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Wärmeträgerflüssigkeiten in der Geothermie

Wie wirken sich in der Geothermie eingesetzte Wärmeträgerfluide auf das Grundwasser aus?

Geothermie – die Nutzung der im Erdreich vorhandenen Wärme - wird immer beliebter. 17.000 Erdwärmesonden liefern momentan allein in Baden-Württemberg Heizenergie, wobei der Oberrheingraben für diese alternative Energieform besonders geeignet ist. Um die Wärme aus dem Untergrund zu transportieren, verwenden geothermische Anlagen Wärmeträgerflüssigkeiten, sogenannte Fluide. Wie genau diese Fluide zusammengesetzt sind, ob sie umweltverträglich sind oder möglicherweise das Grundwasser gefährden, ist jedoch noch weitgehend ungeklärt.

Dieser Fragestellung ging deshalb ein Projektteam aus badenova-Fachleuten und Experten des Technologiezentrums Wasser (TZW) Karlsruhe nach. Bekannt ist die Hauptsubstanz der Fluide: Es handelt sich in der Regel um Ethylen- oder Propylenglykol, zwei Alkoholen, die biologisch abbaubar und wenig toxisch sind. Die genaue Zusammensetzung der Trägerflüssigkeiten, also welche Zusatz, Duft- oder Farbstoffe enthalten sind, ist aber Betriebsgeheimnis der Hersteller. Die Wissenschaftler des TZW analysierten daher in einem ersten Schritt, welche Substanzen in einer Reihe handelsüblicher Fluide überhaupt enthalten sind. Anschließend untersuchten sie, wie gut die Trägerflüssigkeiten abbaubar sind, und ob die einzelnen Bestandteile oder deren Abbauprodukte im Grundwasser giftig wirken. In diesem Fall konnten die Forscher alternative Substanzen vorschlagen

Die Ergebnisse floßen in ein Positionspapier „Erdwärmenutzung in Trinkwassereinzugsgebieten“ ein und trugen dazu bei, geothermische Verfahren zu optimieren und das Grundwasser zu schützen.

Projektdaten

Projektnummer 2010-03
Projektart Forschung und Studien
Projektträger badenova
Laufzeit März 2010 bis Feburar 2011
Zuschuss 48.600

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Energienetzmanagement dezentraler, wärmegeführter BHKW
Offenburg

Ein intelligentes Netz für BHKW

Wenn mehr und mehr dezentrale Wind-, Wasser- und Photovoltaikanlagen Strom ins Netz einspeisen, müssen Netzbetreiber flexibel reagieren, um Überlastungen oder Engpässe zu verhindern. So genannte demand-response Systeme nutzen dafür zu- und abschaltbare Elemente wie beispielsweise BHKWs. Für die Betreiber von BHKWs jedoch ist es am wirtschaftlichsten, wenn ihre Anlagen durchgehend laufen. In drei Teilprojekten entwickelte das Institut für Energiesystemtechnik der Hochschule Offenburg ein Energienetzmanagement, das beide Ziele vereint. Dazu erstellten sie ein Netzmanagement am Geflügelhof Zapf in Gengenbach. Dort stellte der Lebensmittelbetrieb in einem weiteren Innovationsfondprojekt seine Energieversorgung auf drei Holzvergasern um. Die Hochschule baute zunächst ein Messsystem auf, erfasste, wie viel Energie die Produktion überhaupt benötigt und modellierte mit Hilfe spezieller Software ein Netz, das flexibel auf Strom- und Wärmebedarf reagieren kann. Im Testbetrieb entstand so ein Modell, das die Wissenschaftler anschließend auf andere Kleinnetze anwenden können. Für die Stadt Offenburg erstellten die Wissenschaftler ein weiteres System, um das städtische Teilnetz aus fünf BHKWs und kommunalem Gebäudepool wirtschaftlich und ressourcenschonend zu betreiben. Über die bereits vorhandene Gebäudeautomation wurde gemessen, wie viel Energie aus BHKW und Netzstrom einfloss und bezogen auch Wetterprognosen und mögliche Speicher mit ein. Ziel war es, durch eine zentrale Steuerung die BHKWs möglichst ununterbrochen zu betreiben und ihre Energie im Netz optimal zu nutzen. Bei Bedarf könnten solche intelligenten Kleinnetze in Zukunft in größere Netzverbunde integriert werden ohne die lokalen Betreiber einzuschränken. Kombiniert mit den Ergebnissen aus den beiden anderen Teilprojekten entwickelte die Hochschule schließlich ein eigenes Stromnetz für Lehre und Forschung, mit verschiedenen Energiequellen sowie thermischen und chemischen Speichern. Die Hochschule baute so ihre Kompetenzen in der Systemanalyse aus und zeigt neue Wege auf, um Energienetze optimal zu betreiben. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Im Nachhinein muß das Projekt als sehr ambitiös eingestuft werden, konnte jedoch nach mehreren Verlängerungen erfolgreich abgeschlossen werden. Dabei wurde der notwendige Umfang den ein komplexes Energienetzmanagement fordert sehr deutlich. Dies gilt insbesondere dann, wenn mehrere innovative Komponenten und Verfahren zum Einsatz kommen. Schritte zur Optimierung der automations- und energiemeßtechnischen Ausrüstung wurden unternommen, um Labornetze mit Schnittstellen zu versehen, die Smart Grid – Funktionen erst ermöglichen. Es zeigte sich, dass viele verfügbare Produkte langfristig nicht für den Betrieb in flexiblen Netzen geeignet sind. Den Partnern stehen nun gut ausgerüstete Reallabore zur Verfügung, um Microgrids im Sinne von Smart Grids zu vernetzen und vernetzt zu untersuchen. Mit Weiterentwicklungen bei modellbasierten Prognosen und Algorithmen wurden wichtige Schritte zur Validierung gemacht. Die Arbeit werden fortgesetzt und sind Teil aktueller Forschungsaufgaben.

FLACTON Konzentrator- PV Demonstratorsystem
Freiburg

Konzentrierende Solarstromsysteme für sonnenreiche Standorte

Hohe Materialkosten sind eines der Probleme, wenn es darum geht, wirtschaftliche Photovoltaiksysteme zu produzieren. Die Freiburger Concentrix Solar GmbH, gegründet 2005 von Wissenschaftlern des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE), umgehen das Problem: Sie setzen bei ihren Konzentratorzellen durch günstige Linsentechnologie weniger, dafür aber besonders effiziente Solarzellen ein. Anders als bei herkömmlichen Siliziummodellen fokussieren Fresnellinsen das Sonnenlicht, das 500-fach konzentriert auf die Gallium-Arsenid-Solarzellen trifft. Deren außergewöhnlich geringe Größe von nur etwa 0,03 Quadratzentimeter erlaubt es, hochwertige Halbleitermaterialien zu nutzen, die bisher nur in der Raumfahrt im Einsatz waren. Die Gesamtfläche an Halbleitermaterialien ist folglich niedriger als bei Siliziumflachmodulen. Das macht die Konzentratortechnologie zu einer Option, die vor allem in südlichen Ländern mit hoher Direkteinstrahlung besonders effektiv ist. Das zweijährige Projekt testete die Technik erstmals in Deutschland in einem Demonstrationssystem um sie zur Serienreife zu bringen. Die Anzahl von 330 Modulen konnte Concentrix 2007 mit halb so vielen Modulen ersetzen, die mehr als doppelt so viele Zellen haben. Bei einem Wirkungsgrad von knapp einem Drittel lag der Ertrag bei bis zu 6400 kWh pro Jahr. Für Gebiete wie den Mittelmeerraum produzieren sie sogar die doppelte Strommenge. Der Praxistest erwies sich als überaus erfolgreich: Mit den Erkenntnissen aus dem Demonstrationssystem baute Concentrix inzwischen eine 100 KW-Anlage in Spanien. Die neue Produktionsanlage im Freiburger Gewerbegebiet Haid startet mit einer Produktionskapazität von 25 MW. Als herausragendes Start-up Unternehmen erhielt Concentrix im Januar 2008 den 28. Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft. Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage der Firma Concentrix .

Regionales Konzept zur Entwicklung der Erneuerbaren Energien und zur Reduzierung der CO2-Emissionen
südlicher Oberrhein

Energieatlas - Verbrauch und Potential der Region

Seit 2008 zur Partnerschaft ‚Klimaschutz am Oberrhein’ zusammengefasst, hatten es sich die die Landkreise Ortenau, Emmendingen und Breisgau-Hochschwarzwald sowie der Stadtkreis Freiburg schon vorher zum Ziel gesetzt, den Energieverbrauch zu senken. Unterstützt durch die Energieagenturen aus Freiburg und Offenburg erarbeiten die Kreise des Regionalverbandes südlicher Oberrhein deshalb ein regionales Entwicklungskonzept und verwendet dieses Planungsinstrument erstmals mit Schwerpunkt auf den erneuerbaren Energien. Teil 1, der Energieatlas Region Südlicher Oberrhein, der sich auf Daten der Verwaltungen und Energieversorger stützt, beschreibt den gegenwärtigen Zustand. Er stellte fest, dass die Region pro Jahr 24.000 Gigawattstunden Energie benötigt, was in etwa 2,4 Millionen Litern Heizöl entspräche. Tatsächlich macht das Öl nur noch 28 Prozent aus während Erdgas ein gutes Drittel beansprucht. Die Industrie verbraucht knapp ein Drittel, die Privathaushalte knapp die Hälfte der Energiemenge, wobei der Atlas besonders im Immobilienbereich große Einsparpotentiale feststellt: Dort verbrauchen die Gebäude, die älter sind als die Wärmeschutzverordnung von 1984, über 80 % der Energie. Indem man die Gebäude besser dämmt oder klimafreundliche Heizoptionen einbaut lässt sich dieser Wert wesentlich reduzieren. Insgesamt kann die Region ihren Energieverbrauch halbieren, indem sie beispielsweise noch stärker Kraftwärmekopplung oder alternative Energiequellen wie Wasser oder Biomasse nutzt. Das ist das Ergebnis der langfristigen Klimaschutzstrategie, mit dem sich der zweite Teil der Studie beschäftigt. Mit der ausführlichen Studie sowie den konkreten Plänen, Energie effizienter einzusetzen und mehr erneuerbare Energiequellen zu verwenden ist der Regionalverband südlicher Oberrhein Vorbild für andere Regionen. Auf einer regionalen Ebene betrachtet, veranschaulicht das Projekt, das immense Marktpotential, das sich im Bereich klimafreundlicher Technologie für das lokale Handwerk ergibt. Mehr Informationen auf der Homepage des Projektes .