauf aufbauend wurden jene Baukonstruktionen aufbereitet, die den funktionalen Anforderungen technisch und ökonomisch am besten entsprechen.

Durch die Modellierung von Speicherkonzepten und deren Simulation in Wärmenetzen wurden Ergebnisse und Parameter erarbeitet, wodurch:

  • Wärmenetze langfristig besser auf Angebot- und Nachfrageschwankungen reagieren können.
  • eine dezentrale und/oder fluktuierende Energiebereitstellung eingebunden werden kann.
  • hohe Deckungsgrade bei solarthermischen (Groß-)Anlagen erreicht werden.
  • der Rohstoffeinsatz minimiert wird.

Methodik

Im Projekt Store4grid wurde das Gesamtsystem Wärmenetz und Langzeitwärmespeicher untersucht. Es wurde versucht ein energetisches aber auch ein ökonomisches Optimum zu finden. Hierfür wurden:

  • Baudetails und Ausführungspläne für Erdbecken-Wärmespeicher erstellt.
  • Möglichkeiten von Hochtemperaturwärmepumpen, die die Effizienz der Speicher erhöhen, flexibel in der Lastanforderung sind und in bestehende Wärmenetze integriert werden können, untersucht.
  • Be- und Entladestrategien für die unterschiedlichen Speicherkonzepte (Hydraulik) betrachtet.
  • energetische und ökonomische Bewertung von Systemkonzepten und Integrationsmöglichkeiten für bestehende Wärmenetze durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen des Projektes

Im Projekt Store4grid konnte erfolgreich eine Simulationsumgebung aufgebaut werden, in der Langzeitspeicher mit Solarthermie und Wärmepumpe in Wärmenetzen abgebildet werden können. Die Möglichkeiten des Einsatzes einer Hochtemperatur Wärmepumpe konnten spezifiziert werden. Konstruktionsdetails von Erdbeckenspeichern wurden untersucht und bewertet. Dämmungen wurden im Labor auf ihre Eignung hin untersucht. Der Langzeitspeicher selbst, sowie das gesamte Erzeugersystem, wurden in einer Simulationsumgebung abgebildet und schließlich in eine Wärmenetzumgebung integriert.

Es konnte gezeigt werden, dass mit dem gewählten System hohe Solare Deckungsgrade möglich sind. Eine Vollversorgung von Netzen mit Niedrigenergiegebäuden mittels Solarthermie, Langzeitspeicher und Wärmepumpe ist machbar. Jedoch ist noch weiterer Entwicklungs- bzw. Forschungsbedarf gegeben, um die Technologie auch in bestehende Wärmenetze, mit schlechteren Dämmstandards, zu integrieren, erste Pilotprojekte zu initiieren und auch die Kosten auf ein marktfähiges Niveau senken zu können.

Projektleitung

Daniel Reiterer

Projektpartner

  • AIT- Austrian Institute of Technology, Energy Department
  • Universität Innsbruck, Institut für Bautechnik
  • Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik

Kooperationspartner

  • PINK Speicher

 

Dieses Projekt wurde aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms„e!MISSION.at-Energy Mission Austria“ durchgeführt.

http://www.ffg.at/e-mission-das-programm