Funktionsprinzip des Geo-HEP-Saisonalspeichers
Thermische Energie gezielt speichern
und bedarfsgerecht bereitstellen.
Funktionsprinzip des Geo-HEP-Saisonalspeichers
Der Geo-HEP-Saisonalspeicher wird als eigenständiges thermisches Speichersystem entwickelt. Im Mittelpunkt steht die gezielte Speicherung von Wärme und Kälte über längere Zeiträume und ihre bedarfsgerechte Bereitstellung.
Vertikale, mit Wasser gefüllte Speichereinheiten werden unterirdisch eingebracht und können zu einem modularen Speicherfeld verbunden werden. Ein Schichtenladesystem soll unterschiedliche Temperaturniveaus innerhalb des Speichers möglichst getrennt erhalten und dadurch eine flexible Be- und Entladung ermöglichen.
Anders als beim Geo-HEP-Hochleistungsenergiepfahl steht beim Saisonalspeicher nicht der laufende Wärmeaustausch mit dem umgebenden Untergrund im Vordergrund, sondern die gezielte längerfristige Speicherung thermischer Energie.
Das Systemprinzip
Das Prinzip des Saisonalspeichers auf einen Blick
01
Thermische Energie aufnehmen
Verfügbare Wärme oder Kälte aus Gebäuden, technischen Prozessen oder anderen geeigneten Quellen wird dem Speichersystem zugeführt.
02
Im passenden Temperaturbereich einlagern
Das Schichtenladesystem führt thermische Energie abhängig von ihrem Temperaturniveau in den geeigneten Bereich des Speichers ein. Wärmere Bereiche liegen dabei höher, kühlere Bereiche weiter unten.
03
Temperaturschichtung erhalten
Die unterschiedlichen Temperaturniveaus sollen möglichst getrennt bleiben. Eine gezielte hydraulische Be- und Entladung unterstützt die natürliche Schichtung und reduziert unnötige Durchmischung.
04
Bedarfsgerecht wieder nutzen
Wärme oder Kälte kann aus dem jeweils geeigneten Temperaturbereich wieder entnommen und einem Gebäude, einer Anlage oder einem technischen Prozess zur Verfügung gestellt werden. Je nach Anlagenkonzept können Be- und Entladevorgänge auch parallel erfolgen.
Thermische Schichtung als zentrales Speicherprinzip
Das Wasser innerhalb der Speichereinheiten dient als thermisches Speichermedium. Je nach Beladezustand entsteht innerhalb des Speichers ein Temperaturprofil: wärmere Wasserbereiche befinden sich aufgrund ihrer geringeren Dichte eher im oberen, kühlere Bereiche im unteren Teil des Speichers.
Das Schichtenladesystem ist darauf ausgelegt, diese natürliche Temperaturschichtung zu unterstützen. Ein- und Auslässe auf unterschiedlichen Höhen ermöglichen es, Wärme oder Kälte möglichst in dem Speicherbereich einzubringen beziehungsweise zu entnehmen, dessen Temperaturniveau dazu passt.
Ziel ist es, die Durchmischung verschiedener Temperaturniveaus zu begrenzen und damit die nutzbare thermische Qualität der gespeicherten Energie möglichst lange zu erhalten.
Speichern und bereitstellen nach Bedarf
Wärme oder Kälte einlagern
Steht thermische Energie zur Verfügung, kann sie in den Saisonalspeicher eingebracht werden. Wärme kann beispielsweise aus sommerlicher Gebäudekühlung, industriellen Prozessen, Abwärme oder Solarthermie stammen. Ebenso kann Kälte gespeichert werden, wenn sie zu einem geeigneten Zeitpunkt verfügbar ist.
Die thermische Energie wird entsprechend ihrem Temperaturniveau in den passenden Speicherbereich eingebracht. Innerhalb eines Speicherfelds können einzelne Module dabei unterschiedliche Ladezustände aufweisen.
Wärme oder Kälte entnehmen
Wird thermische Energie benötigt, kann sie aus dem geeigneten Temperaturbereich des Speichers entnommen und der jeweiligen Anwendung wieder zur Verfügung gestellt werden.
Ob gespeicherte Wärme direkt genutzt werden kann, hängt vom Temperaturniveau des Speichers und vom Wärmebedarf des angeschlossenen Systems ab. Reicht das Temperaturniveau nicht aus, kann eine Wärmepumpe die vorhandene Wärme auf das benötigte Niveau anheben.
Be- und Entladen können sich überlagern
Das Schichtprinzip ermöglicht es, unterschiedliche Temperaturniveaus innerhalb des Systems gezielt zu nutzen. Je nach hydraulischem Anlagenkonzept können deshalb thermische Energie eingelagert und gleichzeitig Wärme oder Kälte aus einem anderen Temperaturbereich entnommen werden.
Vom einzelnen Speicher zum modularen Speicherfeld
Mehrere vertikale Speichereinheiten können hydraulisch zu einem gemeinsamen Speicherfeld verbunden werden. Dadurch lässt sich das System projektspezifisch an den erforderlichen Energieinhalt, die verfügbare Fläche und die jeweiligen technischen Rahmenbedingungen anpassen.
Anzahl, Anordnung und Dimensionierung der Speichereinheiten werden für jedes Projekt individuell bestimmt. Dabei werden unter anderem Energiebedarf, Lastprofile, Temperaturniveaus, gewünschte Speicherdauer, verfügbare Flächen sowie bauliche und geotechnische Bedingungen berücksichtigt.
Der Geo-HEP-Saisonalspeicher befindet sich derzeit in der Prototyp-Phase.
Thermische Energie nutzen, wenn sie verfügbar ist
Ein Saisonalspeicher kann besonders dort interessant sein, wo thermische Energie zu einem anderen Zeitpunkt oder auf einem anderen Temperaturniveau benötigt wird, als sie anfällt. Mögliche Energiequellen sind beispielsweise:
- Wärme aus sommerlicher Gebäudekühlung
- industrielle Prozess- und Abwärme
- Solarthermie
- verfügbare Kälte aus geeigneten technischen oder saisonalen Quellen
Die gespeicherte Energie kann anschließend bedarfsgerecht für Wärmeversorgung, Kühlanwendungen oder technische Prozesse bereitgestellt werden. Welche Nutzung sinnvoll ist, hängt vom jeweiligen Temperaturniveau und vom Anlagenkonzept ab.
Jeder Geo-HEP-Saisonalspeicher wird projektspezifisch ausgelegt
Die erforderliche Speichergröße und die geeignete Anlagenkonfiguration lassen sich nicht mit einem pauschalen Standardwert bestimmen. Für die Auslegung werden insbesondere drei Bereiche gemeinsam betrachtet:
01
Energieangebot und Bedarf analysieren
Verfügbare Wärme- und Kältequellen, benötigte Energiemengen, Lastprofile, Betriebszeiten und Temperaturniveaus werden gemeinsam bewertet.
02
Speicheranforderungen bestimmen
Aus dem zeitlichen Verlauf von Energieangebot und Bedarf ergeben sich die benötigte Speicherdauer, die erforderlichen Temperaturniveaus und die thermische Aufgabe des Speichers.
03
Speicherfeld auslegen
Anzahl und Anordnung der Speichereinheiten sowie die hydraulische Einbindung werden an verfügbare Fläche, technische Randbedingungen und das jeweilige Projekt angepasst.
Ist ein Saisonalspeicher für Ihr Projekt geeignet?
Ob der Geo-HEP-Hochleistungsenergiepfahl für eine Produktionsanlage, ein Gebäude, ein Rechenzentrum oder die Modernisierung eines bestehenden Kühl- und Heizsystems geeignet ist, lässt sich anhand weniger zentraler Projekt- und Standortdaten zunächst bewerten.
Lassen Sie die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten für Ihr Projekt prüfen.