Projekt 35365/01

Frostfreihaltung einer wassergeführten thermischen Solaranlage (FroWaSo)

Projektdurchführung

AkoTec Produktionsgesellschaft mbH
Grundmühlenweg 3
16278 Angermünde

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Nutzung von großtechnischen thermischen Solaranlagen steigt in den letzten Jahren stark an. Die Frostfreihaltung solcher Systeme wird marktüblich durch ein Wasser/Glykol Gemisch gewährleistet. Das Projekt sollte untersuchen, ob es alternative Ansätze gibt, die kostengünstig und ökologisch stattdessen zu verwenden sind. Idee der Untersuchung war die Frostfreihaltung einer großtechnischen thermischen Solaranlage, durch die Verwendung einer geothermischen Bohrung unter Nutzung freier Zirkulation.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAm Beginn des Projektes stand eine Übersicht des solarthermischen sowie des geothermischen Systems. Dafür wurden beide Technologien detailliert betrachtet. Für die Bearbeitung des Projektes wurde folgend lediglich die oberflächennahe Geothermie, speziell die Sondenbohrung bis maximal 100 m Tiefe, betrachtet. Weiterhin wurden rechtliche Anforderungen an beide Technologien ausführlich beschrieben. Zusätzlich wurde anhand von Internetrecherche eine Übersicht über die geothermische Landschaft in Deutschland anhand vier repräsentativer Bundesländer geschaffen. Eine Übersicht über derzeit marktverfügbare Frostfreihaltesysteme wurde ebenso angefertigt wie eine Darstellung der Frostereignisse in Deutschland.
Final fanden Berechnungen statt, welche Wärmemengen für die Frostfreihaltung eines einzelnen MEGA-Kollektor Segments nötig sind. Später fanden Simulationen statt, die den Energiebedarf einer Großanlage im gesamten Jahresverlauf aufzeigten. Dies geschah mit Hilfe eines Simulationsprogramms. Mit diesen Ergebnissen konnte dann ebenso die mindestens benötigte Sondentiefe simuliert werden. Diese wurden in Bezug auf unterschiedliche Volumenströme durch das System simuliert.



Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse der vorgenommenen Untersuchungen zeigen, dass die Projektidee als nicht in der Praxis umsetzbar gewertet werden kann. Eine freie Zirkulation in einem geschlossenen Rohrleitungssystem ist nach unseren Erkenntnissen erst in einer sehr tiefen Tiefe zu erreichen. Zudem ist in einer theoretischen Betrachtung nur schwer zu analysieren, ob der hohe Anteil der vertikalen Rohrleitungen, wie sie in einer MEGA Kollektor Anlage existieren, eine freie Zirkulation überhaupt funktionieren würde. Wir haben in der Projektbearbeitung herausgefunden, dass die geothermischen Systeme grundsätzlich sehr kompatibel mit solarthermischen Anlagen sind. Dies bezieht sich auf die Anlagenhydraulik und die Nutzungsmöglichkeit derselben Sole im System. Eine geothermische Bohrung bis maximal 100m ist in Deutschland in der Regel sehr einfach zu bewerkstelligen und unterliegt nur einem geringen bürokratischem Aufwand. Insbesondere Wasserschutzgebiete gelten hier als limitierender Faktor.
Die Bewertung des CO2-Fußabdrucks über eine Anlagenlaufzeit von 20 Jahren hat gezeigt, dass das bisher verwendete Wasser/Glykol Gemisch ebenso wie die Geothermie einen sehr geringen Ausstoß verursacht. Die Nutzung einer Heizung hat im Gegensatz dazu einen hohen Ausstoß bei Verwendung von konventionell produziertem Strom.
Die Kosten für eine geothermische Bohrung sind jedoch sehr hoch, was einen wirtschaftlichen Betrieb gegenüber herkömmlich verwendeten Technologien kaum möglich macht. Die Verwendung einer Systemheizung kann als ernstzunehmende Alternative gesehen werden, sofern der Strom „grün“ erzeugt wird. Nach wie vor sind wir von der Kombination von Solarthermie und Geothermie überzeugt. Zwar hat sich diese Idee als nicht umsetzbar respektive nicht wirtschaftlich erwiesen, aber wir werden weiter Ideen entwickeln. Wir sind nach wie vor davon überzeugt, dass die Kombination von Technologien der erneuerbaren Energien einen deutlichen Vorteil gegenüber der Einzelnutzung bietet.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Es fand während der Projektlaufzeit eine Veröffentlichung auf der AKOTEC Internetpräsenz statt.


Fazit

Das Projekt war ein wertvolles Instrument, die entwickelte Idee umfassend zu beleuchten und zu bearbeiten. Die theoretische Grundlagenanalyse zeigte, dass eine Nutzung natürlicher Zirkulation in einer geothermischen Sondenbohrung nicht wirtschaftlich betrieben werden kann und damit keine echte Alternative zur Frostfreihaltung gegenüber marktverfügbaren Systemen darstellt. Nach allen Abwägungen ist die Verwendung der Wasser/Glykol Mischung, welche standardmäßig genutzt wird, unter den betrachteten Technologien die sinnvollste. Dies stellt sich in der Abwägung der Kosten und der Umwelteinflüsse dar.
Eine sinnvolle Alternative kann die Verwendung einer Beheizung sein. Allerdings nur, wenn regenerativ erzeugter Strom dafür verwendet wird. Das Projekt ist für die AKOTEC Produktions GmbH damit beendet und wird nicht in einem Folgeprojekt münden.