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Geothermal Energy in the Munich Metropolitan Area

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Geothermal Energy in the Munich Metropolitan Area Dr. Erwin Knapek and Dr. Christian Pletl Workshop GeoDH Offenburg 2014 02 20 Motivation: Basic living standards According to article 83 of the Bavarian constitution and article 28 of the Federal German constitution, towns and communities are required to provide basic living standards in areas under their jurisdiction. This fundamental obligation includes the provision for energy. And following a further interpretation: Climate protection is a basic living standard 20.02.2014 2 Aquifers in Germany T > 100° C Low enthalpy resources for the production of electrical current 20.02.2014 Quelle: GEOTIS, 2007 3 Geology Cross section of the south Bavarian Molasse 20.02.2014 4 Isothermal Lines at Top Malm 20.02.2014 Quelle: GGA/LIAG 5 Licensed exploration an exploitation claims in the south-bavarian Molasse Munich - Riem Unterschleißheim Pullach Unterhaching Quelle: BStMWIVT 20.02.2014 6 Exploration and exploitation claims south of Munich Munich - Riem Munich - Sendling Munich- Neuperlach Only district heating Combination of heat and electrical energy Fault zone 60°C area after 50y In combination with biomass-energy Influence of temperature and pressure 20.02.2014 Quelle: Erdwerk 7 Unterhaching – Grünwald Feb. 2012: Junction of two geothermal heating grids 20.02.2014 8 Survey of geothermal plants in the Munich metropolitan area Garching ´11 6 MWth Aschheim 2009 9 MWth U-schleißheim ´03 7 MW th Straubing 1999 4 MW Altdorf th Ismaning U-föhring 2009 8 MWth Erding 1998 10 MWth Simbach 2001 7 MWth Waldkraiburg Poing 2011 8 MWth Freiham Kirchweidach Kirchstockach Pullach 2005 6 MW th Grünwald Dürrnhaar 12 plants working: 130 MWth Taufkirchen Mauerstetten 3.2 MWel Sauerlach Traunreut11 plants in construction: U-haching ´07 38 MWth Riem 2004 11 MWth ´09 3 MW el Geretsried 110 MWth 40 MWel 20.2.2014 SWM 9 20.02.2014 9 Effective utilisation of technology options: production in parallel of electricity and heating ¾ One common production well ¾ Three-way valve controls mass flow rates between heat and power production ¾ Energy demand of the district heating system has priority ¾ Electricity production gets adjusted to the alternating mass flow rates every second ¾ Outgoing temperature of the district heating can be generated without additional upload 20.02.2014 10 Effective utilisation of technology options at T>100° C: Why did we go for the operation in parallel? ¾ Electricity generation constitutes a reasonable by-product, as a major part of the fix cost (e. g. labour costs) for the district heating product has to be provided anyway ¾ Reasonable use of the thermal water during summer, as ESP systems have only a limited bandwidth of operating conditions ¾ Sufficient thermal energy (38 MW at a volume of 150 l/s and a temperature spread of 60 K) in order to be able to operate the Kalina plant during summer at a high level ¾ Investments can economically be displayed on the basis of the feed-in tariff according to the EEG ¾ Reduction of CO2 emissions of 40.000 t/a 20.02.2014 11 Effective utilisation of technology options: Economical optimisation of thermal output Thermal capacity MWth Contracted district heating load Required heat production District heating by peak load plant (winter) actual peak load Constant thermal capacity at production well: 150 l/s cooled down by 60°K Thermal capacity for electricity generation District heating (summer) base-load Demand from district heating customers Jan Feb Nov Dec 20.02.2014 12 The Kalina plant of Unterhaching 20.02.2014 13 Heat plate exchangers are used for both district heating and power production evaporator pre-heater condenser district heating 20.02.2014 14 Effective utilisation of technology options: Reality meets expectations parallel operation of power / district heating (data straightened) 450 400 350 300 250 m³/h 200 150 100 50 0 01.02.10 02.02.10 03.02.10 04.02.10 05.02.10 06.02.10 07.02.10 thermal water flow total thermal water flow power thermal water flow heating 20.02.2014 15 Effective utilisation of technology options: … and it works for longer time! parallel operation of power / district heating during week 10 - 22/2010 (data straightend, w/o downtime) 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 m³/h 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 10-03-15 10-05-31 thermal water flow total thermal water flow power thermal water flow heating 20.02.2014 16 The vision of Munich district heating Munich will until 2040 be the first German metropolis with a district heating system provided with 100% renewable energies. In order to realise it one will mainly use geothermal energy 20.2.2014 SWM 17 20.02.2014 17 Geothermal plant of SWM at Sauerlach Tech. Data: Triplett system (2007-2009): (1 production-, 2 injection-wells) Depth of4.757 m to 5.567 m MD Thermal water: 110 l/s, 140°C 2-step ORC-process (Turboden) Fluid: Penta-Fluor-Propan el. power 5.100 kW production 40.000 MWh/a th. power 4.000 kW Heat supply 4.000 MWh/a CO2-reduction 36.000 t/a Time table: drilling 2007-2009 Start of construction 4/2011 Quelle: Lausser, scg Architekten, Turboden inauguration 1/2013 20.2.2014 SWM 18 20.02.2014 18 Conclusion ¾ The metropolitan area of Munich has a very high density of geothermal heat or heat and power plants. A junction of all these heating networks seems to be possible. ¾ The heat supply by geothermal energy can be raised by drilling further wells in the existing exploitation claims. ¾ Combined heat and power plants can be installed in claims with thermal water temperatures > 100° C for supplying base-load electrical energy too. ¾ The area of Munich is best prepared for the heat supply with renewable energies esp. CO2 – free geothermal energy. ¾ To reach the 100% goal for renewable heat in 2040 is a realizable vision. 20.02.2014 19 Thank you for your attention 20.02.2014 20.
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