Fachartikel dieser Ausgabe
Hydraulische Systemdichtheit und Frostbeständigkeit von Erdwärmesonden
Im Rahmen des Forschungsvorhabens QEWS (Qualitätssicherung bei Erdwärmesonden) wurde am ZAE Bayern das hydraulische Abdichtverhalten von Erdwärmesonden und die Alterungsbeständigkeit gegenüber Frost-Tau-Wechseln in einem realitätsnahen Großversuchsstand untersucht. Im Vergleich zu Materialproben von Verfüllbaustoffen zeigten die Systemproben eine deutlich erhöhte Permeabilität, die durch Frost-Tau-Wechsel weiter erhöht wurde, wobei bereits der erste Frost-Tau-Zyklus die signifikanteste Alterung hervorrief.
Autoren: Dr. Jens M. Kuckelkorn, Dipl.-Phys. Manfred Reuß
Machbarkeitsstudie: Oberflächennahe Geothermie für Logistikflächen im Hamburger Hafen
Um die Bedeutung des Wirtschafts- und Hafenstandorts Hamburg international zu sichern, entwickelt die Hamburg Port Authority (HPA) unter dem Namen „CTS Central Terminal Steinwerder“ den Hafen der Zukunft. Mitten im Hamburger Hafen schafft sie dazu eine 125 Hektar große, zusammenhängende Fläche. Hierzu werden bestehende Hafenbecken verfüllt, wodurch sich die einmalige Möglichkeit bietet, vor dem Verfüllen ein Geothermiesystem in Form von tief liegenden Erdwärmekollektoren einzubringen. Diese Kollektoren befänden sich dann in der witterungsunabhängigen Zone und könnten konstant genutzt werden. Die so gewonnene Energie könnte zur Temperierung der Logistikflächen des CTS genutzt werden, um im Winter Schnee- und Eisbildung sowie im Sommer Spurrillen zu verhindern und die Sicherheit und die Lebensdauer der Logistikflächen zu erhöhen.
Autoren: Dipl.-Geol. Frauke Menzel, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grabe, Dipl.-Ing. Nils Kroggel
Effizienzsteigerung und Qualitätssicherung von Erdwärmesonden
Eine exakte Baugrundcharakterisierung, die Überwachung des Einbau- und Verpressvorganges sowie das Langzeitmonitoring stellen hinsichtlich der Qualitätssicherung von Erdwärmesonden zentrale Aspekte dar. Die Methode der faseroptischen Temperaturmessung ist ein zielführendes Instrument zur Erfassung von Messwerten über die gesamte Teufe der Bohrung.
Autoren: Dipl.-Ing. Carsten Jäger
Erdwärmesonden: Schäden vermeiden durch richtige Materialwahl
Untersuchungen von Beschädigungen von Erdwärmesondenrohren beim Einbau zeigen, dass das Ausmaß diese Verletzungen auch materialabhängig ist. Dabei wurden die gängigen Sondenmaterialien PE-100, PE-RC und PE-Xa verglichen. Die in der Praxis gemachten Erfahrungen wurden durch Labortests bestätigt. Welche Auswirkungen ergeben sich aufgrund dieser in der Praxis kaum vermeidbaren Verletzungen? Der Artikel zeigt anhand einfacher und verständlicher Tests (z. B. Innendruck- und Schlagversuche), dass sich Riefen ganz unterschiedlich stark auf die Lebensdauer der Sondenrohre auswirken.
Autor: Dr. Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Fischer
Hochschulcampus Bielefeld: Erdwärmesysteme in Bebauungsschwerpunkten
Auf dem Gelände des Hochschulcampus Bielefeld werden drei neue Gebäude mit größeren Erdwärmeanlagen errichtet. An die Geothermieplanung wurde wegen der zusammen mehr als 100 Erdwärmesonden und über 400 Energiepfähle in einem Radius von nur 500 Metern sehr hohe Ansprüche gestellt. Die gegenseitige Beeinflussung der verschiedenen Systeme und die Auswirkungen auf die umliegende Bebauung mussten ebenso berücksichtigt werden wie die behördlichen Anforderungen und Auflagen an die spätere Überwachung.
Autoren: Oliver Kohlsch, Dr. Claus Heske, Werner Bußmann
Praktische Ergebnisse des Einsatzes von Koaxialsonden großen Volumens
Die Einspeicherung von Erdwärme in einem Wasserspeicher im Erdreich führt zu einem nahezu zeitlich konstanten Wärmestrom vom Gebirge in die Sonde und zu einer durchschnittlich hohen und weitgehend schwankungsfreien Vorlauftemperatur von der Sonde zur Wärmepumpe. Die Sonde führt wegen des größeren Volumens über große Zeitabschnitte der Heizperiode zu einer Entkopplung von Wärmepumpenbetrieb und Wärmenachfluss aus dem Erdreich und arbeitet zusätzlich als perfekter Schichtenspeicher. Damit werden höhere Jahresarbeitszahlen für erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen möglich.
Autoren: Dr.-Ing. Jochen Hamann, Dipl.-Tiefbohr-Ing. Wilhelm Nöring, Prof. Dr. Simone Walker-Hertkorn, Prof. Dr. rer. nat. habil. Steffen Wagner
Erforschung von Wärme- und Stofftransport im Untergrund
Im Zuge des Projekts „Geosola“ wurde am Institut für Verfahrenstechnik der Johannes Kepler Universität in Linz, Österreich, eine Forschungsanlage für oberflächennahe Geothermie errichtet. Die Anlage mit vier Hybrid-Erdwärmesonden (CO2-und Solesonden) und zwei unverpressten Sonden steht nach erfolgreichem Abschluss des Projekts für weitere Untersuchungen zur Verfügung. In diesem Beitrag wird ein Überblick über die wesentlichen Resultate des Projekts „Geosola“ sowie über die momentane und zukünftige Forschungstätigkeit gegeben.
Autoren: Dipl.-Ing. Philipp Wiesauer, Prof. Dr. Wolfgang Samhaber
Ermittlung der thermischen und geochemischen Auswirkungen von oberflächennahen Geothermieanwendungen auf den Untergrund
Im Zuge der Genehmigung von Geothermieanlagen wird die Ausbreitung der Wärmefahnen in der Regel mit numerischen Modellen abgeschätzt. Diese basieren oft auf geschätzten Aquiferparametern, was zu fehlerhaften Reichweiten führen kann. Um zu belastbaren Daten zu kommen, wurden Testfelder in der Natur und im Labor im Abstrom von Erdwärmesonden eingerichtet, an denen die Ausbreitung der Wärme/Kältefahne mittels horizontal und vertikal hoch aufgelösten Temperaturmessungen im realen Betrieb einer EWS messtechnisch ermittelt werden können. Die Messfelder wurden außerdem mit speziellen Probenahmeeinrichtungen ausgestattet, die die Entnahme von Grundwasserproben erlauben, anhand derer die Auswirkungen der Anlagen auf den Grundwasserchemismus und die Mikrobiologie erfasst werden können.
Autoren: Dipl.-Geophys. Gerhard Bisch, Dr.-Ing. Norbert Klaas
Naturwissenschaftliche Folgen der thermischen Grundwassernutzung – Implikationen für die Genehmigungspraxis
Im Zuge der thermischen Nutzung oberflächennaher geologischer Formationen sind temperaturbedingt Änderungen in der Grundwasserbeschaffenheit und im Strömungsverhalten sowie Auswirkungen auf Altlasten zu erwarten, was derzeit zu einer eher restriktiven Genehmigungspraxis führt. Im vorliegenden Beitrag wird vor dem Hintergrund der sogenannten Energiewende, mit der auch ein zunehmender Bedarf an Wärmespeichern einhergeht, eine differenziertere rechtliche Bewertung diskutiert.
Autoren: Dr. Anna Jesußek, Prof. Dr. Andreas Dahmke, Dipl. Geophys. Anke Boockmeyer, Prof. Dr. Sebastian Bauer, RA Christoph Berlin, Prof. Dr. Wolfgang Ewer
Sicherheit durch Qualität in der oberflächennahen Geothermie
Ohne eine Wende am Wärmemarkt kann die Energiewende nicht gelingen. Erdgekoppelte Wärmepumpen können zu ihrem Erfolg entscheidend beitragen. Eine fachkundige Planung und Installation aller Elemente einer solchen Anlage auf einem allgemein verbindlichen hohen Qualitätsniveau ist dabei in unser aller Interesse. Um dies zu realisieren, bedarf es eines allgemein akzeptierten Regelwerks und eines Auditsystems, welches geeignet ist, die Einhaltung der Regeln in der täglichen Praxis zu überwachen. Das nie vollkommen auszuschließende Restrisiko eines Schadensfalles als Folge der notwendigen Bohrungen wird dann beherrschbar. Zur Absicherung des Restrisikos stehen zudem geeignete Versicherungslösungen zur Verfügung.
Autor: Dr. Martin Sabel
Vertrauensbildung durch zielgerichtete Kommunikation
Akzeptanz ist bei Geothermieprojekten vor allem eine Frage des Vertrauens. Frühzeitige, ehrliche und strategisch ausgerichtete Kommunikation hilft, Vertrauen zu schaffen und die Akzeptanz zu erhöhen.
Autor: Marcus Brian
Bürgerdialog: Erfolgsfaktor für die Akzeptanz der Geothermie
In Groß-Gerau plant ein kommunales Energieunternehmen Hessens erstes Tiefengeothermiekraftwerk zur Stromerzeugung. Ein Schwerpunkt in der Projektplanung ist die Einbindung von Interessensgruppen und der Bevölkerung in die Projektentwicklung. Erfahrungen zeigen, dass damit die Akzeptabilität des Projekts erhöht und eine politisch robuste Entscheidung zum Kraftwerk erreicht werden kann.
Autoren: Dr. sc. ETH Lasse Wallquist, Matthias Holenstein, MSc ETH, MAS PSM
3D-Seismik im kristallinen Grundgebirge des Erzgebirges
3D-seismische Messungen sollen wasserdurchlässige Klufträume in Tiefen von 5 bis 6 km bei Temperaturen von über 150 °C für ein geothermisches Projekt im kristallinen Grundgebirge des Erzgebirges erkunden. Da keine schichtförmigen Lagerungsverhältnisse auftreten, wie bei der seismischen Exploration nach Erdöl und Erdgas, werden neue, innovative und unkonventionelle Messmethoden im Feld sowie bei der Datenbearbeitung angewendet. Die Vibroseis-Technik wird ergänzt durch ein spezielles sprengseismisches Experiment.
Autoren: Dr. Ewald Lüschen, Dr. Hartwig von Hartmann, Dr. Rüdiger Thomas, Dr. Rüdiger Schulz
Schneller, günstiger, standardisierter – Anforderungen an das Geothermiekraftwerk von morgen
Die Geothermie wird bislang noch nicht in einem Zuge mit der Energiewende genannt. Dies resultiert zum einen daraus, dass größere Geothermieprojekte relativ kostenintensiv und mit einem nicht unbedeutenden (Bohr-)Risiko verbunden sind, zum anderen aber auch daraus, dass jedes Kraftwerk immer noch als Prototyp konzipiert wird. Hier setzt ein vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördertes Forschungsprojekt an und versucht, in allen Phasen der Planung und Realisierung eines Geothermiekraftwerks die Planungs- und Bauzeit sowie die Kosten zu reduzieren und gleichzeitig die Betriebssicherheit zu erhöhen.
Autor: Dipl.-Ing Dipl.-Geophys. Stephan Hild
Dichte, Viskosität und Wärmekapazität hochmineralisierter Thermalwässer in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und Gesamtlösungsinhalt
Wichtigster Parameter einer geothermischen Anlage ist die thermische Leistung, die direkt von der Wärmekapazität und der Dichte des Thermalwassers abhängt. Darüber hinaus sind die Stoffeigenschaften unabdingbar für die Auslegung von Anlagenkomponenten, die Parametrisierung des Reservoirs und als Eingangsgröße numerischer Modelle. Während die physikalischen Eigenschaften für gering mineralisierte Wässer direkt aus den Standardwerken der International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) entnommen werden können, sollen in diesem Artikel thermodynamische Modelle für hohe Gesamtlösungsinhalte vorgestellt werden, wie sie im Oberrheingraben und Norddeutschen Becken anzutreffen sind.
Autoren: Dipl.-Geol. Johannes Birner, Dr. rer. nat. Jörn Bartels, Dr. rer. nat. Markus Wolfgramm, Dipl.-Ing. Pascal Schlagermann, Dipl.-Ing. Hanna Mergner
Salzausfällungen aus Geothermalwasser – je mehr Bewegung, desto schneller
Salzablagerungen an Rohrwänden in Geothermieanlagen sind ein verbreitetes Problem. Ihre Entstehung hängt von den unterschiedlichsten Faktoren ab, einer davon ist die hier untersuchte Bewegung des Wassers.
Autorinnen: Dr. Tina Canic, Sabine Baur, Dr. Christel Adelhelm
