nt 04 | 2024 Infrastrukturen der Zukunft: Wärmespeicher XXL

Einbindung von Tiefen-Geothermie in das Verbundwärmenetz „Thermenregion“ der EVN

Gregor Götzl, Franz Hengel

Die strategische Perspektive von Geothermie für die EVN-Wärme

Die EVN-Wärme, eine Tochtergesellschaft des EVN-Konzerns, ist der größte und zugleich klimafreundlichste Nah- und Fernwärmeversorger Niederösterreichs. Das gegenwärtige Portfolio umfasst rund 1 200 Nahwärme-Versorgungsanlagen im gesamten Landesgebiet sowie 80 Heizwerke und rund 65 Wärmenetze. In Summe werden etwa 150 000 Haushalte sowie Gewerbe-, Kommunal und Industriekunden mit rund 2,2 TWh Wärme pro Jahr versorgt.

Der Anteil von erneuerbaren Energien beträgt im Erzeugungsmix der EVN-Wärme bereits rund 80 Prozent. In den vergangenen Jahrzehnten wurde in der erneuerbaren Wärmeerzeugung vor allem auf Biomasse (Pellets für Nahwärme sowie Hackgut für die Fernwärme) gesetzt. Zukünftig soll das Portfolio auf Biogas, Geothermie, weitere Umweltwärmequellen zur Nutzung mit Wärmepumpen und Lösungen mit Sektor-Kopplung erweitert werden.

Verbundwärmenetz der EVN Wärme. Foto: EVN

Aufgrund der vorhandenen Potenziale in Niederösterreich soll Geothermie zukünftig entlang verschiedener Achsen in das Wärmeangebot der EVN eingebunden werden:

1. Tiefen-Geothermie in Form natürlicher Thermalwässer mit Temperaturen deutlich über 70 °C für die leitungsgebundene Wärmeversorgung für Netze mit Absatzpotenzialen über 100 GWh pro Jahr;
2. Oberflächennahe Geothermie, insbesondere die Anwendung geschlossener Wärmetauscher, für Wärmepumpen-unterstützte, dezentrale Nahwärme-Anlagen im Absatzbereich unter 1 GWh pro Jahr;
3. Erdwärmesonden-unterstütze Anergienetze bzw. Niedertemperaturnetze als wichtige Bindeglieder zwischen konventionellen Wärmenetzen (1) und dezentralen Anlagen (2) zur Deckung der Lücke zwischen den beiden zuvor genannten Absatzbereichen.

Grundsätzliche Überlegungen zur Einbindung der Tiefen-Geothermie

Das Industrieviertel, welches räumlich das südliche Wiener Becken umfasst, steht im Fokus der geothermischen Erkundung der EVN-Wärme, da sowohl nutzbare hydrogeothermale Vorkommen als auch eine ausreichende Wärmeabsatzstruktur in Form des überregionalen Wärme- Verbundnetzes „Thermenregion“ vorhanden ist. Im Rahmen erster Ressourcenbewertungsstudien wurden im südlichen Wiener Becken sechs Großstrukturen („Plays“) identifiziert, die ein technisches Maximalpotenzial von nahezu 10 TWh Wärme pro Jahr für einen Nutzungszeitraum von 60 Jahren aufweisen. Dies übersteigt bei Weitem den derzeitigen Wärmebedarf des Verbundnetzes „Thermenregion“ und verdeutlicht, welches Wertschöpfungspotenzial in der Geothermie für den Großraum Wien liegt – das Industrieviertel besitzt somit alle Voraussetzungen, die geothermische Modellregion Österreichs zu werden.

Die Tiefen-Geothermie stellt neben dem Einsatz von Biogas und Wärmepumpen einen wichtigen Baustein für den Ausbau des Erneuerbaren Anteils in der Energieaufbringung der Thermenregion dar.

Gemäß derzeitigem Planungsstand soll der Anteil erneuerbarer Energieträger in der Wärmeerzeugung im Verbundnetz Thermenregion bis 2035 von derzeit etwa 80 Prozent auf etwa 90 Prozent gehoben werden. Zu diesem Zweck ist neben der Aufbringung von 100 GWh pro Jahr zusätzlicher Biomasse, die Bereitstellung von 200 GWh pro Jahr geothermischer Energie an mindestens zwei unterschiedlichen Standorten im Industrieviertel geplant. Die Tiefen-Geothermie soll somit zukünftig für die Bandlastversorgung herangezogen werden, wodurch Biomasse für die flexible Lastendeckung zur Verfügung stehen kann. Dadurch lässt sich der Anteil fossilen Erdgases in der Erzeugung weiter reduzieren.

Saisonale Großwärmespeicher für die Effizienzsteigerung und Erhöhung der Wirtschaftlichkeit geothermischer Anlagen

Die EVN-Wärme strebt aus wirtschaftlichen Überlegungen einen ganzjährigen Betrieb ihrer Tiefengeothermie-Anlagen im Umfang von mindestens 100 GWh geothermisch erzeugter Wärme pro Anlage an. Aufgrund des derzeitigen Erzeugungsprofils im Verbundnetz „Thermenregion“ kann ein Leistungsüberschuss während der Sommerperiode entstehen, der aus Effizienzgründen eingespeichert werden sollte. Im Fall besonders ergiebiger Thermalwasservorkommen werden zur Deckung des saisonalen Speicherbedarfs Lösungen auf Grundlage von Erdbeckenspeicher (Pit Thermal Energy Storage - PTES) oder Hochtemperatur-Aquiferspeicher (Aquifer Thermal Energy Storage - ATES) in verschiedenen Studien geprüft. Der Vorteil ATES-basierter Speichersysteme liegt in der Ausnutzung ökonomischer Skaleneffekte bei großen Speichervolumina. Im Gegenzug sind ATES-Systeme mit geologischen Prognoseunsicherheiten verbunden, die zu einem Investitionskapitalausfall im Fall nichtfündiger Tiefbohrungen führen können. Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, dass ATES-Systeme aufgrund des Trinkwasserschutzes und des geologischen Aufbaus im Wiener Becken in Tiefen von etwa 700 Meter bis 2 000 Meter umgesetzt werden können.

Neben einem saisonal bedingten geothermischen Leistungsüberschuss können hohe Rücklauftemperaturen in den Wärmenetzen zu einer reduzierten Wärmeausbeute der Geothermie bei gleichem Stromeinsatz für die Unterwasserpumpen führen. Um Problemlösungen zu identifizieren, führte AEE INTEC im Auftrag der EVN-Wärme eine Modellstudie zur techno-ökonomischen Bewertung des kombinierten Einsatzes von Hochtemperaturwärmepumpen mit saisonalen Großwärmespeichern durch, um den Geothermieertrag zu maximieren. Dabei wurden für die Speicherintegration unterschiedliche Standorte und Einbindungsmöglichkeiten erarbeitet und wirtschaftlich bewertet. Diese wurden alternativen Lösungen gegenübergestellt, falls keine Geothermieausbeute möglich sein sollte, um die Dekarbonisierung der Wärmenetze weiter voranzutreiben. Hierbei wurden PTES-Konzepte mit Biomasse und Wärmepumpensysteme als Nachheizungsvarianten technisch und wirtschaftlich analysiert.

Grundsatzschema zur Kopplung tiefen-geothermischer Anlagen mit saisonalen Großspeichern und Hochtemperatur-Wärmepumpen. Im Fall der Errichtung einer Transportleitung zwischen dem Standort der Geothermie-Anlage und dem Einspeisepunkt in das Fernwärmenetz sieht das Grundsatzschema auch die Versorgung lokaler Anrainer über lokale Wärmenetze sowie die Aufbereitung der geothermisch erzeugten Wärme in der Nähe des Einspeisepunkts vor, um Wärmeverluste in der Transportleitung zu minimieren. Quelle: EVN

Autoren

BrM Mag. Gregor Götzl, Teamleader Entwicklung Geothermie, EVN Wärme GmbH. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Dipl.-Ing. Franz Hengel ist stellvertretender Leiter der Forschungsgruppe "Thermische Energiespeicher" bei AEE INTEC. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!