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GeoHEAT.at Aufrüstung konventioneller Wärmeversorgungs- und Industrieanlagen mit Tiefer Geothermie und saisonaler Speicherung

In Österreich existieren konventionelle Wärmegewinnungs- und Industrieanlagen, die einen dringenden Modernisierungs- und Emissionssenkungsbedarf aufweisen. In Kooperation mit Energieversorgungsunternehmen und einem energieintensiven Industriebetrieb soll im Rahmen des Projekts GeoHEAT.at an Hand von maximal drei realen Standorten in unterschiedlichen geologischen Gebieten mit unterschiedlichen Anforderungsprofilen geklärt werden, unter welchen geowissenschaftlichen, technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen eine Auf- bzw. Umrüstung bestehender Wärme- und Industrieanlagen mit Methoden der geothermischen Energiegewinnung und Energiespeicherung sinnvoll durchgeführt werden kann. Hierbei sollen tatsächliche erreichbare CO2-Einsparungspotenziale analysiert und in eine Kosten-Nutzen-Rechnung einfließen. Darüber hinaus soll eine detaillierte Risikoanalyse für Investments durchgeführt werden. Hierbei soll abgeschätzt werden, in welchem vorrangig geologisch bedingte Investitionsrisiken bei Anwendungen der Tiefen Geothermie in unterschiedlichen Regionen und bei Anwendung unterschiedlicher Energiegewinnungsmethoden der Tiefen Geothermie wirtschaftlich sinnvoll gesenkt werden können. Die Projektgruppe erwartet sich hierdurch, dass die hierbei erzielten Ergebnisse zur Entwicklung zukünftiger Rückversicherungsmodelle für Anwendungen beitragen. Die untersuchungsleitende Hypothese der Studie GeoHEAT.at besagt, dass Anwendungen der Tiefen Geothermie durch Auf-rüstung bestehender Wärmegewinnungs- und Industrieanlagen im bivalenten Betrieb ein beachtliches Entwicklungspotenzial in Österreich aufweisen. Dies soll nach der Sondierungsstudie GeoHEAT.at in einem weiterführenden Projekt an Hand von Pilotanlagen in den Anwendungssektoren Energieversorgung (Fernwärme- und optional Stromgewinnung) und energieintensive Industrieprozesse demonstriert werden. An Standorten mit realen Entwicklungspotenzialen soll in einem darauf aufbauenden Modul die konkrete Planung der geothermischen Anlage erfolgen. Dies soll letztendlich zur Errichtung von Demonstrationsanlagen führen. Hierdurch soll ein wesentlicher Baustein für den Ausbau der Geothermie in Österreich geliefert werden.

Ausgangssituation

Die energetische Anwendung der Tiefen Geothermie zur Wärme- und Stromgewinnung findet bislang nur im Zusammenhang mit der Errichtung von Neuanlagen statt. Diese neu errichteten Anlagen werden zumeist als bivalente Anlagen konzeptioniert, da geothermische Anwendungen vorrangig eingesetzt wird Grundlasten zu decken. Allerdings liegt ein großes Potenzial im Bereich der Tiefen Geothermie, nicht nur zur Wärme- und Stromproduktion zur Deckung der Grundlast in Kraftwerken und Wärmegewinnungsanlagen vor, sondern es existiert auch ein erhebliches Speicherpotenzial für Überschusswärme. Die größten Hindernisse liegen im erhöhten Erschließungsrisiko in Kombination mit hohen Investitionskosten und in der geringen Energiedichte der Wärmequelle (niederenthalpische Energiequelle), was wiederum die Anwendung bivalenter, zumeist fossiler Energiequellen zur Deckung von Spitzenlasten bedingt.

In Österreich existieren konventionelle Wärmegewinnungs- und Industrieanlagen, die einen dringenden Modernisierungs- und Emissionssenkungsbedarf aufweisen. Die hierfür in Frage kommenden Wirtschaftssektoren umfassen die Bereiche Energieversorgung und energieintensive industrielle Produktion von Industrie- und Konsumgütern.

In dem vorliegenden Projekt wurde untersucht, inwieweit konventionell befeuerte Kraftwerke und Wärmegewinnungsanlagen mit Methoden der Tiefen Geothermie nachgerüstet werden können. Die Hypothese der Studie GeoHEAT.at besagt, dass Anwendungen der Tiefen Geothermie durch Aufrüstung bestehender Wärmegewinnungsanlagen im bivalenten Betrieb ein beachtliches Entwicklungspotenzial in Österreich aufweisen, welches an Hand von Pilotanlagen in den Anwendungssektoren Energieversorgung (Fernwärme und optionale Stromgewinnung) und energieintensive Industrieprozesse demonstriert werden soll. Hierdurch soll, zusätzlich zur Errichtung von geothermischen Neuanlagen, ein wesentlicher Baustein für den Ausbau der Geothermie in Österreich geliefert werden.

Der Vorteil der Nachrüstung bestehender Wärmegewinnungsanlagen zur geothermischen Grundlastenversorgung und saisonalen Wärmespeicherung gegenüber der Errichtung von Neuanlagen besteht

(i)            in einer Reduktion der Investitionskosten (Netze und einzelne Anlagenkomponenten bestehen bereits)

(ii)           in einer Lastenteilung und somit in der Reduktion der Anforderungen an die geothermische Energiequelle, woraus sich ein erweiterter geografischer Anwendungsbereich bereits etablierter Anwendungsmethoden der geothermischen Energiegewinnung und Energiespeicherung ergibt.   

Projektverlauf

Zur Beantwortung der technischen und wirtschaftlich sinnvollen Nachrüstung konventioneller Wärmegewinnungs- und Industrieanlagen mit Hilfe geothermischer Methoden wurden im Rahmen der Studie GeoHEAT.at folgende Methoden und Lösungsansätze verfolgt:
(1) Abbildung der standortabhängigen geowissenschaftlich-thermodynamischen Verhältnisse im Untergrund (Geowissenschaftliche Modellierung)
(2) Technische Planung der geothermischen Anwendungsmethode inkl. Energiegewinnungs- und Energieübertragungskomponenten
(3) Dynamische Simulation der Energiequelle bzw. des Energiespeichers (Reservoirs) sowie der technischen Gewinnungs- und Energieübertragungskomponenten
(4) Energiewirtschaftliche Analysen der technisch realisierbaren Konzepte und Risikobewertung
(5) Standortbeurteilung auf Grundlage standortspezifischer Entscheidungspfade

 

 

Meilensteine
1 Kick-Off Meeting
2 Auswahl Untersuchungsstandorte
3 Abschluss Parameter- und Methodenzusammenstellung
4 Abschluss geothermische Ressourcenmodelle der untersuchten Standorte
5 Abschluss der dynamischen Modellrechnungen (Unterirdische Einrichtungen, oberirdische Einrichtungen)
6 Optimierung der standortspezifischen Gestehungskosten
7 Bewertung der Wirtschaftlichkeit der untersuchten Standorte
8 Standort(e) für Demonstrationsanlage ausgewählt
9 Präsentation des Projekts auf einschlägigen Fachveranstaltungen und Konferenzen
10 Abgabe des inhaltlichen Endberichts
Ergebnisse

Die Nachrüstung konventioneller Wärmebereitstellungsanlagen wird vorrangig durch wirtschaftliche, weniger durch technische Aspekte beschränkt. Bei einer hydrothermalen Nutzung muss das Fündigkeitsrisiko als wesentlicher Erfolgsfaktor in der wirtschaftlichen Betrachtung mit abgebildet werden. Das Konzept einer bivalenten Energieversorgung unter Beibehaltung der konventionellen Wärmequelle (zum Beispiel Gaskessel) und Deckung von Grundlasten bzw. Vorwärmprozessen mithilfe geothermischer Energiequellen (serielle Schaltung der Quellen) ist aus wirtschaftlicher Sicht ohne gleichzeitige Adaption der konventionellen Wärmequellen (Zusatzinvestition) nicht sinnvoll. Eine parallele Schaltung der Energiequellen im bivalenten Betrieb unter Vorgabe von zu erreichenden Temperaturniveaus an die Geothermie ist wesentlich sinnvoller. Hierbei kann der Anwendung von Hochtemperatur-Wärmepumpen zur Angleichung von Temperaturniveaus eine zukünftige Relevanz beigemessen werden.

Als Abschluss des Workshops und als zweites Hauptziel des AP 6 wurden auch verallgemeinerbare Kriterien für Auf- und Umrüstungsprojekte mit Methoden der Tiefen Geothermie formuliert:
 Temperaturkriterien – Angebot vs. Nachfrage; Volllaststunden; Gesamtenergiebedarf Diese Kriterien werden in der Regel von den Wirtschafts- und Industriepartnern vorgegeben. Wie vorher ausgeführt, sind Projekte mit der Tiefen Geothermie weniger durch technische als durch wirtschaftliche Rahmenbedingungen beschränkt. Wenn der Gesamtenergiebedarf des Unternehmens derart hoch ist, dass viele Bohrungen benötigt würden (eine Hydrogeothermaldublette hat eine Leistung von max. 40 – 50 MW), würde das für das Unternehmen enorm hohe Investitionskosten mit sich bringen, sodass davon auszugehen ist, dass kaum ein Unternehmen alleine dies bewerkstelligen könnte. Eine Chance wären in diesem Fall Verbände von Wirtschafts- und Industriepartnern mit Wärmeversorgungsunternehmen sowie mit Ländern/Gemeinden als Finanzierungspartner, um eine Nutzung der Geothermie optimal zu gestalten und auch die wirtschaftliche Belastung aufzuteilen.
 Geologische Voraussetzungen Eines der größten Risiken bei Projekten mit der Tiefen Geothermie sind die geologischen Gegebenheiten am betrachteten Standort. Am Beispiel der Hydrogeothermie wurde im Projekt GeoHEAT.at gezeigt, dass die Fündigkeit eines der wichtigsten Kriterien ist. Eine Grundvoraussetzung sind geologische Horizonte, die für eine geothermische Nutzung in ausreichender Mächtigkeit vorhanden sind. Für Projekte der Tiefen Geothermie sind geologische Erkundungsmaßnahmen im Planungsstadium unerlässlich.
 Datenlage/Kenntnisstand Zu allen Maßnahmen, die zur Vorerkundung und Planung für ein Projekt der Tiefen Geothermie gehören, ist eine ausreichende Quantität und Qualität von vorhandenen Daten unerlässlich. Je besser die vorhandene Datenlage ist, desto schneller kann mit der Planung eines Geothermieprojektes begonnen werden. Projekte der Tiefen Geothermie sind immer auch Hochrisikoprojekte, die bei einer unzureichenden Datenlage enorme technische und wirtschaftliche Probleme mit sich ziehen können.
 Infrastrukturelle Voraussetzungen Unter diesem Punkt versteht man die infrastrukturellen Gegebenheiten am betrachteten Standort. Diese sind z.B. die Anzahl der potenziellen Abnehmer im Umkreis, der Standort für einen möglichen Bohrplatz, die Anzahl und Länge von notwendigen Leitungen, etc.
 Investitionsbereitschaft; Lebenszyklus bestehender Anlagen Projekte der Tiefen Geothermie sind in der Regel mit hohen Investitionen verbunden, die sich erst – so wie alle Großprojekte – nach mehreren Jahren amortisiert. Die grundsätzliche Investitionsbereitschaft eines Unternehmens wird umso größer sein, je näher konventionelle Wärmegewinnungsanlagen dieses Unternehmens am Ende ihres Lebenszyklus angekommen sind und je höher dementsprechend der Druck zu einer Erneuerung der Anlagen ist. Im Falle einer nahen Umrüstung einer veralteten konventionellen Anlage werden Unternehmen eher bereit sein, über eine Umrüstung mit Anlagen der erneuerbaren Energien nachzudenken.

 Politische Rahmenbedingungen Projekte der Tiefen Geothermie sind Projekte, die nicht nur die potenziellen Abnehmer betreffen, sondern auch politischen Rahmenbedingungen unterworfen sind. Diese sind z.B. Wasser- und Bergrecht, Förderungen, Genehmigungsverfahren etc.

Steckbrief

Projektnummer
838670
Koordinator
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Projektleitung
Edith Haslinger, edith.haslinger@ait.ac.at
Partner
Geologische Bundesanstalt Wien, FA Hydrogeologie & Geothermie
TU Wien, Institut für Energietechnik und Thermodynamik
geohydrotherm GmbH
Schlagwörter
Tiefe Geothermie Um- und Nachrüstung Industrie Wärmegewinnungs- und Industrieanlagen Bivalente Wärmegewinnung Saisonale Wärmespeicherung
Förderprogramm
Energieforschung (e!MISSION)
Dauer
01.2013 - 07.2016
Budget
156.928 €