Nº 76 - Bundesverband Geothermie

geothermie.de

Nº 76 - Bundesverband Geothermie

Abwärme:

Saisonale Speicherung

im Erdreich

// Partizipation:

Einbindung von Bürgern

bei Großprojekten

// Kühlung:

Bereitstellung von

geothermischer Kälte

// Energiewende:

Peak Oil und Erneuerbare

Energien

GtV-Bundesverband Geothermie e.V. // 22. Jahrgang // Heft 76

76

Juni 2013

GtV

Bundesverband

Geothermie


Europas größte

Fachmesse mit Kongress

20. + 21. Feb. 2014

Messe Offenburg

www.geotherm - offenburg.de


1

Editorial

Sehr geehrte Damen und Herren,

liebe Mitglieder des GtV-Bundesverband Geothermie,

der Sommer naht, die Temperaturen steigen und der Heizbedarf sinkt. Geothermie

kann aber auch in der warmen Jahreszeit sinnvoll genutzt werden.

David Kuntz und Kollegen erläutern wie überschüssige Wärme im Sommer

in saisonale Speicher eingespeist werden kann. Im Erdreich gespeichert

kann diese Wärme im Winter zum Heizen eingesetzt werden (Seite 16).

Geothermie kann aber nicht nur Wärme, sondern auch Kälte bereitstellen.

Franziska Bockelmann untersucht in einem Forschungsprojekt, wie passive Kühlung

über Erwärmesonden und die Klimatisierung durch reversible Wärmepumpen möglichst

effizient kombiniert werden können (Seite 26). Ronald Lau zeigt anhand der Volksbank-

Raiffeisenbank in Nürnberg wie Kühlung durch Geothermie in der Praxis funktioniert

(Seite 20).

In Unterföhring versorgt eine Geothermieanlage bereits 2000 Bürger zuverlässig mit

erneuerbarer Wärme. Das Interesse ist ungebrochen. Daher will die kommunale Betreibergesellschaft

nun die Kapazitäten um weitere 10 Megawatt ausbauen (Seite 14).

In Unterföhring war der Zuspruch seit Projektbeginn groß. Um diesen auch in Fällen zu

erreichen, wo Widerstände zu erwarten sind, ist die Beteiligung der Bürger von großer

Bedeutung. Wie Partizipationsprozesse erfolgreich gestaltet werden können, erfahren

Sie ab Seite 6.

Oberflächennahe Geothermie beschreibt die Nutzung von Erdwärme bis zu einer

Tiefe von 400 Metern. Klassische Projekte der Tiefen Geothermie erschließen die

Wärme des Erdreichs jenseits der 1000-Meter-Marke. Prof. Dr. Dieter Michalzik erläutert,

warum der Bereich von 400-1000 Meter Tiefe als »Mitteltiefe Geothermie«

einer Unterscheidung und eigenen Definition bedarf (Seite 30). Die Grundlage für die

im Erdreich vorhandene Wärme ist natürliche Radioaktivität. Die physikalischen Hintergründe

und die Gründe dafür, dass dies für Mensch und Umwelt in der Umgebung

unbedenklich ist, erfahren Sie ab Seite 10.

Der Energiesektor ist ein Weltmarkt. Bodenschätze an fossilen und nuklearen Brennstoffen

sind auf wenige Länder verteilt. Diese werden aber schon sehr bald erschöpft

sein. Dr. Zittel hat für die Energy Watch Group federführend errechnet, bis wann die

Vorräte noch reichen werden. Ab Seite 4 stellt er die ernüchternden Ergebnisse der

Studie vor und erläutert, warum daher der Ausbau der erneuerbaren Energienutzung

unumkehrbar ist. Auch das Projekt GeoPower trägt einen grenzüberschreitenden Gedanken

in sich. Darin will der geologische Dienst von Schleswig-Holstein gemeinsam

mit den dänischen Kollegen das geothermische Potenzial erkunden (Seite 32).

Wir wünschen Ihnen eine interessante Lektüre der Zeitschrift!

Mit vielen Grüßen aus Berlin,

Ihre Geschäftsstelle des GtV-Bundesverbandes Geothermie


2

Service

Inhalt // Heft 76 // 2013 / 2

Tiefe Geothermie

10 Radon – Grundlagen und Bezug zur Geothermie

TEXT: Dr. Joachim Kemski, Dr. Heiko Woith, Sebastian Feige, Prof. Dr. Horst Rüter

14 GEOVOL verdoppelt geothermische Leistung - Zweite Dublette ist geplant

TEXT: Peter Lohr, Dr. Franz Böhm

Oberflächennahe Geothermie

16 Saisonale geothermische Wärmespeicher zur Direktheizung – ein Praxisbeispiel –

TEXT: Dr. David Kuntz, Dr. Markus Kübert, Prof. Dr. Simone Walker-Hertkorn, Otto Andreas Reisig

20 VR-Bank Nürnberg mit klarem Bekenntnis zur Nachhaltigkeit

TEXT: Ronald Lau, Holger Süss

Forschung und Entwicklung

Service

22 Kühlsystem für Messeinrichtungen in tiefen Bohrlöchern

TEXT: Benedict Holbein

26 geo:build – Systemoptimierung des Kühlfalls von erdgekoppelter Wärme- und

Kälteversorgung

TEXT: Franziska Bockelmann

01 Editorial

03 Panorama

04 Der Strukturwandel weg von fossilen Energieträgern wird deutlich zunehmen!

TEXT: Dr. Werner Zittel

06 Bürgerbeteiligung konkret: Kommunikation und Recht bei Tiefengeothermie Projekten

TEXT: Prof. Dr. Thorsten Hofmann, Prof. Dr. Ralf Leinemann

30 Mitteltiefe Geothermie – was ist das?

TEXT: Prof. Dr. Dieter Michalzik

32 Grenzüberschreitende Erkundung des geothermischen Potenzials im Norden – das

Projekt GeoPower

TEXT: Dr. Reinhard Kirsch, Dr. Fabian Hese, Dr. Niels Balling, Prof. Dr. Lars Ole Boldreel, Prof. Dr. Wolfgang Rabbel

34 Junge Geothermie // Wissenschaftliche Qualifizierung am Deutschen GeoForschungs-

Zentrum in Potsdam

TEXT: Dr.-Ing. Thomas Reinsch

35 Termine & Veranstaltungen

36 Interview // Die Fünfer-Staffel des GtV-Bundesverbandes Geothermie

37 Aus dem Verband // Impressum

Titelbild

Die Hauptverwaltung GELSENWASSER in Gelsenkirchen ist eines der Bürogebäude, die im Rahmen des

Projektes geo:build untersucht wurden.


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

3

Osnabrück:

Geothermie sorgt

für Badespaß

Panorama

Tomaten aus Bayern:

Geothermie macht ‘s

möglich!

Die Gemeinde Kirchweidach und die

GEOenergie Kirchweidach (GEK) haben

eine deutschlandweit einmalige

Vereinbarung für den Aufbau einer

eigenständigen Wärmeversorgung

aus Tiefengeothermie unterzeichnet.

Die Gemeinde Kirchweidach

liegt über dem geothermisch geeigneten

Molassebecken und will mit

ca. 127 Grad heißem Thermalwasser

elektrischen Strom und Wärme

gewinnen.

Über ein Fernwärmenetz, welches

ebenfalls gebaut wird, soll die Erdwärme

nicht nur zahlreiche Haushalte

versorgen, sondern auch die

Tomatenproduktion in einer örtlichen

Gewächshausanlage ermöglichen.

Dies ist nur möglich, da die günstige

und preisstabile Wärme aus Tiefengeothermie

genutzt werden kann.

Bei der Tomatenproduktion werden

bis zu 25.000 t CO 2

pro Jahr gespart.

Für eingesparte Transporte, z.B. aus

den Niederlanden oder Spanien,

werden weitere bis zu 1.500 t CO 2

pro Jahr vermieden.

Der erzeugte Strom soll in das Netz

eingespeist und über das EEG vergütet

werden. Die Inbetriebnahme

der Stromproduktion ist für Frühjahr

2015 geplant. Bernhard Gubo,

Geschäftsführer der GEK: »Die zusätzlichen

Einnahmen des Wärmeverkaufs

verbessern die Wirtschaftlichkeit

unseres Projektes

und erhöhen das positive Image der

Tiefengeothermie.«

Seit Ende April wird das Osnabrücker

Spaßbad durch eine Geothermieanlagen

beheizt. Über zwei

Brunnen mit einer Tiefe von ca. 360

Metern wird Thermalwasser aus

der Muschelkalkschicht gefördert.

Zunächst war nur eine Bohrung von

800 Metern für eine geschlossene

Sonde geplant. Als man bei den

Bohrarbeiten auf Thermalwasser

stieß, wurden die Pläne kurzerhand

geändert. Über eine Förderbohrung

wird das Thermalwasser nun

erschlossen. Eine Wärmepumpe

erhöht die Temperatur des Grundwassers

von 20 °C auf 55 °C. Das

abgekühlte Grundwasser wird danach

über eine zweite Bohrung wieder

ins Erdreich zurückgeführt. Die

Anlage produziert mit einer Leistung

von 600 Kilowatt jährlich vier

Millionen Kilowattstunden Wärme.

Insgesamt soll so 60 % des Wärmebedarfs

durch Erdwärme gedeckt

werden. Die Stadtwerke Osnabrück

gehen davon aus, dass sich

die Investitionskosten von einer

Million Euro schnell amortisieren.

Die Nutzung Erneuerbarer Energien

hat in Osnabrück System. Im

»Energiepark« Nettebad wird das

Badewasser bisher bereits durch

Solarenergie erwärmt. Ein Windrad

liefert Strom. Durch den Modellcharakter

zieht das Nettebad nicht

nur Schwimmbegeisterte, sondern

auch Energieexperten an. Die

Stadtwerke planen auch weitere

Energieprojekte.

St. Gallen:

Förderbohrung in

vollem Gange

Das Geothermieprojekt in St. Gallen

tritt in die entscheidende Bohrphase

ein. Seit Anfang März treibt der

Bohrturm die Erschließung der

Erdwärme voran. Bereits ein Monat

nach Beginn der Bohrarbeiten

für das Geothermie-Kraftwerk

St. Gallen wurde eine Tiefe von 1900

Metern erreicht. Die 2.500-Meter-

Marke soll Anfang Mai erreicht

werden. Die Bohrungen werden voraussichtlich

im Juni abgeschlossen

sein. Geologen erwarten in 4.000

bis 4.500 Metern Tiefe auf 140

Grad heißes Thermalwasser zu stoßen.

Eine zweite Bohrung, welche

nur wenige Meter von der Förderbohrung

niedergebracht wird, dient

der Rückführung des abgekühlten

Thermalwassers. In der Tiefe sollen

zwischen Förder- und Injektionsbohrung

1,2 Kilometer liegen.

Langfristig ist geplant, die Hälfte

aller Einwohner zuverlässig mit

umweltfreundlicher Erdwärme aus

dem Sitterobel zu versorgen. Mit

dem Bau des Geothermiekraftwerks

ist auch eine Erweiterung des Fernwärmenetzes

angedacht. Bis 2017

soll sich die Zahl der angeschlossenen

Wohnungen mehr als verdreifachen.

Großen Wert legt die Stadt

daher auch auf die Öffentlichkeitsarbeit.

Auf der Internetseite liefern

unter anderem eine Webcam und

ein interaktiver dreidimensionaler

Bohrplatzplan einen guten Einblick

in die Arbeiten.


4

Service

Der Strukturwandel weg von fossilen

Energieträgern wird deutlich zunehmen!

TEXT: Dr. Werner Zittel

Die im März veröffentlichte Studie der Energy Watch Group widerspricht

Berichten, dass es kein Verfügbarkeitsproblem von Erdöl und Gas gäbe. Die

Analyse von regionalen Förderstatistiken und weiteren Indikatoren zeigt,

dass die Versorgung der Welt mit Erdöl an ihre Grenzen stößt. Aber auch

Erdgas und Kohle sind nicht so reichlich verfügbar wie oft unterstellt wird.

Das Fördermaximum aller fossilen Energieträger ist laut der Analyse der

Energy Watch Group noch in diesem Jahrzehnt zu erwarten.

Angestoßen durch den World Energy Outlook

(WEO) der IEA vom November 2012 wird in den

Medien verbreitet, dass die Welt vor einer Ölund

Gasschwemme stehe.

Neue Methoden würden die Erschließung unkonventioneller

Vorkommen ermöglichen, die

USA würden schon bald von Energieimporten

unabhängig. Auch Europa könne davon profitieren.

Zudem werde Energie dadurch billig.

Wer sich diesem Trend verschließe, müsse die

Verantwortung tragen, wenn die Industrie in

Staaten mit billigerer Energieversorgung abwandere.

Diese verkürzte und in Teilen falsche

Interpretation des WEO sorgte für große Verunsicherung.

Die Energy Watch Group beauftragte

die Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH, die

Belastbarkeit dieser Aussagen zu untersuchen.

Ende März wurde deren Studie in Berlin vorgestellt.

Außer für Erdgas handelt es sich dabei um

Aktualisierungen vergangener Arbeiten.

Kritik am World Energy Outlook der

Internationalen Energieagentur

In der internationalen Presse wurden die Aussagen

des WEO 2012 verkürzt und teilweise

falsch dargestellt. So ist eine wesentliche Voraussetzung

für die Importunabhängigkeit der

USA, dass der Energieverbrauch drastisch zurückgehen

muss.

Es muss kritisiert werden, wenn die IEA ihre

Szenarien der Öl- und Gasförderung bis 2035

regional nicht auf Reserven, sondern vor allem

auf spekulativen Ressourcenabschätzungen

aufbaut. So wird gemäß WEO 2012 die Erdgasförderung

der USA zwischen 2013-2035 etwa

16 Billionen m³ betragen, mehr als das Doppelte

der Erdgasreserven der USA. Und so finden

sich in dem Bericht viele Aspekte, die bei kritischer

Analyse eher als Spekulation zu werten

sind. Die verfügbaren Statistiken sind in sich widersprüchlich.

So zeigen die Monatsstatistiken

der texanischen Behörde seit gut einem Jahr einen

deutlichen Gasförderrückgang, die Statistik

der amerikanischen Energiebehörde weist für

dieselben Förderdaten einen Förderanstieg aus.

Ähnliche Unterschiede zeigen sich in den Daten

zur Ölförderung. Hier zeigt die Analyse zudem,

dass der seit einigen Jahren erfolgende Anstieg

der Erdölförderung in den USA nur auf die zwei

Bundesstaaten Texas und Norddakota begrenzt

ist. In Norddakota sind es nur 4 Landkreise, die

mit 3 EW/km² auch zu den am dünnsten besiedelten

Regionen der USA zählen. Der neue Bericht

der Energy Watch Group analysiert diese

Details und zeigt Trends auf, die auf deutlich zunehmende

Versorgungsprobleme mit fossilen

Energieträgern hinweisen.

Erdöl

Seit dem Jahr 2000 ist der Ölpreis fast um den

Faktor 10 gestiegen. Galt damals ein Preis von

30 $/Barrel als teuer, so werden 100 $/Barrel

heute als billig empfunden. Die mit dem „Peak

Oil“ verbundene Verknappung und Verteuerung

des Rohstoffes hat längst begonnen. Trotz gesunkenem

Verbrauch der OECD Staaten blieb

der Ölpreis hoch. In Europa hat sich die Ölförderung

seit 2000 halbiert. Auch die großen Ölfirmen

fördern heute trotz gestiegener Investitionen

20 Prozent weniger Erdöl als 2004.

Mit jedem Monat wird es schwieriger den Öldurst

der Welt zu stillen. Die Analysen der Energy

Watch Group deuten darauf hin, dass die

weltweite Ölverfügbarkeit bis zum Jahr 2030

deutlich abnehmen wird – vermutlich wird die

Förderung um 40 Prozent zurückgehen.


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

5

Erdgas

Die konventionelle Erdgasförderung hat in den

USA deutlich abgenommen. Das entstehende

Defizit konnte in den vergangenen Jahren durch

die schnelle – und durch die Lockerung von Umweltauflagen

2005 ermöglichte – Ausweitung

der Schiefergasförderung aufgefangen werden.

Doch das stößt an Grenzen. Abbildung 1 zeigt,

wie schnell die Gasförderung in den USA wieder

zurückgehen kann, sobald die Erschließung der

Schiefergasvorkommen ins Stocken gerät.

In Europa geht die Erdgasförderung seit der

Jahrtausendwende zurück. Die Schiefergasförderung

wird hier keinen bedeutenden Beitrag

liefern können. Zu groß sind die Unterschiede zu

den USA. Zu gering sind Potenzial und Fördermöglichkeiten.

Zudem sind die Umweltrestriktionen

höher. Die europäische Erdgasförderung

wird daher bis 2030 deutlich zurückgehen. Nur

ein stark steigender Gasimport könnte den Verbrauch

auf heutigem Niveau ermöglichen. Doch

aus Russland wird dieses Erdgas nicht kommen.

Es kämpft trotz großer Reserven selbst gegen

den Förderrückgang der alten Gasfelder. Die Erschließung

neuer Felder wird immer teurer. Zudem

steigen heimischer Verbrauch und Exportmöglichkeiten

nach Asien. Die Berechnungen

der Energy Watch Group lassen das weltweite

Gasfördermaximum um 2020 erwarten.

Kohle

Die Verfügbarkeit von Kohle wird oft als für

Jahrhunderte garantiert gesehen.

Doch es hilft nicht, auf große Ressourcen zu verweisen,

deren Nachweis nie jemand antreten

muss. Die besser belastbaren Reservestatistiken

wurden in den vergangenen 25 Jahren weltweit

um mehr als die Hälfte reduziert.

Bei weltweit steigendem Verbrauch sank die

statische Reichweite von über 450 Jahren

im Jahr 1987 auf unter 120 Jahre. Dabei sind

diese Statistiken bereits großzügig. So werden

die indischen Kohlereserven mit fast 60 Mrd.

Tonnen ausgewiesen. Doch diese Kohle hat einen

Ascheanteil zwischen 30 – 70 Prozent. In

China steigt der Bedarf schneller als die Förderung.

Der Export von Kohle beschränkt sich

auf wenige Staaten, allen voran Indonesien und

Australien. Dass die USA Kohle nach Europa

zu günstigen Preisen exportieren können, kann

nicht darüber hinwegtäuschen, dass auch dort

das Fördermaximum der Steinkohle vor über 25

Jahren überschritten wurde.

Zusammenfassung

Abbildung 2 fasst die Ergebnisse der Analyse

zusammen. Zunehmende Indizien weisen darauf

hin, dass die Welt auf den Höhepunkt der fossilen

Energieförderung zusteuert. Die weltweit

zunehmenden wirtschaftlichen Probleme haben

auch in steigenden Energiebeschaffungskosten

ihre Ursache – und diese sind wiederum mit Verknappungen

verbunden. Die bereits begonnenen

und noch bevorstehenden Probleme müssen wir

als Chance für Klimaschutz und nachhaltigen Lebensstil

begreifen. Erst wenn wir dies zulassen,

werden wir nicht von kommenden Problemen

erdrückt werden, sondern können mit guten Antworten

agieren.


6

Service

Großbauvorhaben können trotz wirksamer Baugenehmigung am Protest

der Bürger scheitern. Die viel zitierte Behauptung, Deutschland sei mittlerweile

eine »Dagegen-Republik«, wird der Frage nach Bürgerbeteiligung

bei Infrastrukturprojekten jedoch nicht gerecht. Kommunikatives und

juristisches Fingerspitzengefühl der Projektverantwortlichen sind mehr

denn je gefragt. Was verbirgt sich hinter dem Begriff Partizipation? Eine

Analyse am Beispiel »Tiefengeothermie«.

Bürgerbeteiligung konkret: Kommunikation

und Recht bei Tiefengeothermie Projekten.

TEXT: Prof. Dr. Thorsten Hofmann, Prof. Dr. Ralf Leinemann

Komplexe und teure Bauprojekte berühren eine

Vielzahl von Interessen, die zwangsläufig miteinander

in Konflikt geraten. Daher ist die Skepsis

der Bürger gegenüber großen Bauvorhaben

kein wirklich neues Phänomen. Zuletzt fiel das

Misstrauen innerhalb der Bevölkerung jedoch

besonders hoch aus: Eine Allensbach-Studie ergab,

dass die Mehrheit der Befragten schon bei

dem Begriff »große Bauprojekte« spontan negativ

reagiert. Der Grund hierfür liegt auch an der

verbesserungswürdigen Steuerung der letzten

Mammutprojekte. Ob bei Stuttgart 21 oder

jüngst beim Bau des Berliner Großflughafens:

Für die Öffentlichkeit wirken Planungen undurchsichtig,

»top-down«-Entscheidungsprozesse veraltet

und elitär und nicht zuletzt erregen explodierende

Kostenkalkulationen die Gemüter der

Steuerzahler.

Erfahrungen aus der Praxis

Sogar bei den positiv besetzten Erneuerbaren

Energien reagieren Anwohner auf konkrete Projekte

mit Skepsis. Neue Technologien beinhalten

ein Sorgenpotential, da die Bürger bislang wenig

Erfahrung mit diesen haben. Als es im Sommer

2009 in Landau in der Nähe einer Tiefengeothermieanlage

zu leichten seismischen Beben

bis zu einer Stärke von 2,7 auf der Richterskala

kommt, wird nicht nur die Erde erschüttert, sondern

auch die gesellschaftliche Akzeptanz der

Geothermie. Mehrere Bürgerinitiativen formieren

sich, thematisieren den Konflikt mit breitem

Medienecho und transportieren ihre Ängste in

die Öffentlichkeit. Die Konsequenz: Ein breiter

Fortschrittspessimismus vertreibt die Euphorie

für die Geothermie. Um Vertrauen in die

Projekte wieder herzustellen, bedurfte es einer

systematischen Beteiligung aller Betroffenen in

Form eines Mediationsverfahrens. Ziel war die

Versachlichung des Konflikts, um weitere gerichtliche

Auseinandersetzungen zu vermeiden.

Ein Mediationsverfahren besteht grundsätzlich

aus einer Vermittlungs- und einer Umsetzungsphase.

In der Vermittlungsphase soll, unter

Federführung eines neutralen Mediators,

ein Konsens zwischen den verschiedenen Interessengruppen

erzielt werden, der in einem

Abschlusspapier dokumentiert wird. Im Fall

Landau wurden konkrete Vorschläge für mehr

Bürgerbeteiligung beim Bau weiterer Anlagen

erarbeitet, ein Ombudsmann berufen und ein

Schadens-Fonds eingerichtet. Die anschließende

Umsetzungsphase wurde durch regelmäßige

Sitzungen aller Beteiligten konstruktiv begleitet.

Das Beispiel zeigt vor allem eines: Die Zuspitzung

des Konflikts konnte mittels konkreter Beteiligungsverfahren

gelöst werden. Je früher solche

Instrumente genutzt werden, desto weniger

Konfliktpotential entsteht. Mögliche Risikopotentiale

und deren Auswirkung auf das Umfeld,

wie beispielsweise seismische Erschütterungen,

sollten im Vorfeld in die Planung und Kommunikation

mit einfließen, um negative Überraschungen

seitens der Anwohner zu vermeiden.

Sicherheitsvorkehrungen, technische Verfahren

und tatsächliche Auswirkungen müssen der

Öffentlichkeit offen kommuniziert werden. Was

in Landau gelang, funktioniert jedoch nicht immer:

Sobald sich ein einzelner Betroffener nicht

an dem Mediationsverfahren beteiligt, steht die

außergerichtliche Gesamtlösung des Konflikts

auf dem Spiel.

Aus diesen Erfahrungen kann beim Bau anderer

Kraftwerke gelernt werden: Ein ausgewiesener

Ansprechpartner des Betreibers, der für

den Dialog mit Bürgern und Politik, für Fragen,


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

7

Anregungen und einen aktiven Austausch zur

Verfügung steht, ist empfehlenswert. Institutionen

wie der Gemeinderat sollten intensiv in

alle wesentlichen Planungen und Fragen involviert

werden. Eine direkte Bürgernähe wiederum

kann durch Kraftwerksbesichtigungen

schon während der Bauarbeiten hergestellt

werden. Eine konsequente Informationspolitik,

verknüpft mit Entscheidungsprozessen, sorgt

für Transparenz. Durch eine langfristige und

strategisch ausgerichtete Kommunikation und

die darauf abgeleiteten Maßnahmen gelingt es,

Risikopotentiale für das Projekt im Vorfeld zu

erkennen und diesen entgegenzuwirken.

Die zwei Säulen der Kommunikation von

Bauprojekten

Eine konstruktive und dialogorientierte Kommunikation

beruht auf zwei Säulen: Auf einer

sachlichen Ebene müssen ausführliche und

verständliche Informationen zur Klärung der

Lage bereit stehen und es muss dafür gesorgt

werden, dass diese auch wahrgenommen werden.

Zur sachlichen Ebene zählt außerdem eine

juristische Begleitung und Kommunikation des

Vorhabens. Die zweite Säule zielt auf die emotionale

Wahrnehmung des Adressaten. Bedürfnisse

und Ängste müssen antizipiert, anstatt

tabuisiert werden. Dazu muss sowohl offen

und glaubwürdig interagiert als auch eine positive

Zukunftsstory, die einen gesellschaftlichen

Zweck vermittelt, dargestellt werden. Nur wer

seine Botschaften von Beginn an auf diesen beiden

Säulen aufbaut, wird als vertrauensvoller

Dialogpartner wahrgenommen und schützt sich

vor einer Defensiv-Position.

Bürgerbeteiligung konkret:

Analyse, Strategie und Umsetzung

Für viele Bürger sind die geplanten Bauvorhaben

und die zu Grunde liegenden Entscheidungen

nicht durchsichtig, sondern stellen eine

sogenannte »Black-Box« dar. Um diese bereits

im Vorfeld transparent zu machen, Angst und

Misstrauen entgegen zu wirken und den gesamten

Bauprozess wieder in die eigenen Hände

zu nehmen, ist eine umfangreiche Analyse der

Ausgangslage des Projekts notwendig.

Ein Bestandteil dieser Analyse ist das Erfassen

der Bedürfnisse und Ängste der verschiedenen

Stakeholdergruppen, Meinungsführer und

der soziodemographischen Struktur im Umfeld

eines Projektes. Dazu gehört es auch, die Medienlandschaft

inklusive Social Media sowie die

politische Lage im Blick zu behalten. Auf diese

Weise erhalten Planer ein Bild über die Risikofaktoren

vor Ort, partielle Bedürfnisse und Befindlichkeiten

lassen sich antizipieren und damit

in die Gesamtstrategie integrieren. Mit den

relevanten Zielgruppen kann gezielt ein Vertrauenszyklus

aufgebaut werden. Dieser hat

zum Ziel, die eine, wichtige Botschaft zu vermitteln:

»Wir nehmen die Ängste und Bedürfnisse

der Gegner sehr ernst und bieten Lösungen.«

Die Diskussion wird versachlicht, Vertrauen

und Akzeptanz werden aufgebaut, gemeinsame

Lösungen können entwickelt werden. Dies

alles erhöht die Planungssicherheit für das Gesamtprojekt.

In einer Bestandsaufnahme gilt

es herauszuarbeiten, welche Punkte überhaupt

verhandelbar sind, welche Entscheidungsspielräume

existieren, welche Ressourcen zur

aufklärend

umfassend

sachbezogen

rational

Sachebene

vertrauensbildende

Information

offen

ehrlich

persönlich

sympathisch

Gefühlsebene

wirkungsvolle Kommunikation

auf zwei Säulen

Verfügung stehen und ob die denkbare Beteiligung

in den Zeitrahmen des Projektes passt.

Die gewonnenen Erkenntnisse werden zuletzt

in konkrete Maßnahmen umgewandelt und in

einen Projektplan überführt. In diesem sollten

vor allem Zuständigkeiten sowie die weitere Organisation

festgehalten werden. Die Bürgerbeteiligung

muss insgesamt zu einer festen Größe

des Vorhabens werden. Auf diese Weise ist der

gezielte Dialog mit den Betroffenen vorbereitet

und kann nun in Form von zielgruppengerechten

Formaten umgesetzt werden. Von klassischen

PR-Werkzeugen über die Einbindung des Web

2.0 bis hin zu Partizipations-, Verhandlungsund

Mediationsverfahren kann dann eine Vielzahl

von Dialog- und Kommunikationswerkzeugen

zum Einsatz kommen.

Rechtsrahmen und Klärung von Sachverhalten

Infrastrukturprojekte dürfen nur realisiert werden,

wenn sie von staatlichen Stellen genehmigt

wurden – etwa durch einen Planfeststellungsbe-


8

Service

Transparenz

schaffen

Planungssicherheit

erzielen

Großprojekt

Diskussion

versachlichen

gemeinsame

Lösungen

entwickeln

Vertrauen und

Akzeptanz

aufbauen

schluss oder aufgrund einer Baugenehmigung.

Diese staatlichen Entscheidungen stellen den

zentralen juristischen Angriffspunkt der Projektgegner

dar. Eine gründliche Vorbereitung des

Genehmigungsverfahrens ist daher besonders

wichtig, auch um hier keine Angriffsfläche zu

liefern. Der maßgebliche Sachverhalt muss juristisch

aufgearbeitet, der geltende Rechtsrahmen

sachgemäß angewandt und eine »gerichtsfeste«

Entscheidung durch die zuständige Behörde getroffen

werden.

Anhörungen sollen nicht nur zur Abwehr, sondern

auch zum Kennenlernen und Verstehen

von Strategien und Argumenten gegen ein Projekt

verstanden werden. Darauf ist im Genehmigungsverfahren

einzugehen. Zudem müssen

die Rechtsschutzmöglichkeiten der Betroffenen

umfassend eruiert, bewertet und vom Vorhabenträger

bei der Konzeption des Projekts und

im Genehmigungslauf berücksichtigt werden.

Klagerechte von Umweltvereinigungen, die

durch die jüngste Rechtsprechung erhebliche

Erweiterungen erfahren haben, dürfen dabei keinesfalls

unterschätzt werden. Wenn möglich,

sollte im rechtlich zulässigen Rahmen versucht

werden, Textvorschläge der Gegner durch Modifizierungen

»mitzunehmen«. Einige aktuelle Bauprojekte

haben gezeigt, dass das Vorliegen aller

Genehmigungen und sonstigen rechtlichen Voraussetzungen

keine Gewähr für eine konfliktfreie

Projektrealisierung bietet. Die reine Herstellung

von Legalität reicht nicht mehr aus. Wesentlich

im juristischen Prozess ist daher auch die enge

Einbindung der Kommunikation.

Wenn berücksichtigt wird, dass Kommunikation

und juristische Begleitung bei infrastrukturellen

Großvorhaben keine Nebensache ist, können

Ängste und Bedürfnisse frühzeitig erkannt, Diskussionen

versachlicht und Projekte erfolgreich

realisiert werden.


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

9

Der

Geothermie

Kongress

2013

DGK 2013: Call for Papers noch

bis zum 30. Juni

Der Geothermiekongress DGK 2013 findet dieses Jahr vom

12.-14. November in Essen statt. Die Fachveranstaltung

der Branche bietet die Möglichkeit, Entwicklungen und

Technologien zu diskutieren und neue Lösungsansätze

zu finden. Der Bundesverband Geothermie ruft dazu auf,

sich aktiv am Programm zu beteiligen und Beiträge für die

Foren anzumelden.

Die Schirmherrschaft des Geothermiekongresses

hat erneut Bundesumweltminister Peter

Altmaier übernommen. Das Programm der Veranstaltung

wird in Fachforen (12./13.11.) und

Workshops (14.11.) gegliedert sein. Beiträge zu

den Foren können noch bis zum 30.06. zu allen

geothermisch relevanten Themen eingereicht

werden, jedoch insbesondere zu den folgenden

Schwerpunktthemen:

Tiefe Geothermie


Monitoring von Stimulationsmaßnahmen


Seismizität


Öffentlichkeitsarbeit und Akzeptanz


Finanzierung von Geothermieprojekten


Schutz tiefer Grundwässer


Radionukleide


Kaskadennutzung


Fündigkeitsrisiko


Internationale Best-Practice-Beispiele

Oberflächennahe Geothermie


Entwicklungen im Wärmepumpenbereich


Entwicklungen auf dem Wärmemarkt


Zertifizierung


Vorgaben, Richtlinien, Verordnungen –

Novellierungen aus Politik und Verbänden


Saisonale Speicher


Qualitätssicherung

Übergreifende Themen


Mitteltiefe Geothermie


Aus- und Weiterbildung


Rechtliche Rahmenbedingungen für

Geothermieprojekte


Geothermie als Teil kommunaler Energiekonzepte

& Fernwärmesysteme

Die Einreichung eines Beitrags ist

online unter:

www.der-geothermiekongress.de

möglich. Zusätzlich zu den Foren

sind Workshops zu vielfältigen

Themen geplant wie zum Beispiel

»Kommunale Energieversorgung«,

»Öffentlichkeitsarbeit für Geothermieprojekte«

und »Qualitätssicherung

in der Oberflächennahen

Geothermie«. Ein internationales

Forum unter der Leitung des

Internationalen Koordinators des

Bundesverbandes Geothermie Dr. Eckehard

Büscher wird Best-Practice-Beispiele vorstellen

und internationale Kooperationsmöglichkeiten

diskutieren.

Einen internationalen Fokus hat auch die parallel

stattfindende Industriemesse Geo-T Expo. Aussteller

aus allen Bereichen der Geothermie präsentieren

in Essen ihre Technologien, Produkte

und Dienstleistungen. Der GtV-BV organisiert

und präsentiert eine eigene Wissenschaftsausstellung

im Rahmen der Messe. Auf dieser Sonderfläche

befinden sich die etablierte Science Bar,

eine Posterausstellung und ein Ausstellungsbereich

nur für wissenschaftliche Einrichtungen.

Die »Science Bar« richtet sich besonders an junge

Wissenschaftler. Sie haben die Möglichkeit, Ihre

Arbeiten in Form eines Posters und Kurzvortrags

einem breiten Fachpublikum vorzustellen.

Unter den Teilnehmern wird ein Förderpreis ausgelobt,

der im Rahmen des Kongresses verliehen

wird. Teilnahmebedingungen sowie alle weiteren

Informationen zur Veranstaltung sind unter

www.der-geothermiekongress.de bereitgestellt.


10 Tiefe Geothermie

Zur Zeit ist nicht davon auszugehen, dass bei den gängigen geothermalen

Installationen in Deutschland mit einer direkten Radonausgasung aus der

Lagerstätte zu rechnen ist. Die Radonemissionen aus den übertägigen

Anlagen sind im Normalbetrieb zu vernachlässigen. Bei Betriebsstörungen

kann Radon kurzzeitig in die Atmosphäre gelangen, wobei außerhalb des

Betriebsgeländes nur sehr geringe Erhöhungen der Radonkonzentration im

Vergleich zur natürlichen Untergrundstrahlung erwartet werden.

Radon – Grundlagen und Bezug zur Geothermie

TEXT: Dr. Joachim Kemski, Dr. Heiko Woith, Sebastian Feige, Prof. Dr. Horst Rüter

Im Umfeld einiger geothermischer Projekte ist

eine Diskussion um das radioaktive Edelgas

Radon aufgekommen. Insbesondere wird diskutiert,

ob die Errichtung oder der Betrieb einer

Geothermie-Anlage in Deutschland das Ausmaß

der natürlichen Freisetzung und den nachfolgenden

Transport von Radon aus dem Untergrund

verändern kann und somit auch die Gefahr einer

gesundheitlich bedenklichen Anreicherung von

Radon in Gebäuden besteht.

Physikalische Grundlagen

Radon ist ein natürlich vorkommendes, farb-,

geruch- und geschmackloses radioaktives Edelgas,

das überall in Gesteinen und Böden, Wasser

und Luft zu finden ist. Es entsteht in den

natürlichen Zerfallsreihen der langlebigen und

seit Anbeginn der Erde existierenden Elemente

Uran (U) und Thorium (Th). Durch Alphazerfall

von Radium bilden sich verschiedene Radonisotope:

in der 238 U-Zerfallsreihe 222 Rn (»Radon«,

Halbwertszeit: ca. 3,8 Tage; Abb. 1), in der

232

Th-Zerfallsreihe 220 Rn (»Thoron«, Halbwertszeit:

ca. 55 Sekunden) und in der 235 U-Zerfallsreihe

219 Rn (»Actinon«, Halbwertszeit: ca. 3,9

Sekunden). Als einziges gasförmiges Element

innerhalb der Zerfallsreihen kann sich Radon

besonders leicht von seinem Entstehungsort

entfernen. Auf dieser Migrationsfähigkeit

beruht auch seine Bedeutung in der geochemischen

Exploration oder bei der Kartierung

verdeckter Kluft- oder Schwächezonen an der

Erdoberfläche. Hierfür ist fast ausschließlich

das Isotop 222 Rn von Interesse, weil nur dessen

Halbwertszeit ausreichend lang ist, um eine

weiträumige Wanderung im Untergrund zu erlauben.

Ein Problem stellt es nur dann dar, wenn

es aus dem Baugrund über Undichtigkeiten ins

Gebäude eindringt und sich in der Raumluft anreichert.

Über die Atmung nimmt der Mensch

Radon und seine Folgeprodukte auf. Diese Inhalation

führt zu einer internen Strahlenexposition

des Bronchial- und Lungengewebes. In umfangreichen

epidemiologischen Studien wurde

nachgewiesen, dass sich dadurch das Risiko

erhöhen kann, an Lungenkrebs zu erkranken.

Radon in der Umwelt

Die Radonaktivitätskonzentrationen in Gesteinen,

Böden und Wässern sowie Raum- und

Außenluft überdecken einen weiten Bereich

von wenigen Bq/m 3 (Becquerel pro m 3 ) bis zu

einigen Millionen Bq/m 3 (Abb. 2). In der Außenluft

bedingt die rasche Verdünnung beim

Übertritt aus dem Boden niedrige Radonaktivitätskonzentrationen,

in der freien Atmosphäre

überschreiten diese selten 50 Bq/m 3 . Auffallend

sind die um den Faktor 1.000 bis 100.000

höheren Aktivitätskonzentrationen in der Bodenluft.

Das im Untergrund zur Verfügung stehende

Radon kann in Gebäude übertreten und

Raumluftkonzentrationen von einigen hundert

bis tausend Bq/m 3 bewirken. Mitunter spiegeln

sich die Uran- und Radiumgehalte geologischer

Einheiten in den Radonaktivitätskonzentrationen

der Bodenluft und der Luft in den Gebäuden

wider. In Grund- und Quellwässern werden lokal

Radonaktivitätskonzentrationen gemessen,

die bis zu einigen Millionen Bq/m 3 reichen. Die

Radongehalte in fließenden Oberflächenwässern

sind dagegen in aller Regel gering (< 5.000

Bq/m 3 ), da turbulente Strömungen eine rasche

Entgasung begünstigen.

Radonkonzentrationen in der Umwelt sind nicht

zufällig verteilt, sondern stehen in der Regel in

Beziehung zum Auftreten und Verhalten der natürlichen

Radionuklide Uran und Radium. Alle

Gesteine und Böden enthalten diese Elemente in

unterschiedlichen Konzentrationen und sind daher

immer auch Radonquellen. Hier erfolgt eine


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

11

Abb. 1: Uran-Radium-Zerfallsreihe

ständige Radonneubildung durch den Alphazerfall

von Radium. Die Radonatome durchlaufen

bei ihrem Weg vom Bildungsort in die freie

Atmosphäre nach ihrer Entstehung mehrere

aufeinander folgende Prozesse. Die Emanation

führt zu einer Freisetzung der Radonatome

aus der festen Phase der Mineralkörner oder

Bodenpartikel in den Porenraum des Gesteins

oder Bodens. Sie wird beispielsweise durch

Korngrößenverteilung oder die Bodenfeuchte

beeinflusst. Die Freisetzungsraten von Gesteinen

und Böden können daher in einem weiten

Bereich schwanken. Einmal im Porenraum angelangt,

kann Radon hier wandern (Migration).

Der Hauptmigrationsmechanismus ist Diffusion,

die durch Konzentrationsunterschiede angetrieben

wird und maximal über wenige Meter

reicht. Mit hohen Radonaktivitätskonzentrationen

in der Bodenluft ist daher generell in Böden

über Gesteinen mit erhöhten Radionuklidgehalten

(z.B.: Granite, Rhyolithe, bestimmte Sandsteine

und dunkle Schiefer) zu rechnen. Zudem

kann eine sogenannte advektive Komponente

hinzutreten, bei der ein passiver Radontransport

mittels Grundwasser oder Bodengasen

wie beispielsweise CO 2

oder CH 4

durch Klüfte

im Gestein erfolgt. Die Migrationsweite wird

durch die Halbwertszeit von Radon und die

Strömungsgeschwindigkeit von Grundwasser

und Bodenluft auf Meter bis Zehnermeter beschränkt.

Solche Prozesse sind beispielsweise

aus Regionen mit Verkarstungserscheinungen


12 Tiefe Geothermie

(u.a. Höhlen), dem Auftreten tektonisch stark

zerrütteter Gesteine oder postvulkanischen

Aktivitäten (z.B. Ausgasungen) bekannt. Durch

Exhalation gelangt Radon schließlich in die

Atmosphäre, wo es in aller Regel schnell verdünnt

wird. Radonaktivitätskonzentrationen

in der oberflächennahen Bodenluft und die

Radonexhalation können durch bodenphysikalische

(Bodentemperatur, -feuchte) und meteorologische

Parameter (Luftdruck, -temperatur,

Niederschlag) beeinflusst werden und somit

einen saisonalen Gang aufweisen. Die Tiefenwirkung

dieser Einflüsse reicht in Abhängigkeit

von der Permeabilität des Bodens von nur wenigen

Dezimetern (dichte Böden wie Lehme) bis

hin zu mehreren Metern (sehr gut durchlässige

Böden wie reine Sande und Kiese).

Lokal können eine Reihe anthropogener Faktoren

die Radonkonzentrationen in der Bodenluft

verändern. Unterschiede im Bodenaufbau

(z.B. Wechsel in Korngröße, Wassergehalt

oder Verdichtungsgrad) oder das Auftreten undurchlässiger

Schichten (z.B. Versiegelung des

Untergrundes durch Gebäude oder asphaltierte

Verkehrswege im städtischen Raum) können

Einfluss auf die Höhe der Radongehalte

haben. In Bergbaugebieten kommt es oftmals

zu einer tiefgreifenden Zerrüttung der Gesteine

und im Zuge von Bergsenkungen zu gravierenden

Schäden an Gebäuden. Dies kann dazu

führen, dass Radon aus einigen Zehnermetern

Tiefe bis in den Fundamentbereich der Häuser

aufsteigt, in diese eindringt und dort zu erhöhten

Raumluftkonzentrationen führen kann.

Radon in Gebäuden

Die Radonbelastung in der Raumluft von Gebäuden

ist das Ergebnis einer Reihe unterschiedlicher

Prozesse. Die lokalen Verhältnisse in den

natürlich gewachsenen Böden und in dem vom

Menschen beeinflussten Baugrund spielen

hierbei eine wichtige Rolle. Gleiches gilt für das

Vorhandensein von Eintrittspfaden, die der radonhaltigen

Bodenluft schließlich den Übertritt

ins Haus hinein erlauben. Die im Untergrund

zum Eintritt in Häuser zur Verfügung stehende

Radonmenge, das sogenannte geogene Radonpotenzial,

variiert in Abhängigkeit von den

örtlichen Gegebenheiten zeitlich und vor allem

räumlich. Wissenschaftlich ist belegt, dass der

geogene Untergrund die wichtigste

Quelle für die Raumluftkonzentrationen

darstellt. Die

Radonfreisetzung aus Baumaterialien

oder Brauch- und Trinkwasser

sowie der Eintrag aus

der Atmosphärenluft spielen in

Deutschland in aller Regel nur

eine untergeordnete Rolle für die

Höhe der Radonkonzentration in

der Raumluft. Die letztendlich im

einzelnen Gebäude vorkommende

Radonkonzentration hängt

von der Bauweise, vor allem von

der Dichtheit des Hauses gegenüber

dem Baugrund, der inneren

Struktur des Gebäudes und

dem technisch vorgegebenen

sowie individuell bestimmten

Heizungs- bzw. Lüftungsregime

ab. Aus diesem Grund sind auch

keine Prognosen für einzelne

Gebäude möglich. Die jeweilige

Radonbelastung eines Hauses

kann nur durch eine Messung ermittelt

werden.

Radon und Geothermie

Der natürliche radioaktive Zerfall trägt zu über

50 % zur Bereitstellung von Wärme im Erdinneren

bei. Er ist damit auch eine wesentliche

Grundlage für die Nutzung geothermaler

Energie. Systematische Untersuchungen über

mögliche Zusammenhänge mit Radonkonzentrationen

in der Boden- und Raumluft existieren

nur wenige und fast ausnahmslos aus Ländern

mit langjähriger Erfahrung im Bereich der

Geothermie.

In vulkanisch geprägten Gebieten in Neuseeland,

Japan, Taiwan, Italien, den USA, Mexiko

oder auf Island werden bei der Erkundung solcher

geothermischer Felder sowie während deren

wirtschaftlicher Nutzung Radonmessungen

eingesetzt, um Aufstiegswege geothermaler

Flüssigkeiten zu lokalisieren, die sich durch anomal

hohe Gasgehalte in der oberflächennahen


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

13

Bodenluft auszeichnen, und damit Standorte von

Erkundungs- und Förderbohrungen zu planen.

Zeitliche Variationen der Radonaktivitätskonzentration

geben Auskunft über Änderungen der

Porositäts- und Permeabilitätsverhältnisse während

der langzeitlichen Fluidentnahme aus dem

Reservoir. Durch die starke Verdünnung in der

Atmosphäre liegen die Radonkonzentrationen in

der Umgebung entsprechender geothermischer

Anlagen oft nur wenig über den natürlichen Untergrundwerten.

Bei modernen Geothermiekraftwerken

(Binärkreislauf) wird das geothermale

Fluid nach Durchlaufen eines Wärmetauschers

wieder in das Reservoir reinjiziert, so dass im

Normalbetrieb kein Radon in die Atmosphäre

emittiert wird.

In Deutschland konzentriert sich die Nutzung

geothermischer Energie auf nicht-vulkanische

Gebiete. Hier sind bislang keine Probleme mit

Radon bekannt. Zukünftige Untersuchungen

werden aber zeigen, inwiefern Radonmessungen

Veränderungen in der Lagerstätte (Beiträge

und Entfernung verschiedener Liefergebiete,

Änderung von Porendrücken) nachweisen und

so zur Optimierung des Anlagenbetriebes beitragen

können. Wegen geringer Reichweiten der

Radonmigration von allenfalls wenigen Zehnermetern

kann kein Radon direkt aus dem genutzten

Aquifer zur Erdoberfläche gelangen. Denkbar

wäre ein erhöhter advektiver Transport von Radionukliden

auf verbesserten Wasserwegsamkeiten

in oberflächennahe Schichten des Untergrunds,

die langfristig im Zuge von Setzungen

nach einer Flüssigkeitsentnahme im Untergrund

entstehen können. Da bei modernen geothermischen

Anlagen jedoch gezielt das geförderte Fluid

wieder in das Reservoir reinjiziert wird, fallen

die hydraulischen Auswirkungen des Anlagenbetriebes

schwächer aus als bei ausschließlicher

Fluidförderung zu erwarten wäre.

In bestimmten Betriebszuständen einer geothermalen

Anlage (z.B. Wartung des Generators,

Reinigung der Wärmetauscher) kann es

aufgrund der kontinuierlichen Thermalwasserförderung

kurzzeitig zu einer Freisetzung darin

gelöster Gase (z.B. CO 2

, CH 4

, N 2

, H 2

S, Radon) zusammen

mit Wasserdampf in die Atmosphäre

kommen. Beispielhafte Messungen unter diesen

Bedingungen haben gezeigt, dass die Radonkonzentration

außerhalb des Betriebsgeländes nur

um wenige Bq/m 3 anstieg (bei einem natürlichen

Hintergrundwert von ca. 10 Bq/m 3 ).

Intelligent Cooperation

Das Ergebnis zählt! Kompetente Projekt beratung

und individuelle Lösungen. Wellheads, Ausrüstungen

und Ersatzteile für Bohranlagen und

für tiefe Geothermie-Bohrungen.

The result is the key! Competent project

consulting and individual solutions. Wellheads,

equipment and spare parts for drilling rigs and

deep geothermal drilling.

20 Jahre

Oilfield Products

Sales and Services GmbH

Bruchkampweg 14

29227 Celle · Germany

Telefon +49(0)5141/90059 -0

Fax +49(0)5141/90059 29

normec@normec.de

www.normec.de


14 Tiefe Geothermie

GEOVOL verdoppelt geothermische Leistung -

Zweite Dublette ist geplant

TEXT: Peter Lohr, Dr. Franz Böhm

Zwei Jahre nachdem der Unterföhringer Gemeinderat die Weichen für

das Geothermieprojekt durch die Claimsicherung sowie eine seismische

Untersuchung gestellt hatte, wurde die GEOVOL Unterföhring GmbH als

100-prozentige Tochter der Gemeinde gegründet. Kurz darauf wurden

Kunden akquiriert, der Leitungsbau gestartet und mit der ersten Bohrung

begonnen. Der zeitgleiche Baubeginn der Energiezentrale ermöglichte

nach nur 378 Tagen ab Bohrbeginn die Wärmeversorgung mit Geothermie.

Die Startphase der GEOVOL war turbulent und

überaus erfolgreich. Es wurde gleichzeitig gebohrt,

das Fernwärmenetz gebaut und mit dem

Bau der Energiezentrale begonnen. Insgesamt

wurden bis heute rund 40 Millionen Euro investiert.

Und die Investition hat sich gelohnt. Nicht

nur die Fündigkeit mit über 87 °C heißem Thermalwasser

– statt der vermuteten 81 °C – und

85 Litern pro Sekunden Schüttung – statt 35

bis 65 Liter/sec. – waren phänomenal. Auch der

Kundenzuspruch lag weit über den Erwartungen.

Mehr als jedes zweite Gebäude im Versorgungsgebiet

konnte sofort unter Vertrag gebracht werden.

In Bezug auf die Anschlussleistung lag das

Erstakquiseergebnis sogar bei 70 %. Zwischenzeitlich

können knapp 2.000 Haushalte, zahlreiche

gewerbliche Kunden u.a. Swiss Re und Sky

sowie fast alle Gemeindeobjekte mit Fernwärme

aus Geothermie beliefert werden. Der Zuspruch

der Unterföhringer Bürger und Betriebe war und

ist einfach großartig. Die Absicht, Wärme aus

der tiefen bayerischen Erde nutzbar zu machen,

konnte in den letzten vier Heizperioden durchaus

überzeugend vermittelt werden.

Der hierbei in seinen Entscheidungen einstimmig

auftretende Unterföhringer Gemeinderat hat den

Weg für diesen Erfolg bereitet. Von Anfang an

stand das Gremium geschlossen hinter der Idee,

die Wärmeversorgung mit einheimischer, regenerativer

Energie zu realisieren und sich weitgehend

von fossilen Brennstoffen unabhängig

zu machen. Unterstützt wird das gemeindliche

Vorhaben auch durch die KfW, im Bereich des

Fernwärmenetzes außerdem durch die LfA Förderbank

Bayern. Es wäre erfreulich, wenn noch

viele Geothermieprojekte an den Start gehen

könnten. Nicht alle Gemeinden verfügen über die

anfänglich benötigten erheblichen Finanzmittel,

um eigene Geothermieprojekte zum Laufen zu

bringen, obwohl etliche dies gerne möchten. Wir

haben hier unter unseren Füßen einen einmaligen

Schatz, der geborgen werden sollte.

Geothermiebohrungen Unterföhring Th3 und Th4

Und was gut ist, soll noch besser werden: Hier

in Unterföhring wird erstmalig in Deutschland

ein Wärmeprojekt durch eine zweite Dublette

erweitert. Diese Steigerung ist möglich, da das

Erlaubnisfeld »feringeo« laut einer Studie ausreichend

Kapazitäten für mindestens eine weitere

Dublette aufweist. Die Vorbereitungen laufen

auf Hochtouren. Im Juni 2012 wurden seismische

Untersuchungen durchgeführt. Die Auswertung

der Daten war sehr erfreulich. Mit der

neuen Dublette (eine Förderbohrung und eine

Injektionsbohrung) im 32 km² großem Claim soll

eine zunehmende geothermische Nutzung des

Malm-Tiefengrundwassers ermöglicht werden.

Geplant ist es, die Bohrungen im östlichen Gemeindegebiet

von einem gemeinsamen Sammelbohrplatz

aus in südliche bzw. östliche Richtung

abzuteufen. Der möglichst große Abstand

der Bohrungen an Top Malm verhindert einen

thermischen Durchbruch innerhalb einer simulierten

Betriebszeit von bis zu 100 Jahren und

verringert die hydraulischen Wechselwirkungen

der Bohrungen Th 1 – Th 4 untereinander sowie

zu den Feldesnachbarn. Die beiden neuen abgelenkten

Bohrungen sind mit horizontalen Abweichungen

vom jeweiligen Bohransatzpunkt von

ca. 3.000 m vorgesehen. Um die maximale Ergiebigkeit

des Thermalwasserhorizontes nutzen

zu können, soll eine möglichst lange Bohrstrecke

im Reservoir erschlossen werden. Die Gesamtbohrstrecken

sind mit je über 4.000 m geplant.


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

15

Die Bohrung Th 4 als potentielle Förderbohrung

zielt, vergleichbar der Bohrung Th 2, auf einen

ausgeprägten Riffkörper. Die stark geneigten

Bohrungen mit langem Reservoiraufschluss erhöhen

die Produktivität.

Nach derzeitigem Kenntnisstand auf Basis der

bestehenden Bohrungen sowie der 2D-seismischen

Untersuchungen ist die Oberkante Malm /

Purbeck am geplanten Standort in vertikalen

Teufen von ca. 2.000 m Tiefe zu erwarten.

Wie bei der bestehenden Förderbohrung wird mit

einer Temperatur des Thermalwassers von über

87 Grad Celsius gerechnet. Die Schüttung dürfte

ebenfalls rund 85 Liter pro Sekunde betragen.

Grund für die Erweiterung der geothermischen

Leistung um weitere 10 MW ist die anhaltende

Kundennachfrage. Während die Nachverdichtung

im Bestandsgebiet kontinuierlich läuft

und zusätzlich Gewerbekunden aus dem Unterföhringer

Unternehmenspark mit Geovol-Fernwärme

versorgt werden wollen, gibt es ein wichtiges

Datum im Hinblick auf die Erhöhung der

benötigten Versorgungsleistung: Im Jahr 2020

läuft der Konzessionsvertrag der Kommune über

Fernwärme mit einem anderen Versorger im

südlichen Gemeindegebiet aus. Die Geovol muss

bereitstehen, wenn quasi »über Nacht« mehr als

20 MW Anschlussleistung gefordert sind. Das

Ausbaukonzept hierzu und der notwendige Planungshorizont

umfassen 10 Jahre.

Gleichzeitig mit den Bohrungen beginnt der Aufbau

eines zweiten – eigenständigen – Fernwärmestrangs

in Richtung Süden. Eine Verbindung

mit dem Bestandnetz im Unternehmenspark

schafft Entlastung für das derzeitige Verteilnetz

und erlaubt sogar eine redundante Versorgung

von Großkunden im Falle der Beschädigung eines

Hauptstrangs.

Nach Abschluss der Bohrungen wird eine zweite

Energiezentrale errichtet. Durch diese wird

die Verbindung zwischen der zweiten Dublette

und dem neuen Fernwärmenetz geschaffen. Im

Prinzip existieren dann zwei völlig autarke Geothermieanlagen.

Allerdings werden im Hinblick

auf höchstmögliche Versorgungssicherheit und

wirtschaftliche Fahrweise intelligente Schnittstellen

zwischen den beiden Projekten geschaffen.

Zusätzlich sorgen zwei gasbetriebene Blockheizkraftwerke

für hohe Wirtschaftlichkeit der

benötigten Primärenergie. Darüber hinaus sollen

dann beide Energiezentralen mit Sorptionsmaschinen

durch Erdwärme gekühlt werden, die

Kälteerzeugung wird dann als Referenzobjekt

für die Unterföhringer Gewerbegebäude fungieren;

eine Auslastung der Geothermie auch in den

warmen Monaten sieht die Geovol als eine wesentliche

strategische Aufgabe.


16 Oberflächennahe Geothermie

Beim Neubau der Firma Wipotec GmbH in Kaiserslautern wird die aus

dem Kühlkonzept anfallende Abwärme unterirdisch in einem flachen

Erdwärmesondenfeld gespeichert. Der unterirdische Speicher soll in

wenigen Jahren soweit aufgeladen werden, dass die direkte Beheizung

des Gebäudes im Winter möglich ist. Um Optimierungsspielraum zu

gewinnen, wird der Speicher in zwei hydraulisch getrennte Zonen aufgeteilt.

Eine innere heiße Zone und eine äußere etwas kühlere Zone.

Saisonale geothermische Wärmespeicher

zur Direktheizung – ein Praxisbeispiel –

TEXT: Dr. David Kuntz, Dr. Markus Kübert, Prof. Dr. Simone Walker-Hertkorn, Otto Andreas Reisig

Saisonale geothermische Wärmespeicher ermöglichen

grundsätzlich die effizienteste Auslastung

eines Erdwärmesondenfeldes als Erdwärmetauscher.

Die Wirtschaftlichkeit solcher

Speicher hängt wesentlich von der tatsächlichen

Temperaturentwicklung im Untergrund

sowie der Regelstrategie zur Auf- & Entladung

des Speichers ab. Im vorliegenden Artikel wird

anhand eines anspruchsvollen Praxisbeispiels

demonstriert, wie mit Hilfe numerischer und

seminumerischer Simulationen der spätere

Speicherbetrieb prognostiziert werden kann, um

bereits frühe Planungsphasen auf belastbare

Entscheidungsgrundlagen zu stützen.

Am Standort der Fa. Wipotec Wiege- und Positioniersysteme

GmbH in Kaiserslautern (Pfalz)

ist die Erweiterung des Produktionsstandortes

um ein neues Produktions- und Bürogebäude

geplant. Vorgabe für das anspruchsvolle

Versorgungskonzept ist die komplette Wärme-

und insbesondere Kälteversorgung ohne

Primärenergieaufwand. Lediglich die für die

Verteilung der Wärme (bzw. Kälte) erforderliche

Pumpenleistung benötigt elektrischen

Strom. Für die Bereitstellung der nicht unerheblichen

Kühlanforderungen (bis zu 120 kW) im

Sommer hat die Fa. INNAX Energie & Umwelt

AG eine Lösung über Adsorptionskältemaschinen

(Invensor LTC 10 plus) entwickelt, deren

Hochtemperaturseite über eine entsprechend

groß dimensionierte solarthermische Kollektoranlage

gespeist wird. Hierüber sind die Anforderungen

an die Bereitstellung der Kühlenergie

ohne Primärenergieeinsatz abdeckbar. Gleichzeitig

fällt ein vergleichsweise hoher Anteil an

Überschusswärme aus verschiedenen Wärmequellen

an. Der innovative Ansatz sieht vor,

diese Überschusswärme in einem saisonalen

geothermischen Speicher einzuspeisen, um sie

im Winter zur Gebäudeheizung nutzbar zu machen.

Ziel ist dabei die Beladung des Speichers

bis auf Temperaturen, die eine direkte Beheizung

des Gebäudes über Niedertemperatursysteme

ermöglichen. Damit wäre auch im Heizfall

die Anforderung der Bereitstellung ohne Primärenergieeinsatz

erfüllt.

Anforderungen des Versorgungskonzeptes

Ziel für den geothermischen Wärmespeicher ist

die Bereitstellung der erforderlichen Heizwärme

(nach Abzug der direkt nutzbaren Abwärme aus

der Serverraumkühlung) ohne Wärmepumpe

bei einer Vorlauftemperatur von etwa 28 °C. Die

Aufladung des Speichers erfolgt über Abwärme

aus verschiedenen Kühlprozessen. Grundlage

der geothermischen Planung sind stundenweise

Jahreslastprofile der verschiedenen Wärmequellen

und ‐senken aus einer dynamischen Gebäudesimulation.

Tabelle 1 fasst die jährlichen

Energiemengen (in Klammern die maximalen

Leistungen), die der saisonale Wärmespeicher

bereitstellen soll bzw. die für dessen Aufladung

zur Verfügung stehen, zusammen:

Wärmequelle

/

-senke

Gebäude

beheizung

(netto)

Temperaturgrenze

Serverraumkühlung

Rückkühlung

Adsorptionskälte

Überschuss

Solarkollektor

54 MWh/a

(86 kW)

157 MWh/a

(30 kW)

105 MWh/a

(180 kW)

116 MWh/a

(260 kW)

Wärmebedarf

Wärmedargebot

T min

= 28 °C

T max

= 35 °C

T max

= 40 °C

T max

= 70 °C

Tabelle 1: Wärmequellen & -senken mit Energiemengen &

max. Leistung bezogen auf den Speicher


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

17

Abbildung 1: Schematische Darstellung der im Modell abgebildeten Regelstrategie (Zonierung, HT=Hochtemperatur,

NT=Niedertemperatur)

Untergrundkenntnisse & geplante Speichererschließung

Am Standort stehen oberflächennah massive

Sandsteine des Buntsandsteins an. Aus bestehenden

Bohrungen ist Grundwassereinfluss ab

Tiefen von ca. 30 m bekannt, so dass in Kaiserslautern

die geothermische Erschließung nur bis

zu diesen Tiefen geplant ist. Aus der Geometrie

des Bauplatzes ergibt sich bei einem mittleren

Sondenabstand von 5 m eine maximale

Belegung mit 198 Sonden. Dies entspricht bei

einer Sondenlänge von 30 m einer Gesamtbohrmeterzahl

von 5.940 m. Die ersten Simulationsläufe

zeigten bereits ein zentrales Optimierungsproblem:

Der geothermische Speicher soll

möglichst schnell so weit aufgeheizt sein, um

Heizanforderungen direkt (T min

> 28 °C) befriedigen

zu können. Gleichzeitig dürfen die Speichertemperaturen

im Sommer die oberen Grenzwerte

nicht überschreiten, um die wirtschaftliche

Einspeisung von Wärme zu gewährleisten. Hieraus

wurden zwei Ansätze zur Optimierung der

Speichernutztemperaturen abgeleitet:

1. Umkehr der Strömungsrichtung beim Beladen

/ Entladen des Speichers

2. Zonierung des Speichers in zwei hydraulische

Gruppen

Abwärme aus Kühlprozessen mit niedrigeren

Rückkühltemperaturen dient. Abbildung 1 zeigt

die daraus abgeleitete (theoretische und optimale)

im Modell abgebildete Regelstrategie.

Simulationsmodell

Zur Prognose der Temperaturverteilung im

Untergrund sowie des zeitlichen Verlaufs der

Vorlauftemperaturen in den beiden hydraulischen

Zonen des Erdwärmespeichers wird

ein numerisches Transportmodell eingesetzt,

welches die tatsächliche Sondengeometrie abbilden

kann und konduktiven Wärmetransport

berücksichtigt.

Abbildung 2 zeigt schematisch die im Referenzszenario

berücksichtigte Geometrie des Sondenfeldes

sowie die Aufteilung der Sonden in zwei

hydraulische Zonen (Innenzone & Außenzone).

Durch die Umkehr der Strömungsrichtung bei

bis zu sieben in Serie geschalteten Sonden ist

gewährleistet, dass die Einspeisung von Wärme

von der wärmsten zur kältesten Sonde der Serie

erfolgt, und bei Entnahme von der kältesten zur

wärmsten Sonde. Dies ist vergleichbar mit dem

Prinzip der Gegenstrom-Wärmetauscher, jedoch

zeitlich entkoppelt. Die Zonierung des Speichers

in eine innere (heiße) und eine äußere (kältere)

Zone ermöglicht größere Flexibilität bei der Entwicklung

von Regelalgorithmen. Die innere Zone

soll für die direkte Heizanwendung auf möglichst

hohe Temperaturen beladen werden, wobei die

äußere Zone als Puffer für die Aufnahme von


18 Oberflächennahe Geothermie

Prognoseergebnisse

Abbildung 3 zeigt die prognostizierte Entwicklung

der Vorlauftemperaturen der Zonen für die

10-jährige Simulation der Anlage in der Basisaufteilung

mit 100 Sonden in der äußeren Zone

und 98 Sonden in der inneren Zone.

Die Abszisse zeigt die Modelllaufzeit, auf der Ordinate

sind die Vorlauftemperaturen in °C abgebildet.

In den ersten Betriebsjahren kann erwartungsgemäß

der größte Anteil der Abwärme in

die Innenzone eingespeist werden, die dadurch

schnell hohe Temperaturen erreicht. Ab dem

dritten und vierten Betriebsjahr wird zunehmend

auch die äußere Zone zur Abfuhr der Wärme im

Sommer genutzt. Die äußere Zone bleibt dabei

langfristig deutlich unterhalb von 35 °C, so dass

sämtliche Kühlanforderungen gedeckt werden

können. Etwa 66 % der (Gesamt-)Heizanforderungen

werden direkt aus Abwärme der Kühlung

gedeckt, den Rest deckt der saisonale Wärmespeicher.

Insgesamt prognostiziert das Modell

einen maximalen Deckungsanteil von ca. 85 %

(66 % direkt aus Kühlung, 19 % über Wärmespeicher).

Bei höchsten Lastanforderungen im

Winter bricht die Vorlauftemperatur des Wärmespeichers

auch langfristig auf knapp über

25 °C ein, das derzeitige Konzept genügt der

Mindesttemperatur von 28 °C also noch nicht.

Weitere Modellläufe mit geringerem Verhältnis

der Sondenzahl der inneren zur äußeren Zone

(120/78 und 138/60, vgl. Abbildung 2) lassen

zwar geringfügig höhere Temperaturen in der

inneren Zone erwarten, jedoch sinkt die Temperatur

bei Lastanforderungen aufgrund der verringerten

Wärmetauscherfläche auch schneller. In

Summe konnte hierdurch keine Verbesserung

der Speicherleistung erzielt werden. Die Modellprognosen

bestätigen somit die grundsätzliche

Machbarkeit des Versorgungskonzeptes am

Standort mit dem geplanten Speicher. Der prognostizierte

Deckungsanteil erreicht nach der

derzeitigen Simulation noch nicht die geplanten

Leistungskennwerte, kann jedoch weiter optimiert

werden.

Zusammenfassung & Ausblick

Bezüglich der Aufteilung der Sonden auf den

Hochtemperatur- und Niedertemperaturkreis

bei unveränderter Sondengeometrie wurden

bereits einige Varianten gerechnet. Werden bis

zu 35 Sonden weniger der Hochtemperaturzone

– und damit 35 Sonden mehr in der Niedertemperaturzone

– zugeordnet, zeigen sich zwar

Verschiebungen im Deckungsprofil, die Prognose

des Deckungsanteils in der Jahressumme

wird jedoch nur unwesentlich beeinflusst. Weitere

Optimierungen sind durch Anpassung der

Sondengeometrie denkbar: So ist unter anderem

bei geringeren Sondenabständen oder bei kompakterer

Anordnung der Sonden, z.B. auf einer

Seite des Speichers, eine höhere Aufheizung

der Hochtemperaturzone zu erwarten. Ob dann

der Temperaturgewinn aufgrund der dichteren

Anordnung durch die höheren Wärmeverluste

am Rand des Speichers kompensiert wird, bleibt

noch zu bewerten. Eine direkte Optimierung

des Deckungsgrades im Heizbetrieb ist vor allem

durch Einspeisung von mehr Wärme in die

Hochtemperaturzone zu erwarten. Zum aktuel-


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

19

Technik GmbH & Co. KG

Planung GmbH

len Planstand bewegt sich die Innenzone vorbehaltlich

der Modellunsicherheiten bei Spitzenlasten

knapp unterhalb der Zieltemperatur (28 °C).

Bereits eine Anhebung der mittleren Temperaturen

im Winter von wenigen Kelvin führt zu deutlich

höheren prognostizierten Deckungsraten.

Ihr Generalplaner für den

Energiemix der Zukunft

Der vorgestellte Planungsansatz zeigt, dass die

modellgestützte Auslegung und Prognose geothermischer

Wärmespeicher wertvolle Hinweise

zum Betrieb sowie möglichen Optimierungsansätzen

liefert. Die Aufheizung eines solchen

Speichers bis zur direkten Nutzung der gespeicherten

Wärme erfordert allerdings enorme

Energiemengen, die nur bei entsprechend großer

verfügbarer Abwärme aus Kühlanforderungen

wirtschaftlich darstellbar sind. Der gewählte

Ansatz eines zonierten Speichers erlaubt auch

im Betrieb der Anlage flexible Regelungsstrategien

und eine fortlaufende Optimierung, welche

insbesondere in den ersten Betriebsjahren wesentliche

Erkenntnisse für den Betrieb geothermischer

Wärmespeicher erwarten lässt.

Ihr kompetenter Partner in allen Fragen der...

• Nutzung erneuerbarer Energien mit dem Schwerpunkt Geothermie

• Geologie / Hydrogeologie / Baugrund

• Umwelttechnik

• Hoch- und Tiefbaumaßnahmen (HOAI 1-9)

Unser Leistungsumfang:

• Machbarkeitsstudien

• Bearbeitung der gesamten Genehmigungsverfahren

• Gesamtplanung geothermischer Anlagen

• Komplettlösungen für Energie-, Heiz- und Klimatechnik

• Geothermische Reservoirmodellierung

• Tiefbohrplanungen

www.people.debia.org

Fritz Planung GmbH • Am Schönblick 1 • 72574 Bad Urach / Germany

Fritz Technik GmbH & Co. KG • Wöhlerstraße 1-3 • 79108 Freiburg / Germany

www.fritz-planung.de

Wir denken in die Tiefe -

komplexe geothermische Lösungen

aus einer Hand

Waren (Müritz); Neustadt-Glewe; Hannover;

Berliner Reichstagsgebäude; Groß Schönebeck;

Landau; Unterhaching; Neuruppin;

Kirchstockach ...

Geothermie Neubrandenburg GmbH

Seestraße 7A - 17033 Neubrandenburg

Telefon: 0395/36774-0

Telefax: 0395/36774-11

gtn@gtn-online.de

www.gtn-online.de


20 Oberflächennahe Geothermie

Schlagworte wie »nachhaltiges Handeln«

assoziiert man in Zeiten von Eurokrise

und Bankenrettung selten mit dem

Finanzsektor. Die VR-Bank Nürnberg

verwirklicht beim Neubau ihrer Geschäftsräume

ein innovatives Energiekonzept

und setzt damit ein wichtiges Signal für

langfristiges und verantwortliches

Handeln.

VR-Bank Nürnberg mit klarem Bekenntnis zur

Nachhaltigkeit

TEXT: Ronald Lau, Holger Süss

Das Konzept

Seit März 2013 hat die VR-Bank den Geschäftsbetrieb

in ihren neuen Räumlichkeiten am Tullnaupark

Nürnberg aufgenommen. Das Gebäude

besteht aus zwei Türmen mit einem Verbindungsbau

im Erdgeschoss und fügt sich auf den ersten

Blick eher schlicht in die Umgebung ein. Was man

dem Gebäude von außen jedoch nicht ansieht: Die

Umsetzung eines Niedrigenergiekonzeptes war

einer der entscheidenden Punkte bei der Planung

des Gebäudes. Das hört sich zunächst nicht ungewöhnlich

an. Im Gegensatz zu Wohngebäuden ist

das bei Bauten dieser Größenordnung jedoch kein

Standard.

So erfolgt das Kühlen und Heizen durch Austausch

von Wärmestrahlung zwischen kalten

und warmen Flächen. Über Erdsonden steht das

Gebäude mit den natürlichen Ressourcen der

Erdwärme in Verbindung und reduziert damit

wiederum Betriebskosten. Frischluft, die in das

Gebäude strömt, wird über einen Erdkanal angesaugt

und so auf natürlichem Weg vortemperiert.

Ein erheblicher Anteil der Stromversorgung

für das Gebäude wird im nahen Wasserkraftwerk

am Wöhrder See CO 2

-neutral erzeugt.

Die Gebäudetechnik

Mit der Zielsetzung der Nutzung oberflächennaher

Geothermie wurden Systemparameter

definiert, um ein optimales Zusammenspiel zu

gewährleisten. Grundvoraussetzung sind hier

niedrige Systemtemperaturen sowohl im Heizals

auch im Kühlfall. Das gesamte Gebäude wird

mit Flächensystemen, bestehend aus bauteilaktivierten

Decken und ergänzenden Deckensegeln,

temperiert. Ein weiterer Vorteil ist hier die

Nutzung der Gebäudemasse als Speicher. Auf

diese Weise werden kurzfristige Lastschwankungen

abgeschwächt.

Ein weiterer Baustein für die Planung eines »Niedrig-Energie-Hauses«

war die konsequente Reduzierung

der abzuführenden Lasten. So liegen die

simulierten, spezifischen Werte für die Heizlast

mit 45 W/m 2 und die Kühllast mit 34 W/m 2 weit

unterhalb realer Werte vergleichbarer Gebäude.

Folgende Faktoren sind hierfür ausschlaggebend:




konsequenter Einsatz von »Green IT« mit

reduzierten Leistungen

tageslicht- und präsenzabhängige

Beleuchtungssteuerung

mechanischer Frischluftwechsel mit

Hochleistungs-Wärmerückgewinnung

Zur Umwandlung der gewonnenen Erdwärme

wird eine Wasser-Sole-Wärmepumpe eingesetzt.

Für die optimale Wirtschaftlichkeit der

Gesamtanlage ist entscheidend, dass die Leistungsauslegung

nur in der Grundlast erfolgt. Als

»kostengünstiges« Ergänzungssystem für die

Spitzenlastdeckung steht für die VR-Bank ein


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

21

Fernwärmeanschluss zur Verfügung. Eine optimierte

Auslegung der Wärmeerzeugung durch

die Wärmepumpe in der Grundlast bedeutet

hier, dass nur 20 % der Spitzenlast durch die

Wärmepumpe und 80 % durch die Fernwärmeversorgung

gedeckt werden. Trotz dieses niedrigen

Lastanteils, können mit der Wärmepumpe

aber über 70 % des Jahres-Wärmebedarfs der

VR Bank gedeckt werden. Das heißt, auch ohne

den hervorragenden Primärenergiefaktor der

Fernwärme hätten die gesetzlichen Anforderungen

sogar mit einem konventionellen Spitzenlast-Heizkessel

eingehalten werden können.

Die Wärmequelle

Hauptanforderung und Auslegungsgröße für die

Geothermieanlage war die definierte Kühlleistung.

Die Heizleistung hingegen konnte zur optimalen

Auslegung variiert werden. Die Planungen selbst

fanden unter erschwerten Rahmenbedingungen

statt: So wurde in der ersten Planungsphase die

direkte Grundwassernutzung favorisiert. Dieses

Vorhaben scheiterte an der örtlichen Grundwasserqualität.

Alternativ zur direkten Grundwassernutzung

wurde ein Erdwärmesondenfeld mit insgesamt

40 Sonden geplant. Aber auch dabei bot das

Grundstück Besonderheiten: Nach den oberen,

sehr wasserreichen Sandschichten erstrecken

sich die Erdwärmesonden in Bodenschichten,

die nur sporadisch Wasser in Klüften oder nicht

durchgängig vorhandenen Sandsteinlagen führen.

Damit konnte der thermische Einfluss der

Grundwassers und die gegenseitige Beeinflussung

der einzelnen Sonden in den oberen Sandschichten

zwar gut berechnet werden, in den unteren

Schichten war es jedoch nicht möglich, die

genau vorbeifließende Grundwassermenge oder

deren exakte Richtung zu bestimmen. Zudem

musste der Grundwasserdurchfluss im Zuge

der Baumaßnahme teilweise mit einer unterirdischen

Dichtwand abgesperrt werden. Teile des

Sondenfelds wurden dadurch vom Grundwasserfluss

abgetrennt.

Um die tatsächliche Leistungsfähigkeit der Sonden

zu ermitteln, entschied man sich für eine

Probebohrung mit anschließendem Leistungstest.

Mit den sehr guten Ergebnissen des Tests

wurde erneut das Langzeitverhalten der Anlage

simuliert.

Eine weitere Anforderung an die Planung und

den Bau des Erdwärmesondenfelds stellte die

Schadstoffsituation dar: Das Grundstück liegt in

der weiteren Nachbarschaft zu einer Altlastenfläche.

Zwar ist es nicht direkt betroffen, aber

aus Gründen des vorsorglichen Grundwasserschutzes

wurde auf höchste Qualität der Bohrund

Herstellungsarbeiten der Erdwärmesonden

geachtet. Insbesondere auch vor diesem Hintergrund

wurden die örtlichen Genehmigungsbehörden

von Anfang an eng in das Vorhaben

eingebunden.

Höchste Effizienz durch integrierte Planung

Der Einsatz oberflächennaher Geothermie zur

Energieversorgung von Gebäuden ist ein gutes

Beispiel für die Bedeutung interdisziplinärer

Zusammenarbeit. Konkret treffen hier die Fachbereiche

der Gebäudetechnik und der Geologie

aufeinander. Voraussetzung für eine optimale

Umsetzung ist der transparente Austausch

zwischen den Disziplinen und die gemeinsame

Anpassung der teilweise gegenläufigen Systemparameter.

Im dargestellten Projektbeispiel hat dies hervorragend

funktioniert: Durch Berücksichtigung der

verschiedenen geologischen und hydrogeologischen

Einflussfaktoren und die eng aufeinander

abgestimmte Planung zwischen der Gebäudetechnik

und der Erdwärmequelle konnten 20 %

der geplanten Bohrmeter im Sondenfeld eingespart

werden. So liegt die simulierte spezifische

Spitzenentzugsleistung mit knapp 60 W/m bzw.

die spezifische Spitzenrückspeiseleistung mit

knapp 50 W/m deutlich über den Werten mancher

vergleichbarer Sondenfelder, die ohne integrierte

Planung dimensioniert wurden.


22 Forschung und Entwicklung

Kühlsystem

für Messeinrichtungen in tiefen Bohrlöchern

TEXT: Benedict Holbein

Für Tiefengeothermie-Projekte sind umfassende Informationen zu den Gegebenheiten

in den Bohrlöchern und deren Umgebung wichtig. Das gilt für die Erschließung,

aber auch für den Betrieb geothermischer Anlagen. Um direkte Daten zu gewinnen ist

es notwendig, in die Bohrlöcher zu gehen und dort langzeitige Messungen durchzuführen.

Damit unterschiedliche Messeinrichtungen und zugehörige Steuerungs- und

Datenerfassungselektronik dort einsetzbar sind, ist ein Kühlsystem notwendig,

welches in der speziellen Umgebung zuverlässig und ohne Zeitlimitationen funktioniert.

Herausforderungen

Für den Einsatz in tiefen Bohrlöchern

müssen die Komponenten

des Kühlsystems nicht nur den

hohen Temperaturen und Drücken

sowie korrosiven Thermalwässern

standhalten, sondern

dabei auch die Kühlfunktion zuverlässig

gewährleisten. Für die

erste Ausrichtung soll als Minimalanforderung

eine Einsatzzeit

von mehreren Wochen bei Umgebungsdrücken

von 600 bar und 200 °C Umgebungstemperatur

erreicht werden. Weil Standardelektronik einsetzbar

sein soll, darf die Kühlraumtemperatur

dabei 70 °C nicht überschreiten. Um in 8 ½ Zoll

Bohrlöchern arbeiten zu können, darf der Außendurchmesser

des Systems nicht über 170 mm

liegen. Diese Bedingungen erfordern kompakte

Konstruktionen mit korrosionsbeständigen Materialien

und einen speziell ausgelegten thermodynamischen

Kühlprozess.

Abb. 1: Kühlsystem für Bohrlochsonden

Das Konzept

Für die dauerhafte Kühlung wird ein Gesamtkonzept

aus Wärmedämmung und aktiver

Kühlung durch einen thermodynamischen

Kreisprozess verfolgt [Holbein, 2011]. Um den

Wärmeeintrag von außen zu minimieren, werden

MLI (Multi Layer Insulation) und Vakuumdämmung

in der Wand des Kühlgehäuses und

Teflon in axialer Richtung eingesetzt. Die eindringende

Wärme und die Wärme, die durch die

Elektronik selbst erzeugt wird, muss aus dem

zu kühlenden Bereich gebracht werden. Dafür

ist im Kühlraum ein Verdampfer installiert, der

die Wärmeübertragung auf ein Kältemittel ermöglicht.

Das Kältemittel verdampft und nimmt

Wärme aus dem Kühlraum auf. Im gasförmigen

Zustand wird es verdichtet und kondensiert

anschließend im Kondensator. Bei der Kondensation,

die oberhalb der Bohrloch-Temperatur

stattfindet, wird die zuvor aufgenommene Wärme

an die Bohrlochumgebung abgegeben. Eine

Drossel entspannt das verflüssigte Kältemittel

zurück auf den Ausgangszustand und schließt

somit den Kühlkreislauf.

Kühlprozess und Komponenten

Damit der Kühlprozess funktioniert, müssen die

zentralen Komponenten eigens für die besonderen

Einsatzbedingungen ausgelegt werden.

Als Kältemittel wird aktuell Aceton präferiert.

Abbildung 2 zeigt den Kühlprozess mit Aceton.

Die charakteristischen Teilprozesse sind durch

Nummern gekennzeichnet.

Die Verdampfung (Übergang 41) findet bei

56,5 °C (~1 bar) statt. Sie verläuft isobar und

isotherm. Die maximal erreichbare Kälteleistung

entspricht in etwa der Enthalpie-Differenz

zwischen Punkt 1 und 4. Nach einer leichten

Überhitzung wird das gasförmige Aceton im

Verdichter auf 40 bar komprimiert (1*-2). Bei


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

23

diesem hohen Druck kondensiert es dann im

Kondensator bei 220°C, wobei es Wärme an

das Bohrloch abgibt (2*-3*). Das verflüssigte

Aceton wird in der Drossel auf Ausgangsdruck

und Temperatur entspannt (3-4). Weil dabei ein

Teil des Acetons verdampft, liegt Punkt 4 im

Zweiphasengebiet.

Der Verdampfer liegt im Inneren des Kühlraums

und muss daher besonders kompakt sein. Durch

ein inneres Netzwerk aus Kältemittelleitungen

in seinem Kupferkörper und Installationsflächen

für Verbraucher wird eine ausreichende Wärmeübertragung

und Kälteleistung erreicht.

Für die Gehäuse von Verdichter und Kühlraum

sowie als Material für den außen liegenden Kondensator

ist eine korrosionsbeständige Nickel-

Basislegierung vorgesehen. Um trotz geringer

Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs die nötigen

Wärmemengen übertragen zu können, benötigt

der Kondensator eine entsprechend große Oberfläche.

Weil die Verwendung von Nickelbasislegierungen

Schwierigkeiten bezüglich Formbarkeit

und Lieferbarkeit mit sich bringt, wird eine

Rohrbündelkonstruktion mit einfachen Formen

umgesetzt.

Der Verdichter soll durch einen hochtemperaturfähigen

Elektromotor (Maxon) angetrieben werden,

was die mögliche Leistungsaufnahme stark

beschränkt. Die hohen Temperaturen, die im

Verdichter auftreten, und das chemisch aggressive

Aceton-Gas, stellen vor allem für Dichtungen

eine große Herausforderung dar. Einige Fluorkohlenwasserstoff-Polymere

scheinen dafür

in Frage zu kommen und sollen getestet werden.

Vorgehen

Für die Entwicklung des Kühlsystems wird ein

kombiniertes Verfahren aus Simulationen, Experimenten

und Konstruktion verfolgt. Sowohl

für das Testen der Komponenten, als auch für

die Auslegung und Überprüfung der thermodynamischen

Prozesse sind Laborexperimente

wichtig.

Zunächst werden die einzelnen Teilprozesse

entsprechend dem Fertigungsstatus der Komponenten-Prototypen

aufgebaut und durchgeführt,

um, ausgehend von den Ergebnissen,

Optimierungen und Neukonstruktionen durchzuführen.

Anschließend werden die Einzelprozesse

Stück für Stück zusammengeführt um

letztendlich den gesamten Kreisprozess im

Labor zu realisieren. Die Erkenntnisse aus den

Versuchen dienen auch dazu, Simulationen, wie

zum Beispiel zum Wärmeübertragungsverhalten,

zu entwerfen und zu deren Validierung und

Verbesserung beizutragen.

Abbildung 4 zeigt das Zusammenspiel von Simulation

und Experimenten bei der Kühlsystem-

Entwicklung exemplarisch für die Untersuchung

der Verbesserung der Wärmeübertragung im

Kühlraum durch Einbau eines Lüfters.


24 Forschung und Entwicklung

Abb. 4: Vergleich der

Wärmeübertragung im

Kühlraum, Experiment und

Simulation

Abb. 5 : Einfluss der

Vakuumdämmung

Stand

Bisherige Versuche zur Dämmung zeigen, dass

das Konzept funktioniert und der äußere Wärmeintrag

stark reduziert werden kann. (Abb. 5).

Mit einem ersten Verdampfer-Prototyp, der in

das Kühlgehäuse (Abb. 3) eingebaut wurde,

konnte der Teilprozess der Verdampfung untersucht

werden. Aceton zeigte sich bislang als geeignetes

Kältemittel.

Um die Wärmeübertragungsvorgänge zu untersuchen,

wurden bereits unterschiedliche Experimente

mit inneren und äußeren Wärmequellen

durchgeführt und ausgewertet. Die Ergebnisse

ermöglichen es, die komplexe Wärmeübertragungssituation

besser zu verstehen. Außerdem

lieferten sie die Grundlage für die Konstruktion

eines optimierten Verdampfers, der sich momentan

noch in der Fertigung befindet. Aktuell

werden weiterführende Versuche mit einem eigens

für Experimente entworfenen Verdichter

vorbereitet. Das nächste Ziel ist verschiedene

Dichtungsmaterialien zu testen und den Verdichtungsprozess

zu untersuchen.

Ausblick

Mittelfristiges Ziel ist es ein einsatzfähiges Gesamtsystem

aufzubauen, das im Feldversuch

getestet werden kann. Dafür werden Schritt für

Schritt einzelne Komponenten konstruiert, getestet

und in Labor-Prozesse integriert.

Dieses Verfahren ist zeitaufwändig, aber unvermeidlich,

denn neben der anspruchsvollen technischen

Aufgabe sind finanzielle und personelle

Einschränkungen sowie lange Fertigungs- und

Lieferzeiten Herausforderungen für das Projekt.

Geplant ist es, das Entwicklungsprojekt mithilfe

struktureller und inhaltlicher Unterstützung möglichst

bald auf eine breitere Basis zu stellen.

Holbein, B. (2011), Entwicklung eines Kühlsystems

für Geothermie-Bohrlochsonden, Bachelor

Thesis, Karlsruhe Institut für Technologie KIT

Holbein, B. (2013), Development of a Cooling-

System for Research Probes for Geothermal

Boreholes, Kongressband CD-Rom, Artikel

1542, «38th Geothermal Workshop” ,Stanford

Kalifornien, Februar 2013


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

25

COLSHORN

C

GEOTHERMIE PRODUKTE

Geothermal

response test

• europaweit

• schnell und

zuverlässig

• dakks-akkreditiert

• modernste

messgeräte

• vdi-konforme

auswertung

Michael Colshorn

Neuffenstraße 78, 73240 Wendlingen

Tel. 07024/929242 Fax: 07024/929244

E-Mail: michael@colshorn.biz

http://www.colshorn.biz/

• simulationen

• planung und

genehmigung

• BauBegleitung

h.s.w. ingenieurbüro

gesellschaft für energie

und umwelt mbh

Gerhart-Hauptmann-Straße 19

18055 Rostock . Germany

Telefon: +49 (0) 381. 370 15

Telefax: +49 (0) 381. 312 24

E-Mail: info@hsw-rostock.de

www.hsw-rostock.de


26 Forschung und Entwicklung

Bisherige Forschungsprojekte haben

gezeigt, dass viele Bürogebäude mit

geothermischen Anlagen nicht optimal

bzw. planungsgemäß funktionieren.

Es ist festzustellen, dass selbst nach

Einregulierung und Optimierung, der freie

Kühlbetrieb nicht oder nur sehr eingeschränkt

umgesetzt werden konnte. Im

Bereich der effizienten Umschaltung zwischen

Heiz- und Kühlbetrieb sowie der

allgemeinen Regelkonzepte liegen meist

noch keine fundierten Erkenntnisse vor.

Hier setzt das Projekt geo:build an.

Im Rahmen des vom Bundesministerium

für Wirtschaft und Technologie (BMWi, FKZ

03ET1024A) geförderten Forschungsvorhabens

»geo:build - Systemoptimierung erdgekoppelter

Wärme- und Kälteversorgung von Bürogebäuden

– reversible Wärmepumpen und freie

Kühlung« werden in Zusammenarbeit mit der

Ostfalia Hochschule – Fakultät Versorgungstechnik,

UBeG GbR und Zent-Frenger GmbH

erdgekoppelte Systeme zur Wärme- und Kältebereitstellung

in Bürogebäuden in Theorie und

Praxis analysiert. Das Ziel des Forschungsvorhageo:build

– Systemoptimierung des Kühlfalls von

erdgekoppelter Wärme- und Kälteversorgung

TEXT: Dipl.-Ing. Franziska Bockelmann

Ein wesentliches Kriterium in der Planung von

Bürogebäuden stellt der thermische Komfort

dar. Die geforderten Temperaturniveaus im

Sommer können bei den in der Regel anstehenden

internen Lasten nicht alleine über eine angepasste

Lüftung eingehalten werden. Dies gilt

insbesondere bei der Ausstattung des Gebäudes

mit großzügig verglasten Außenfassaden.

Ein konventioneller Lösungsansatz ist daher die

Bereitstellung der benötigten Kälteenergie über

Kompressions-Kältemaschinen mit einer Rückkühlung

über die Außenluft.

Unter den Gesichtspunkten der Nutzung regenerativer

Energien und einer energieeffizienten

Bauweise kommt in modernen Bürogebäuden

zum Heizen und Kühlen zunehmend die oberflächennahe

Geothermie zum Einsatz. Ein technisch

bekanntes Konzept zur Übergabe an den

Raum ist es, erdgekoppelte Wärmepumpen mit

z.B. Betonkernaktivierung zum Heizen und Kühlen

zu verwenden. Damit dies jedoch auch zukünftig

realisiert werden kann, besteht weiterhin

Forschungsbedarf auf dem Gebiet des Zusammenwirkens

von Wärmeeintrag und –entzug,

der Einbindung in das Gesamtenergiekonzept

der Gebäude sowie der hydraulischen und regelungstechnischen

Umsetzung unter Berücksichtigung

der örtlichen Randbedingungen.


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

27

bens ist neben der Optimierung der Umsetzung

geothermischer Wärme- und Kältespeicher, die

Entwicklung und Erprobung einer effizienteren

Nutzung dieser Speicher.

Vorgehen und Methode im Projekt

Im Rahmen des Forschungsprojekts sollen Systeme

zur gekoppelten Wärme- und Kältebereitstellung

in Bürogebäuden in Theorie und Praxis

vergleichend untersucht werden. In den untersuchten

Gebäuden wird die Wärmeseite jeweils

über eine erdgekoppelte Wärmepumpe abgedeckt.

Die Kältebereitstellung erfolgt zum einen

durch die freie Kühlung über das Sondenfeld und

zum anderen über den Einsatz einer umschaltbaren

Wärmepumpe/Kältemaschine (reversiblen

Wärmepumpe). Die Vorteile beider Lösungen

(deutlich höhere Arbeitszahlen bei der freien

Kühlung und ggf. reduzierte Sondenfeldgröße bei

der reversiblen Wärmepumpe) sollen herausgearbeitet,

bewertet und ganzheitlich miteinander

verglichen werden.

Das Projekt ist in sechs Arbeitspakete geteilt

(siehe Abb. 1). Dabei liegt der Fokus u.a. auf der

messtechnischen Erfassung der ausgewählten

Bürogebäude, der Analyse hinsichtlich ihrer Betriebsstrategien

und Anlagenfunktionen sowie

der Energiebilanz im Erdreich.

Zu Beginn des Forschungsprojektes werden

die Abstimmung und der wechselnde Betrieb

zwischen freier Kühlung und Kältemaschine im

Kühlbetrieb näher betrachtet. Die Systemlösungen

werden durch ganzheitliche Gebäudesimulationen

untersucht. Angepasste Regelungsstrategien

werden über die Modellbildung entwickelt

und an die jeweiligen Lastsituationen angepasst.

Die erworbenen Erkenntnisse aus den Simulationen

sollen dann anhand von Testläufen innerhalb

eines Feldversuchs umgesetzt und erprobt

werden und ggf. in die Monitoringgebäude implementiert

werden. Das Ziel sind energetisch

sowie wirtschaftlich sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten

dieser Technologie, die auch als

Standardlösungen in andere Gebäude integriert

werden können.

TRNSYS - Simulationsmodell

Die Gebäude- und Anlagenkonfigurationen werden

jeweils als TRNSYS-Modelle abgebildet. Die

Räumlichkeiten der Gebäude werden entspre-


28 Forschung und Entwicklung

chend ihrer thermischen Randbedingungen und

Konditionierung in Zonen zusammengefasst

und entsprechend ihrer bauphysikalischen Eigenschaften

eingepflegt. Wichtige Randbedingungen

zu Heizung, Kühlung, Lüftung und

inneren Lasten, etc. werden ebenfalls je Zone

hinterlegt.

Die sich für jedes Gebäude unterschiedlich darstellende

Anlagentechnik wird in einem entwickelten

Standardmodell ergänzt und angepasst.

Neben dem Vergleich der Simulationsergebnisse

mit den Auslegungsdaten der Planung und

den Messdaten aus dem Monitoring ist es durch

die Simulation möglich, Optimierungsansätze in

der Regelung im Vorfeld zu den Feldversuchen

zu prüfen.

Regelstrategien zum Wechsel der Betriebsmodi

Die Theorie besagt, dass im Sommer vorrangig

die effizientere freie Kühlung zur Kältebereitstellung

in den Bürogebäuden herangezogen

werden sollte. In der Praxis ist jedoch bei

Systemen mit integrierter Kältemaschine oft

ein Dauerbetrieb der mechanischen Kälte, also

des Kompressors, festzustellen. Dies hängt

zum Teil mit einer ungenügend abgestimmten

Regelung von freiem Kühlbetrieb (FK) und Kältemaschinenbetrieb

(KM) und zum anderen

aber auch mit einem zu warmen Erdreich zusammen.

Eine ausgewogene Bilanz zwischen

Wärmeentzug und -eintrag kann sich so nicht

einstellen und die Möglichkeit einer freien Kühlung

oft nicht gewährleistet werden.

Die dargestellte Problematik soll am Beispiel

des Gebäudes A veranschaulicht werden:

Bei Gebäude A ist in den ersten vier Betriebsjahren

deutlich mehr Wärme ins Erdreich eingetragen

worden, als entzogen. Die eingetragene

Wärme stammt hierbei u.a. aus dem Gebäude

selbst (kombinierter Betrieb) als auch durch den

hohen Anteil des Kältemaschinenbetriebes. Die

Folge ist eine Erwärmung des Erdreichs auf ein

für den freien Kühlbetrieb ungünstiges Temperaturniveau,

sodass im Kühlfall hauptsächlich

die Kältemaschine in Betrieb gehen musste. Im

Rahmen des vorherigen Forschungsprojektes

wurden bereits Maßnahmen und Optimierungen

durchgeführt, um den Wärmeeintrag insbesondere

im kombinierten Heiz- und Kühlbetrieb zu

minimieren sowie den hohen Anteil des Kältemaschinenbetriebes

zu senken. Gemäß den Planungsunterlagen

ist für das Gebäude A ein Verhältnis

der bereitgestellten Kühlenergie durch

freie Kühlung bzw. Kältemaschine von 68 % zu

32 % vorgesehen. Bisher konnte jedoch nur ein


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

29

Verhältnis von 30 % zu 70 % umgesetzt und gemäß

den vorhandenen Messdaten auch 2012

verhältnismäßig beibehalten werden

(siehe Abb. 2).

Bereits zu Beginn des Projekts konnte festgestellt

werden, wie umfangreich und variabel die

Umsetzung und Einbindung von FK und KM in

eine geothermische Anlage sein kann. Und wie

wichtig es auch zukünftig ist, diese Kombination

und Abstimmung richtig umzusetzen, um

effiziente und erdreichschonende Gebäude zu

betreiben.

Über Literaturrecherchen ist festzustellen, dass

die bisherigen und gängigsten Regelungen für

den Wechsel und der Kombination aus freier

Kühlung und Kältemaschinenbetrieb auf einfachen

Vergleichen beruhen.

Im Rahmen der Recherche konnten folgende

vier Haupt-Regelstrategien definiert werden:

1. »Sollwert«-Regelung: Sobald eine definierte

Temperatur über- bzw. unterschritten wird,

wechselt der Betrieb von FK in den KM Betrieb

und umgekehrt. Dabei werden Parameter

wie: Vorlauf- oder Rücklauftemperaturen

(Verteiler, BKT, RLT, etc.), Austritts- bzw.

Eintrittstemperaturen aus dem / in das Erdreich,

Raumluft- oder Außenlufttemperatur

herangezogen.

2. »Differenz«-Regelung: Hier erfolgt der

Wechsel zwischen den beiden Modi in Abhängigkeit

von einer vordefinierten Temperaturdifferenz.

Zur Bildung der Differenzen

werden die Parameter Vorlauf- und Rücklauftemperaturen

am Verteiler, Ein- und

Austrittstemperaturen Erdreich, Primär- und

Sekundärseite oder Austritts- und ungestörter

Erdreichtemperatur eingesetzt.

Bereits anhand der im Forschungsprojekt untersuchten

Gebäude wird deutlich, wie unterschiedlich

die Umsetzung der Regelung von FK auf KM

sein kann. Dabei ist zu erkennen, dass hier vorrangig

auf die Sollwert-Regelung gesetzt wurde,

jedoch in verschiedensten Varianten bezogen

auf die Primär- oder Sekundärseite der Anlage.

Die derzeitig festgelegten Regelstrategien und

Umschaltparameter zwischen freier Kühlung

(FK) und Kältemaschinenbetrieb (KM) sehen vor,

dass





bei Gebäude A der KM-Betrieb freigegeben

wird, sobald die Austrittstemperatur aus

dem Erdsondenfeld 18°C übersteigt.

bei Gebäude B die FK endet, sobald die Vorlauftemperaturen

zu den Verbrauchern einen

Sollwert überschreiten.

bei Gebäude C die KM eine Freigabe bekommt,

wenn die Bedingung

(T AustrittEWS

+ 2K) > (T SollVerteilerkreis

+ 1K) erfüllt

ist.

und beim Gebäude D wird die FK solange

betrieben, bis die Vorlauftemperatur zum

Verteiler 16°C übersteigt.

»Doch welche der Regelstrategien ist nun die

beste / effizienteste / sinnvollste / einfachste…?«

Diese Frage soll nun im Forschungsprojekt anhand

von Simulationen und Monitoringdaten beantwortet

werden.

Die nächsten großen Schritte im Rahmen des

Projektes sind die Fertigstellung und Abbildung

von zwei Gebäuden inklusive aller Gebäude- und

Anlagenkonfigurationen als TRNSYS-Model.

Anschließend werden verschiedenste Regelstrategien

analysiert und am Modell getestet. Mit

ersten Ergebnissen zur Umsetzung von effizienten

Regelstrategien wird im Herbst bis Ende

dieses Jahres gerechnet.

3. »Laufzeit«-Regelung: Diese Regelung beruht

darauf, dass z.B. ein bestimmtes Zeitprogramm

abgefahren werden kann, nachdem

die FK oder die KM in Betrieb geht, oder es

kann ein festgelegtes Intervall definiert werden,

nachdem ein Wechsel stattfinden soll.

Zudem werden Kombinationen aus den

vorgestellten Regelstrategien umgesetzt.

4. Erst seit kurzem wird die Umsetzung von

Algorithmen mit der Berücksichtigung

einer ganzheitlichen Gebäudebetrachtung

in Betracht gezogen und erforscht. Hierbei

spielen die Faktoren ausgeglichenes Erdreich,

Energie- / Primärenergieverbrauch,

Energiekosten, Komfort, Wetterprognosen

etc. eine Rolle.

Literatur

BOCKELMANN, F., KIPRY, H. und FISCH, M. N.:

Forschungsbericht: WKSP – Wärme- und Kältespeicherung

im Gründungsbereich energieeffizienter

Bürogebäude (November 2010), Fkz:

BMWi 0327364A

BOCKELMANN, F., KIPRY, H. und FISCH, M. N.:

Erdwärme für Bürogebäude nutzen, Bine Informationsdienst,

Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart,

2011, ISBN 978-3-8167-8325-10


30

Service

Mitteltiefe Geothermie

was ist das?

TEXT: Prof. Dr. Dieter Michalzik

Im Bereich gewerblicher Gebäude, bei

Mehrfamilienhäusern, bei der innerstädtischen

Altbausanierung, aber auch bei

Wohngruppen wird häufig eine thermische

Leistung in der Größenordnung von

20-200 kW benötigt. Oberflächennahe

Sondenfelder haben hier aufgrund des

Platzbedarf und des Genehmigungsrechts

Probleme. Hier setzt die »mitteltiefe

Geothermie« an, für die der AK

Mitteltiefe Geothermie des GeoEnergy

Celle e. V. den Tiefenbereich von ca. 400-

1.000 m definiert hat.

Vorteile und Nachteile mitteltiefer Sonden

Grundsätzlich muss bei einer größeren Bohrtiefe

mit höheren Bohrmeterpreisen gerechnet werden.

Diese Mehrkosten müssen kompensiert

werden, um eine wirtschaftliche Umsetzung

mitteltiefer Sonden zu ermöglichen. Hierbei ist

an erster Stelle die höhere energetische Ausbeute

aufgrund höherer Gesteinstemperaturen

(20 – 40 °C) zu nennen. Die Entzugsleistungen

in W/m liegen deutlich über denen oberflächennaher

Sonden. In Abhängigkeit von der tatsächlichen

Bohrtiefe und der Fahrweise der Wärmepumpe

sind COP-Werte von deutlich > 5 möglich.

Ein wichtiger Vorteil mitteltiefer Sonden besteht

außerdem in der Grundlastfähigkeit (> 8.000 h).

Modellrechnungen haben lediglich 10 % Leistungseinbuße

gegenüber einem heizungstypischen

Betrieb (bis 2.400 h) nachgewiesen. Ein

klarer Nachteil liegt darin, dass aufgrund des höheren

Temperaturniveaus ein Kühlbetrieb nicht

wirtschaftlich darstellbar ist. Für einen kombinierten

Heiz- und Kühlbetrieb ist eine Kombination

mit oberflächennahen Sonden möglich. Im

Vergleich zu oberflächennahen Sondenfeldern

ist der geringe Platzbedarf ein deutlicher Vorteil.

Aktuelle Projektbeispiele haben gezeigt, dass in

hydrogeologisch kritischen Bereichen Sondenfelder

nicht genehmigungsfähig sind, eine oder wenige

mitteltiefe Bohrungen u.U. aber akzeptiert

werden, weil hierbei anspruchsvollere Bohrtechnik

Anwendung findet (z.B. komplette Verrohrung

des Bohrlochs). Auch in bodenmechanisch

sensiblen Bereichen kann es durchaus von Vorteil

sein, den Untergrund nicht mit einem dichten

Raster von Bohrungen zu destabilisieren. Speziell

für den Bereich des Norddeutschen Beckens

bieten sich mitteltiefe Sonden zur Erschließung

des großen geothermischen Potenzials von Salzstöcken

an. Durch überdurchschnittliche Temperaturen

können hier höhere thermische Leistungen

erzielt werden [2] . Im Norddeutschen Becken,

aber auch in anderen Bereichen Deutschlands,

ist das Auftreten von Thermalwasserhorizonten

in Tiefenlagen bis 1.000 m nicht selten. Mitteltiefe

Sonden bieten somit auch häufig die Gelegenheit,

wie unlängst in Osnabrück und Nienburg

gezeigt, potenzielle Thermalwasserhorizonte

anzutreffen und ggf. auch thermisch zu nutzen.

Definition Mitteltiefe Geothermie

Der Begriff »Mitteltiefe Geothermie« soll hier für

den Tiefenbereich von ca. 400 – 1.000 m stehen.

Diese Begriffsklarstellung soll ausschließlich

einer einheitlichen Kommunikation dienen.

Die allgemein übliche Abgrenzung von oberflächennaher

und tiefer Geothermie nach VDI-

Richtlinie 4640 [3] soll damit nicht ausgehebelt

werden. Auch der PK Tiefe Geothermie empfiehlt

[4] : »Von tiefer Geothermie im eigentlichen

Sinn sollte man jedoch erst bei Tiefen von über

1.000 m …. sprechen«. Der PK führt ebenfalls

aus [5] : »Die tiefe Geothermie umfasst Systeme,

bei denen die geothermische Energie über Tiefbohrungen

erschlossen wird und deren Energie

direkt (d.h. ohne Niveauanhebung) genutzt werden

kann«. Eine direkte Nutzung ohne Einschaltung

einer Wärmepumpe ist im Tiefenbereich

bis 1.000 m aber nur in Ausnahmefällen und

dann nur im Niedrigtemperaturbereich möglich.

Eine Begrenzung der mitteltiefen Geothermie bei

400 m steht einerseits nicht im Konflikt mit der

Definition der oberflächennahen Geothermie,


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

31

andererseits trägt sie aber der Tatsache

Rechnung, dass ab 400 m

die Bohrmeterförderung nach dem

Marktanreizprogramm beginnt.

Der MAP-Fördersatz von 375 €/m

deckt exakt den Bereich der mitteltiefen

Geothermie ab. Auch die

Verfügbarkeit von Bohranlagen

spricht für eine Begrenzung des

genannten Tiefenbereichs. Dieser

kann von mobilen Bohranlagen mit

max. 50 t Hakenlast erschlossen

werden (Abb. 1). Für Bohrtiefen

> 1.000 m steigen die Bohrmeterpreise

hingegen deutlich an und es

muss häufig auf überdimensionierte

Bohranlagen zurückgegriffen

werden. Der Umfang des notwendigen

Genehmigungsverfahren für

»mitteltiefe« Bohrungen wird durch

die untertägigen und obertägigen

Verhältnisse sowie die geplante

Bohrtiefe und den Bohrlochausbau

am Bohrstandort definiert. Die zuständige

Bergbehörde entscheidet

im Einzelfall, ob für die Bohrung ein

Betriebsplan nach § 51 ff. BBergG

erforderlich ist.

Fazit

Für einen Wärmebedarf in der Größenordnung

von 20 – 200 kW können

mitteltiefe Koaxialsonden als

risikoarme Erschließungsvariante

gewählt werden. Durch mehrere

Sonden sind theoretisch auch größere

Anlagen oder Netzstrukturen

realisierbar. Im Idealfall lassen sich über offene

mitteltiefe Dublettensysteme auch deutlich

höhere Leistungsbereiche darstellen. Bei vergleichsweise

moderaten Bohrkosten und unter

Berücksichtigung einer Förderung durch das

Marktanreizprogramm können wirtschaftliche

geothermische Anlagen mit überschaubarem

Planungsaufwand realisiert werden. Für eine

Kältebereitstellung sind mitteltiefe Sonden

nicht geeignet. Hier bietet sich eine Kombination

mit oberflächennahen Sonden an. Ein großer

Vorteil der mitteltiefen Geothermie liegt in

der Grundlastfähigkeit. Sie ist daher besonders

für Niedrigtemperatursysteme mit einer hohen

Jahresstundenzahl eine attraktive Variante.

[1]

Fromme, K., Michalzik, D. & Wirth, W.

(2010): Das geothermische Potenzial von Salzstrukturen

in Norddeutschland. – Z. dt. Ges. Geowiss.,

161: 323-333.

[2]

Bartels, J., Fritz, J., Gehrke, D. & Wirth, W.

(2010): Erhöhte Entzugsleistung von Erdwärmesonden

durch Salzstockhochlagen. - Z. dt.

Ges. Geowiss., 161: 401-409.

[3]

Verein Deutscher Ingenieure (2010): Thermische

Nutzung des Untergrundes – Grundlagen,

Genehmigungen, Umweltaspekte, VDI-

Richtlinie 4640, Blatt 1, Düsseldorf.

[4]

PK Tiefe Geothermie (2007): Nutzung der

geothermischen Energie aus dem tiefen Untergrund

(Tiefe Geothermie) – Arbeitshilfe für Geologische

Dienste. – 25 S., unveröff.

[5]

PK Tiefe Geothermie (2008): Nutzung der

geothermischen Energie aus dem tiefen Untergrund

(Tiefe Geothermie) – geowissenschaftliche

Parameter und Untersuchungsverfahren. –

S. 38, unveröff.


32

Für Projekte der Tiefengeothermie sind verlässliche Planungsgrundlagen, in denen

alle verfügbaren relevanten Untergrundinformationen zusammengefasst sind, von

großer Bedeutung, Sie ermöglichen eine Fündigkeitsabschätzung bereits im Vorfeld

eigenständiger Untersuchungen. Im Norden werden jetzt solche Planungsgrundlagen

grenzüberschreitend erstellt, im Rahmen des EU INTERREG Projektes GeoPower.

Grenzüberschreitende Erkundung

des geothermischen Potenzials im Norden –

das Projekt GeoPower

TEXT: Dr. Reinhard Kirsch, Dr. Fabian Hese, Prof. Dr. Niels Balling, Prof. Dr. Lars Ole Boldreel, Prof. Dr. Wolfgang Rabbel

Regenerative Energien haben einen hohen Stellenwert

in der deutsch-dänischen Grenzregion.

Windkraft, Solarenergie und Biomassenutzung

lassen die hundertprozentige Eigenversorgung

mit elektrischer Energie in Reichweite gelangen,

zusätzlich stellen sie einen bedeutsamen Wirtschaftsfaktor

dar. Auf dem Wärmemarkt der

Region nimmt zwar die Bedeutung der oberflächennahen

Geothermie zu, Projekte der Tiefengeothermie

gibt es aber in Schleswig-Holstein

bis jetzt noch nicht. In Dänemark wird neben den

laufenden Geothermieanlagen in Kopenhagen

und Thisted demnächst in Sønderborg das Geothermieheizwerk

ans Wärmenetz gehen. Weitere

Kommunen im Süden Dänemarks haben

ein starkes Interesse an einer geothermischen

Komponente für ihre Wärmeversorgung.

Es liegt nahe, für die Grenzregion den gemeinsamen

Untergrund auch gemeinsam zum Zweck

einer geothermischen Nutzung zu erkunden. Ein

Beitrag hierzu ist das Projekt GeoPower, das

von der EU im Rahmen des INTERREG 4a Programms

für Sønderjylland/Schleswig gefördert

wird. Ziel ist es, verbesserte Planungsgrundlagen

für eine geothermische Nutzung zu schaffen,

in denen alle verfügbaren relevanten Untergrundinformationen

eingearbeitet sind.

Die Projektstruktur

Das Projektgebiet (Abb. 1) umfasst den südlichen

Teil der Region Syddanmark und den nördlichen

Teil Schleswig-Holsteins. Der Projektgruppe gehören

folgende Kolleginnen und Kollegen an:




De Nationale Geologiske Undersøgelser for

Danmark og Grønland, GEUS:

Dr. Lars Henrik Nielsen, Prof. Dr. Lars Ole

Boldreel (Universität Kopenhagen), Dr. Niels

Poulsen

Geologischer Dienst Schleswig-Holstein:

Dipl. Geol. Claudia Thomsen,

Dr. Fabian Hese, Dr. Reinhard Kirsch,

Dr. Thomas Liebsch-Doerschner

Aarhus Universitet, Institut for Geoscience:

Prof. Dr. Niels Balling, Marie Lykke

Rasmussen MSc, Dr. Søren Erbs Poulsen,

Thue Bording MSc


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

33


Christian-Albrechts Universität Kiel, Institut

für Geowissenschaften:

Prof. Dr. Wolfgang Rabbel, Dipl. Geophys.

Christina Klein, Dr. Martin Thorwart.

Von den Geologischen Diensten werden aus

Bohrergebnissen, Bohrlochlogs und seismischen

Profilen die Tiefenlage und Mächtigkeit sowie lithologische

und petrophysikalische Charakteristik

der geothermischen Nutzhorizonte ermittelt

(in Dänemark Gassum und Buntsandstein, in

Schleswig-Holstein Dogger, Rhät (=Gassum) und

Buntsandstein). Von besonderem Interesse sind

Salzdiapire und Störungen, die zu Diskontinuitäten

(z.B. Schichtausfall / Schichtenversatz) im

Verlauf der Formationen führen können. Die Ergebnisse

werden u. a. in einem geologischen 3D

Modell zusammengefasst. Die Arbeitsgruppe der

Universität Aarhus wird aus Temperaturdaten,

thermischen Gesteinsparametern und dem im

Projekt erstellten geologischen Modell ein Temperaturmodell

entwickeln. Die Arbeitsgruppe der

Universität Kiel führt geophysikalische Messungen

zur Schließung von Datenlücken durch.

Was ist bis jetzt passiert?

Wir können uns bei unserer Arbeit auf vorliegende

Ausarbeitungen stützen. Für Schleswig-Holstein

ist das u. a. der Geotektonische Atlas von

Nordwestdeutschland (Baldschuhn et al. 2001),

für Dänemark liegen Verbreitungskarten der

geothermischen Nutzhorizonte vor (z.B. Mathiesen

et al. 2009). Diese Daten wurden in ein erstes

geologisches 3D Modell mit dem Programm

Gocad (Paradigm) überführt, so konnte bereits

eine erste grenzüberschreitende Darstellung der

Beckenstruktur und geothermischer Nutzhorizonte,

z.B. des mittleren Buntsandsteins, erstellt

werden (Abb. 2). Zur weiteren Entwicklung des

Modells werden reflexionsseismische Profile, die

zur Kohlenwasserstoff Exploration gewonnen

wurden, ausgewertet. Zudem werden lithologische

und petrophysikalische Daten aufbereitet

und interpretiert. Im Herbst 2012 wurden im

Raum Flensburg durch die Universität Kiel gravimetrische

Messungen an Salzstrukturen durch

die Arbeitsgruppe Prof. Götze (Schmidt et al.

2013) sowie reflexionsseismische Messungen

(Abb. 3) in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-

Institut für Angewandte Geophysik (Hannover)

durchgeführt (Klein et al. 2013).

Abb. 3: Reflexionsseismische Feldarbeiten im Raum

Flensburg, Bohrung zum Abteufen von Schusslöchern für die

seismischen Sprengungen

Was bleibt zu tun?

Das Projekt läuft bis Ende 2014. Bis dahin wird

das geologische Modell verfeinert und durch das

Modell der Untergrundtemperaturen ergänzt

werden. Daraus werden Planungskarten in Bezug

auf Vorkommen, Tiefenlage, Mächtigkeit,

Temperatur und, wenn die Datenlage es zulässt,

hydraulische Eigenschaften der geothermischen

Nutzhorizonte erstellt. Diese Planungsgrundlagen

werden sowohl digital als auch in analoger

Form öffentlich zugänglich sein.

Literatur

Baldschuhn, R., Frisch, U., Kockel, F. (2001):

Geotektonischer Atlas von Nordwest-Deutschland

und dem deutschen Nordsee-Sektor. – Geol.

Jb., A 153, Hannover (BGR).

Klein, C., Thorwart, M., Rabbel, W., Buness,

H., Hese, F., Kirsch, R. (2013): Seismische

Untersuchungen im Raum Flensburg. – Poster,

73. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen

Gesellschaft, Leipzig.

Mathiesen, A., Kristensen, L., Bidstrup, T.,

Nielsen, L. H. (2009): Vurdering af det geotermiske

potentiale i Danmark. – Danmarks og

Grønlands Geologiske Undersøgelse Rapport

2009/59, Kopenhagen.

Schmidt, S., Götze, H.-J., Mahatsente, R.,

Hese, F., Kirsch, R. (2013): Gravimetrische

Messungen im Projekt GEOPOWER. – Poster,

73. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen

Gesellschaft, Leipzig.

Vejbæk, O. V., Bidstrup, T., Britze, P., Erlström,

M., Rasmussen, E. S., Sivhed, U. (2007): Chalk

depth structure maps, Central to Eastern North

Sea, Denmark. – Geological Survey of Denmark

and Greenland Bulletin 13, 9–12, Kopenhagen.

Abb. 2: Verbreitung und Tiefenlage der Basis des mittleren

Buntsandsteins (potenzieller geothermischer Nutzhorizont) des

ersten geologischen Modells, zusammen dargestellt mit Salzdiapiren

(Blau; 3fache Überhöhung). Datenbasis: Tiefbohrungen,

Geotektonischer Atlas von NW-Deutschland (Baldschuhn et al.

2001) und Kartensätze von lithostratigraphischen Formationen

Dänemarks (Mathiesen et al. 2009, Vejbaek et al. 2007).


34

Junge Geothermie

Service

In dieser Ausgabe stellt sich das Internationale

Geothermie Zentrum (ICGR), angesiedelt am

Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam

(GFZ) vor. Für Doktoranden, Diplomanden, Bachelorund

Masterstudenten geo- und ingenieurswissenschaftlicher

Fachrichtungen bietet sich ein breites

Spektrum an grundlagen- und anwendungsorientierten

Forschungsthemen.

Wissenschaftliche Qualifizierung am Deutschen

GeoForschungsZentrum in Potsdam

TEXT: Dr.-Ing. Thomas Reinsch

Das Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches

GeoForschungsZentrum (GFZ) ist das nationale

Forschungszentrum für Geowissenschaften in

Deutschland. Eingebettet in das Forschungsprogramm

der Helmholtz-Gemeinschaft beschäftigt

sich die Geothermieforschung am ICGR mit allen

Phasen geothermischer Energiegewinnung. Von

der Erkundung des Reservoirs bis zur Energiewandlung

im Kraftwerk werden alle Stufen der

geothermischen Prozesskette unter in situ Bedingungen

wissenschaftlich begleitet. Der multidisziplinäre

Forschungsansatz spiegelt sich in

den vielfältigen Themen wissenschaftlicher Arbeiten

wieder. Aktuell werden in Kooperation mit

deutschen Universitäten und Hochschulen 32

Promotionsarbeiten in den Fachbereichen Geologie,

Geophysik, Physik, Seismologie, Maschinenbau,

Energie- und Verfahrenstechnik sowie

Biologie betreut.

Moderne Labore und hochspezialisierte

Versuchsapparaturen

Eine wichtige Schnittstelle für die verschiedenen

Fachgebiete ist das in-situ-Geothermielabor des

GFZ im brandenburgischen Groß Schönebeck.

Promotionsthemen beschäftigen sich in diesem

Zusammenhang u.a. mit der strukturgeologischen

und geophysikalischen Reservoirerkundung,

der Reservoirmodellierung, der physikochemischen

Charakterisierung geothermischer

Fluide, der Modellierung des Fluidaufstieges entlang

einer Bohrung unter Berücksichtigung von

Lösungs-, Fällungs- und Entlösungsprozessen

sowie dem Wärmeübergang zwischen geothermischem

Fluid und obertägiger Anlage als auch

mit der Kraftwerkstechnik. Modern ausgestattete

Labore mit hochspezialisierten Versuchsapparaturen

am GFZ ergänzen die In-situ-Experimente.

So können z.B. unter Hochdruck- und

Hochtemperaturbedingungen Experimente zu

den Fluid-Gesteinswechselwirkungen durchgeführt

werden. Auch biologische Prozesse in der

tiefen Biosphäre stehen im Fokus.

Einbindung in internationale

Projektkooperationen

Die Ausbildung findet in einem internationalen

Umfeld statt. Derzeit promovieren Nachwuchswissenschaftler

aus Äthiopien, Indonesien,

Italien, Iran, Kroatien, Malaysia, den USA und

Luxemburg am ICGR. Vielfach werden Themen

im Rahmen internationaler Kooperationen und

in Zusammenarbeit mit internationalen Erfahrungsträgern

bearbeitet – so zum Beispiel Projekte

in Indonesien, Island, Israel, Kanada und

den USA.

Nähere Informationen zum ICGR und zu den

ICGR-Projekten finden Sie unter:

www.gfz-potsdam.de/icgr


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

35

Termine &

Veranstaltungen

Kalender

24. – 26. Juni 2013

// Mainz

Third European Geothermal Review

BESTEC GmbH

+49.(0)6341.97 34 10

www.bestec-for-nature.com

26. – 27. Juni 2013

// Reno (USA)

National Geothermal Summit

Geothermal Energy Association (GEA)

+1.202.454-52 61

www.geo-energy.org

09. – 10. September 2013

// Celle

Celle Drilling 2013

GeoEnergy Celle e.V.

+49.(0)5141.20 88 18-6

www.celle-drilling.com

16. – 19. September 2013

// Tübingen

Geologiekongress

Deutsche Mineralogische Gesellschaft &

Geologische Vereinigung e.V.

+49(0)7071.297 26 48

www.dmg-gv2013.de

24. – 27. September 2013

// USA (Westküste)

AHK-Geschäftsreise

zum Thema Geothermie

Bundesministerium für Wirtschaft und

Technologie (BMWi), energiewaechter GmbH

+49.(0)234.32 10 -221

www.exportinitiative.bmwi.de

27. – 29. September 2013

// Erfurt

Haus Bau Energie

Messe Erfurt GmbH

+49.(0)361.400 17 10

www.haus-bau-energie.de

12. – 14. November 2013

// Essen

DGK 2013

GtV–Bundesverband Geothermie e.V.

+49.(0)30.847 12 12 80

www.der-geothermiekongress.de

12. – 14. November 2013

// Essen

Geo-T Expo

Messe Essen

+49.(0)201.72 44-0

www.geotexpo.com


36

Service

Interview

Die Fünfer-Staffel

des GtV-Bundesverbandes Geothermie

Wer ist im GtV-Bundesverband Geothermie eigentlich so dabei? Und was

treibt diese Leute um? Damit sich die Branche besser kennenlernt, gibt es

die »Fünfer-Staffel«. Das sind fünf Fragen an eine Person zu ihrer Arbeit

für die Geothermie. An wen die befragte Person den Staffelstab weitergibt,

bestimmt sie selbst. Dieses Mal antwortet:

Dr. rer. nat. Jens M. Kuckelkorn

ZAE Bayern

GtV-BV: Worüber zerbrechen Sie sich in Ihrer

Arbeit gerade den Kopf?

Dr. Jens M. Kuckelkorn: Die Anzahl der Geothermieprojekte

im Süddeutschen Molassebecken,

insbesondere in der Region um München,

nimmt kontinuierlich zu. Ebenso die Anzahl von

Anlagen, bei denen mit dem fortschreitenden

Ausbau des Fernwärmenetzes die Umsetzung

von Mittellastanlagen ansteht. Innovative technische

Lösungen sind dabei sehr individuell auf

das Projekt abzustimmen. Konzeptionell zeigt

sich, dass Absorptionswärmepumpen zur Rücklaufauskühlung

und eine Stromerzeugung zur

Deckung des Strom-Eigenbedarfs in der Regel

gute ökonomische Resultate liefern.

Wie bringt Ihre Arbeit die Geothermie voran?

In erster Linie versuchen wir Know-how und

Innovation in die noch jungen Geothermieprojekte

einzubringen. Dabei geht es oft um

Energie- und Kosteneffizienz, Funktionalität,

Machbarkeit, aber manchmal auch darum,

überhaupt eine gut funktionierende Lösung für

bestimmte Fragestellungen im Rahmen eines

Gesamtkonzeptes herauszuarbeiten. Viel Projekterfahrung

können wir aus den Bereichen

Solarthermie, Biomasse, KWK, Wärmepumpen

und Speichertechnologien in die Tiefengeothermie

transferieren. In der Oberflächennahen

Geothermie haben wir u. a. die vertikale hydraulische

Dichtheit von Erdwärmesonden-Bohrungen

und den Einfluss von Frost-Tau-Zyklen

untersucht. Derzeit arbeiten wir an der Verbesserung

der Systemdichtheit.

Dr. Jens M. Kuckelkorn

Gruppenleiter »Biomasse und Geothermie« am Bayerischen

Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. in Garching,

begleitet wissenschaftlich seit Jahren eine Reihe von Geothermieprojekten

im Süddeutschen Molassebecken.

Kontakt: kuckelkorn@muc.zae-bayern.de, www.zae-bayern.de

Was hat sich in Ihrem Arbeitsgebiet in den letzten

fünf Jahren am meisten verändert?

Auf jeden Fall hat die Anzahl der Projekte deutlich

zugenommen. Weiterhin gehen mit dem Fortschreiten

der Geothermieprojekte auch die Aufgabenstellungen

immer mehr in komplexe Details,

die teilweise nur durch numerische Simulationen

abgearbeitet werden können. In der oberflächennahen

Geothermie hat die Professionalität bei

Planung und Bau erheblich zugenommen.

Welchen Themen wollen Sie in den nächsten

fünf Jahren nachgehen?

In den geothermischen Energiezentralen dürften

uns die Themen Umsetzung von Mittellastanlagen

und Betriebsoptimierung am meisten beschäftigen.

Die Fernwärme-Rücklauftemperatur

der versorgten Gebäude, eine aus ökonomischer

Sicht besonders wertvolle Stellschraube, wird

ebenfalls besonders im Fokus stehen, da hier

noch viel Optimierungspotenzial bei den Kundenanlagen

vorhanden ist. In der Oberflächennahen

Geothermie wird ein Schwerpunkt nach wie vor

in der Qualitätssicherung liegen.

An wen geben Sie den Staffelstab weiter?

An Herrn Thomas Fröhlich, Geschäftsführer der

AFK Geothermie GmbH, dem ersten interkommunalen

Geothermieprojekt.


Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2

Aus dem Verband

Wir begrüßen als neue Mitglieder:

Präsidium:

Gerd Wolter

Nienhagen

Kai Zosseder

München

Matthias Schuck

Hamburg

Peter Paul Smolka

Münster

MD Drilling GmbH

Grünwald

Sirius - ES Handels GmbH

Steinerkirchen an der Traun

(Österreich)

Stadt Beeskow

Beeskow

Top-Thermal GmbH

Ried im Innenkreis (Österreich)

Geologische Bundesanstalt

Österreich

Wien (Österreich)

Präsident:

Waldemar Müller-Ruhe // waldemar.mueller-ruhe@geothermie.de

Sektion Geothermische Vereinigung:

Prof. Dr. Horst Rüter // horst.rueter@geothermie.de

Sektion ONG:

Stefan Schiessl // stefan.schiessl@geothermie.de

Sektion TG:

Dr. Susanne Schmitt // susanne.schmitt@geothermie.de

Schatzmeister:

Michael Würtele // michael.wuertele@geothermie.de

Schriftführer:

Leonhard Thien // leonhard.thien@geothermie.de

Der

Geothermie

Kongress

Kongress

2012

2013

Essen

12.−14. 11.

Impressum

Geothermische Energie

Mitteilungsblatt des GtV–Bundesverband

Geothermie e.V. (GtV–BV)

22. Jahrgang | Heft Nr. 76

Herausgeber © 2013

GtV-Bundesverband Geothermie e.V.

Albrechtstraße 22 | 10117 Berlin

Tel.: (030) 200 95 495 – 0 | Fax: – 9

E-Mail: info@geothermie.de

www.geothermie.de

V. i. S. d. P.: Dr. André Deinhardt, Geschäftsführer

Redaktion: Gregor Dilger & Cigdem Tolali

presse@geothermie.de

Anzeigen: Cigdem Tolali | GtV Service GmbH

service@geothermie.de

Verlag: GtV Service GmbH,

Albrechtstraße 22 | 10117 Berlin

E-Mail: info@gtvservice.de

Auflage dieser Ausgabe: 1.500 Exemplare

Gestaltung, Satz: Susann Piesnack,

piesnack@hotmail.com & Vera Eizenhöfer

veraeizenhoefer@gmx.de

Druck:

dieUmweltDruckerei GmbH

klimaneutral

Lohweg 1

natureOffice.com | DE-275-875173

30559 Hannover

gedruckt

www.dieumweltdruckerei.de

Gedruckt auf 100% Recyclingpapier,

ausgezeichnet mit der Euroblume

Fotonachweis: Titelbild: Gelsenwasser AG,

S 1 S. Piesnack, S 3 Dagmar Zechel/pixelio.de;

Stadtwerke Osnabrück AG; Stadt St.Gallen,

S. 9 GtV-BV Geothermie, S. 14 JS Deutschland,

S. 20 VR-Bank Nürnberg, S. 23 Benedict Holbein,

S. 31 GeoDienste GmbH, S. 33 Reinhard

Kirsch, S. 34 T. Becker (GFZ), S. 35 DavidQ/photocase.de,

U3 cocaline/photocase.de

Erscheinungstermin dieser Ausgabe:

Juni 2013

Bezugsbedingungen: Der Bezug der

»Geothermischen Energie« ist kostenlos für

• Mitglieder des GtV-Bundesverbandes Geothermie

• Fachbehörden, Bibliotheken, Fachhochschulund

Hochschulinstitute (Nachweis erbeten)

Abo-Preis für vier Ausgaben: EUR 100

Das Abonnement kann jederzeit schriftlich

gekündigt werden und läuft nach erfolgter

Kündigung mit Auslieferung des 4. Heftes aus.

Ansonsten verlängert sich das Abo automatisch

um weitere vier Ausgaben.

ISSN 0948-6615


Der Stahlrohr-Spezialist für

Tiefen-Geothermie, Wasser, Öl und Gas

1 Seite ganz

Kunde:

192 x 70 mm

Steig- und Futterrohre, Leitungsrohre und Bohrgestänge.

Schnelle Lieferung aus weltweiten eigenen Lagerstätten.

Abwicklung aller Zollformatitäten

Für weitere Informationen

Iteco Oilfield Supply Group

Tel: +49 2102 99 697 - 0

Fax: +49 2102 99 697 10

Email: Germany@iteco-supply.com

Website: www.iteco-supply.com

We go the distance

visit our website at www.deepdrill.nl

Weitere Magazine dieses Users
Ähnliche Magazine