Innovativer Erdk\u00e4ltespeicher mit intelligentem Steuerungssystem soll Energieverbrauch zur K\u00fchlung um 70 bis 90 % senken.<\/p>\n\n\n\n
K\u00fchlanlagen sind essenziell, um Geb\u00e4ude und technische Anlagen gerade an hei\u00dfen Sommertagen betriebsf\u00e4hig zu halten. In Deutschland beanspruchen solche Systeme etwa 14 % des gesamten Stromverbrauchs. Gleichzeitig bleibt im Winter und nachts ausreichend nat\u00fcrliche K\u00e4lte ungenutzt. Diesem Potenzial widmet sich das Projekt \u201eMissEllyDEMO\u201c, das von der Fraunhofer-Einrichtung f\u00fcr Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG gemeinsam mit Ideengeber und Praxispartner Voltavision, ein f\u00fchrender Testing-Spezialist f\u00fcr Hochvolt-Batterien, umgesetzt wird. Das Geothermie-Projekt zielt auf die ganzj\u00e4hrige Bereitstellung von K\u00e4lte zur K\u00fchlung von Laboren und Pr\u00fcfst\u00e4nden f\u00fcr elektrische Energiespeicher ab. W\u00e4hrend die Freik\u00fchlung im Winter durch Luftk\u00fchlung umweltschonend m\u00f6glich ist, fordert der Sommer den Einsatz von stromintensiver Kompressionsk\u00e4lte. Um den Anteil erneuerbarer Energien bei der K\u00fchlung zu steigern, bietet sich Umgebungsk\u00e4lte als nat\u00fcrliche, prim\u00e4re Quelle an. Hierbei wird Abw\u00e4rme, also \u00fcbersch\u00fcssige W\u00e4rmeenergie, die bei industriellen Prozessen entsteht, mithilfe der nat\u00fcrlichen K\u00fchle des Erdbodens abgeleitet bzw. gek\u00fchlt. Das Projekt \u201eMissEllyDEMO\u201c setzt nun ein innovatives System zur Speicherung und Nutzung von regenerativer Umweltk\u00e4lte um, das die im Winter sowie nachts verf\u00fcgbare K\u00e4lte im Erdreich speichert und sie dann gezielt im Sommer zur K\u00fchlung der Pr\u00fcfanlagen und Geb\u00e4ude nutzt. Dabei fungieren 40 Erdw\u00e4rmesonden als saisonaler K\u00e4ltespeicher, der die Prozessw\u00e4rme aus Voltavisions Pr\u00fcflaboren in den Untergrund abf\u00fchrt. Dank der strategischen Anordnung der Erdw\u00e4rmesonden und einer pr\u00e4diktiven Betriebssteuerung lassen sich die Energieaufw\u00e4nde f\u00fcr die K\u00fchlung deutlich reduzieren. \u201eWir konzipieren einen Erdsonden-K\u00e4ltespeicher und betreiben ihn so dynamisch, dass er W\u00e4rmeenergie in einem weiten Leistungsbereich und in bedarfsgerechten Geschwindigkeiten aufnehmen kann\u201c, erkl\u00e4rt Projektleiter Roman Ignacy von Fraunhofer IEG. \u201eDie smarte Steuerung und das flexible Anlagendesign sind wohl weltweit einmalig.\u201c Das auf vier Jahre angelegte Projekt \u201eMissEllyDEMO\u201c <\/a>folgt als Demonstrationsanlage mit digitalem Zwilling auf eine 2023 abgeschlossene Machbarkeitsstudie. Dieser Prototyp soll zeigen, wie die Dynamik von regenerativer, kosteng\u00fcnstiger aber volatiler Umweltk\u00e4lte sinnvoll in einen realen \u00f6konomischen Prozess integriert werden kann.
Gef\u00f6rdert durch das deutsche Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Klimaschutz (BMKW) mit rund 2,8 Millionen Euro*, entsteht auf dem Bochumer Firmengel\u00e4nde von Voltavision ein Erdsonden-K\u00e4ltespeicher der dank intelligenter Nutzung saisonaler und tageszeitlicher Temperaturunterschiede den stromintensiven Einsatz von Kompressionsk\u00fchlung maximal reduziert und eine nachhaltige wie kostensparende Alternative darstellen wird. Die energetische Simulation der abgeschlossenen Machbarkeitsstudie \u201eMissyElly\u201c zeigt, dass die Reduktionspotenziale des Energiebedarfs bei 70 bis 90 % im Vergleich zu konventionellen K\u00e4ltesystemen liegen. Das errechnete Potential dieses Verfahrens, elektrische Energie einzusparen, liegt bei rund 7 % des gesamten Stromverbrauchs, womit deutschlandweit eine CO2<\/sub> Einsparung von \u00fcber 20 Mio. Tonnen pro Jahr m\u00f6glich w\u00e4re.
K\u00e4ltespeicher zur K\u00fchlung durch Erdw\u00e4rme als Schl\u00fcssel zur Ressourcenschonung<\/strong><\/p>\n\n\n\n
Umgesetzt wird das Projekt am Bochumer Headquarter des Industriepartners Voltavision. Der Experte f\u00fcr Batterietests betreibt besonders effiziente Pr\u00fcflabore, entwickelt Pr\u00fcfstands-Equipment und testet Batteriezellen- und Module sowie Hochvolt-Batterien etwa f\u00fcr die Automobilindustrie. Als Akteur beim Wandel zu klimafreundlicher Elektromobilit\u00e4t strebt Voltavision stets danach, auch selbst schnellstm\u00f6glich klimaneutral zu arbeiten und CO2<\/sub>-Emissionen immer weiter zu reduzieren. \u201eNeben der Nutzung der Abw\u00e4rme zur Heizung der Geb\u00e4ude im Winter und dem Einsatz von Photovoltaikanlagen, betreiben wir auch das erste Batterie-Pr\u00fcflabor mit klimaneutraler K\u00e4ltetechnik auf Basis nat\u00fcrlicher K\u00e4ltemittel. Mit der geplanten Geothermie-Anlage und dem Innovationssprung, der in ihr liegt, gelingt uns ein weiterer, gro\u00dfer Schritt zu nachhaltigen Energiesystemen und das nicht nur f\u00fcr unsere industrielle Anwendung\u201c, erkl\u00e4rt Lore Mall, verantwortliche Projektleitung bei Voltavision, und f\u00fchrt weiter aus: \u201eWenn die Au\u00dfentemperatur niedrig ist, wird schon jetzt das K\u00fchlwasser der Anlagen \u00fcber die Umgebungsk\u00e4lte in der Luft gek\u00fchlt. Diese Freik\u00fchlung ist an sehr warmen Tagen nicht m\u00f6glich, so dass stromintensive Kompressionsk\u00e4lte zum Einsatz kommen muss. Um den Freik\u00fchlanteil auf bis zu 100 % zu erh\u00f6hen, wohlwissend dass die Sommer hei\u00dfer werden, entstand die Idee, auf dem Firmengel\u00e4nde im Boden gespeicherte K\u00e4lte aus dem Winter im Sommer zu nutzen. Wir freuen uns sehr, das Projekt nun gemeinsam mit der Fraunhofer IEG an unserem Standort im Bochumer Technologie-Quartier umzusetzen.\u201c
Umsetzung am Standort Bochum<\/strong><\/p>\n\n\n\n
Dazu wird erstmals ein Feld an Erdw\u00e4rmesonden als Speicher f\u00fcr eine Industrieanwendung mit permanentem Prozessk\u00e4ltebedarf genutzt. Das Erdsondenfeld wird im Durchschnitt 150 kW und in Spitzenzeiten bis zu 550 kW liefern, w\u00e4hrend die Speicherkapazit\u00e4t von 386 MWh bereits etwa 15 % des Gesamtbedarfs bei Voltavision ausmachen wird. Die Analyse der K\u00fchlbedarfe von Voltavision zeigt deutlich, dass nicht der aufsummierte Jahresk\u00fchlbedarf, sondern die Spitzenlastzeiten im Sommer im Fokus stehen m\u00fcssen. F\u00fcr diese Zeit braucht es ein flexibles K\u00e4ltereservoire im Untergrund, welches K\u00e4lteerzeugung und -verbrauch r\u00e4umlich und zeitlich entkoppelt, um Spitzenlasten energieeffizient abdecken und Nennleistungen niedriger planen zu k\u00f6nnen.
Zur Umsetzung werden die 40 Sonden im Abstand von 5 bis 10 Metern bis zu 100 Meter tief verlegt. Eine Sole l\u00e4uft als Betriebsmittel in den geschlossenen Rohrschleifen und gibt die abzuf\u00fchrende Prozessw\u00e4rme an den Untergrund ab. Eine smarte und pr\u00e4diktive Betriebssteuerung regelt dabei, wie die Sonden tagesaktuell verschaltet werden, ob parallel, seriell oder in bestimmten Zonen, um die optimale W\u00e4rme\u00fcbertragung beim vorausschauenden \u201eAuf- und Entladen\u201c zu gew\u00e4hrleisten. \u201eDurch die innovative Verschaltung der Erdsonden entsteht ein dynamisch auf thermische Lasten regelbares System mit einer maximalen Leistungs- sowie Energiespeicherungsf\u00e4higkeit. Hierin liegt ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal und gleichzeitig die Innovation des Speicherkonzepts,\u201c beschreibt Anja Han\u00dfke, Leiterin des Competence Center W\u00e4rmenetze 4.0 von Fraunhofer IEG, welches das Projekt durchf\u00fchrt.
Simulationen zeigen, dass durch diese Speichertechnologie der Energiebedarf um 70 % bis 90 % im Vergleich zu traditionellen Systemen gesenkt werden kann. Bei einem K\u00e4lteleistungsbedarf von bis zu 420\u00a0kW im Jahresverlauf des zu versorgenden Geb\u00e4udekomplexes von Voltavision bedeutet dies ein hohes Einsparpotenzial an CO2<\/sub>-Emissionen wie auch Betriebskosten. Aus den Betriebserfahrungen des Demonstrators bei Voltavision ergeben sich dann auch die Entwicklungspfade f\u00fcr die Erweiterung auf andere Prozesse und weitere Anwender. Dazu erstellt Fraunhofer IEG auch einen digitalen Zwilling der Anlage, der an den Realdaten validiert wird und dann als Planungstool zur Betriebs- sowie grundlegenden Auslegungsoptimierung zur Verf\u00fcgung steht.
*Das von Fraunhofer IEG koordinierte Teilvorhaben \u201eUmsetzung und Optimierung eines geothermalen K\u00e4lteversorgungssystems\u201c im Projekt \u201eMissEllyDEMO – Multivalent seasonal geothermal cold supply demonstartion monitoring evaluation and optimisation\u201c wird vom Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Klimaschutz \u00fcber den Projekttr\u00e4ger Forschungszentrum J\u00fclich GmbH mit 2.091.004,94\u00a0Euro gef\u00f6rdert (F\u00f6rderkennzeichen 03EN6044A). Das von Voltavision<\/a> koordinierte Teilvorhaben (03EN6044B) \u201eUmsetzung und Demonstration eines geothermalen K\u00e4lteversorgungssystems\u201c erh\u00e4lt 694.864,16\u00a0Euro. Beide Teilvorhaben erg\u00e4nzen sich und dauern vier Jahre.<\/p>\n\n\nQuelle<\/h5>\r\n\n\n\n