Vortrag auf der "element e" zur 2. Energiemesse im Energiepark Hirschaid.

1. EU-Projekt ThermoMap –
Tool für Erdwärmekollektoren

2. 25.03.2015 2Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
1. Forschungsfelder Geothermie FAU
2. ThermoMap
3. Ziele
4. Datengrundlage
5. Prozessablauf (vereinfacht)
6. Qualität der Daten
7. Ausblick
Inhalt

3. 25.03.2015 3
1.
Forschungs-
felder
Geothermie
Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung

4. 25.03.2015 4
• Tiefengeothermie
- Geothermisches Potential Nord-Bayern (Datenpool Gesteinsphysik)
- Geothermisches Potential Nord-Bayern (Struktur/Aufbau des tieferen Untergrundes)
- Nördlicher Rheingraben (Architektur, Porenräume, petrophysikalische Eigenschaften
geothermischer Reservoir-Analoga)
• Oberflächennahe Geothermie
- EU Projekt Cheap GSHPs (Reduktion der Bohrkosten – Tiefenbereich 50 Meter)
- ITER (Steigerung der Effizienz horizontaler Systheme)
- GeoSurf (Messsystem zur effizienteren Planung von oberflächennahen geothermischen Anlagen)
- ThermoMap (Auskunftstool für Erdwärmekolletoren)
Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung

5. Arbeitsgruppe
25.03.2015 5Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Prof. Dr. Helga de Wall
Strukturgeologie, Tektonik, Regionale Geologie, Gesteinsphysik
Prof. Dr. Harald Stollhofen
Angewandte Sedimentologie, Bohrlochgeophysik, Petrophysik
Prof. Dr. Joachim Rohn
Ingenieurgeologie, Oberflächennahe Geothermie
Dr. David Bertermann
Oberflächennahe Geothermie, Bodenkunde, GIS
Dr. Wolfgang Bauer (Lehrbeauftragter)
Geothermie, Regionale Geologie, Exploration
Dipl.-Min. Mario Kittel
PoroPerm, Ultraschall (p/s-Wellen), Wärmeleitfähigkeit

6. 25.03.2015 6
2.
ThermoMap
Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung

7. 25.03.2015 7
http://www.thermomap-project.eu
Arbeitstitel: Area mapping of superficial geothermic resources by soil and groundwater data
Interaktives Analyse- und Auskunfts-
system zur flächenhaften Abschätzung
des oberflächenhaften geothermischen
Potentials
Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
ThermoMap

8. 25.03.2015 8
Oberflächennahe Geothermie – Wärmeübertragungssystheme
Erdwärmesonden (vertikal / schräg) Erdwärmekollektoren (horizontal)
o Eine Vielzahl von Unterlagen zur Planung von Anlagen
vorhanden
• Geologische Karten
• Informationssysteme (ISONG – BW; NIBIS® -
Niedersachsen; IOG- Bayern)
o Einfache Übertragung von geologischen Daten zu
Entzugsarbeiten machbar
• Geringer Einfluss von jahreszeitlichen
Schwankungen
• Wärmespezifische Parameter von Gesteinen
sind relativ gut erforscht
o Simulationssoftware vorhanden (EED, EWS,….)
o Kaum Unterlagen zur Planung von Anlagen vorhanden
• Wissenschaftliche Datenbasis gering
• Kleinräumig hohe Heterogenität von
verschiedenen Parametern
o Darstellung einer Entzugsarbeit ist schwierig
• Einfluss witterungsbedingter Faktoren
• Abhängigkeit von bodenkundlichen
Standortparametern
o Keine flächendeckende Simulationssoftware vorhanden
Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
ThermoMap

9. 25.03.2015 9
Es gibt bis dato kein allgemeingültiges kollektor-
bezogenes Abschätzverfahren für das oberflächen-
nahe Geothermiepotential in Europa
Fazit
Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
ThermoMap

10. 25.03.2015 10
Ermittlung des oberflächennahen Geothermischen
Potentials (vSGP) aus bereits bestehenden Datensätzen
3.
Ziele
Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung

11. 25.03.2015 11
• Erstellung einer europäischen Übersichts-
karte mit Potentialdarstellung der
oberflächennahen Geothermie (Outline Map)
• Detaillierte Potentialabschätzung in den
einzelnen Untersuchungsgebieten
(Fokus: 10 Meter – bzw. bis Festgestein)
Ziele
Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung

12. 25.03.2015 12
Ziele
Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Warum Fokus auf den ersten 10 Metern?
• Verhältnismäßig geringer Installationsaufwand von Kollektoren
• Sehr gute Einsetzbarkeit in Neubauten (Passivhaus, Plushaus…..)
• Weniger genehmigungsrechtliche Auflagen (Wasserwirtschaft)
• Gut kombinierbar mit anderen nachhaltigen Energiesystemen (PV)
Wertvoller Systembaustein bei der Umsetzung der energiepolitischen
Vorgaben (regional / national / international)

13. 25.03.2015 13Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
4.
Daten-
grundlage

14. 25.03.2015 14Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Datengrundlage
Kollektorsysteme werden durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst.
Einen besonders großen Einfluss haben klimatische und boden-
physikalische Eigenschaften.

15. 25.03.2015 15Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Datengrundlage
Klimatische Bedingungen:
• Niederschlagsverteilung
• Jahrestemperaturverlauf
Alle klimatischen Parameter haben einen direkten
bzw. indirekten Einfluss auf die bodenphysikalischen
Parameter und somit auch auf das geothermische
Potential

16. 25.03.2015 16Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Datengrundlage
Klimatische Bedingungen:
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0 50 100 150 200 250 300 350
Temperatur[°C]
Tage
Jahrestemperaturverlauf im Erdreich
Sand feucht ; Klimazone Passau
Taußen [°C] 1m u.GOK 2m u.GOK 3m u.GOK 4m u.GOK 5m u.GOK
Exemplarische Jahrestemparaturkurven eines feuchten Sandes für die Klimaregion Passau (Einteilung nach DIN 4710)

17. 25.03.2015 17Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Bodenphysikalische Eigenschaften:
• Bodenart
• Lagerungsdichte
• Wassergehalt
• (Mineralanteil)
Bodenkundliche
Systembausteine
zur Abschätzung des
oberflächennahen
geothermischen Potentials
Datengrundlage

18. 25.03.2015 18Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Datengrundlage
Der Parameter Bodenart liefert wichtige Systemparameter für die
Abschätzung des geothermischen Potentials:
- Porenraumverteilung (Wassergehalt)
- Mineralzusammensetzung (Quarzanteil)
Abhängigkeit der Porenraumverteilung von der Bodenart
(verändert nach Kuntze et al. 1994)

19. 25.03.2015 19Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
5.
Prozess-
ablauf

20. 25.03.2015 20Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Prozessablauf
Bodenkundliche Systemparameter Klimatische Systemparameter
Bodenart
Lagerungsdichte
Wassergehalt
Niederschlags-
verteilung
Jahrestemperatur
-verlauf
Berechnung der Wärmeleitfähigkeit und der vol. Wärme-
kapazität des Bodenkörpers (nach Kersten 1949 und Dehner 2007)

21. 25.03.2015 21Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Prozessablauf
Link für den
http://geoweb2.sbg.ac.at/thermomap/
http://www.thermomap-project.eu/

22. 25.03.2015 22Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Was kann der MapViewer leisten?
- Ersten Übersicht über das standörtliche
Geothermische Potentials geben
- Ersetzt keine Detailplanung eines
Fachplaners
Schritt 1 - Auswahl zwischen:
- Europäischer Übersichtskarte
- Testgebieten (14 Stück)
Kartenansicht im Internet

23. 25.03.2015 23Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Europäische Übersichtskarte

24. 25.03.2015 24Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Europäische Übersichtskarte
Darstellung aller systemrelevanter Parameter
5-stufige Klasseneinteilung
der Wärmeleitfähigkeit

25. 25.03.2015 25Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Europäische Übersichtskarte
Auswählen einer konkreten Adresse

26. 25.03.2015 26Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Europäische Übersichtskarte
Klimatische Verhältnisse

27. 25.03.2015 27Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Europäische Übersichtskarte
Standortauskunft ausdrucken

28. 25.03.2015 28Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung

29. 25.03.2015 29Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
6.
Qualität der
Daten

30. 25.03.2015 30Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Testgebiete Europäische Übersichtskarte
Aufgrund der europaweiten
Datenverfügbarkeit ist jedoch eine
flächendeckende Beurteilung der
Standorte auf Test Area Niveau
momentan nicht möglich
Tool zur Erweiterung der
Datenbasis (auf Grundbasis der
Daten der Europäischen
Übersichtskarte)
Diese Parameter bilden eine
gute Grundlage für eine erste
standörtliche Abschätzung
des oberflächennahen
geothermischen Potentials (bis
max. 10 Meter Tiefe).

31. 25.03.2015 31Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Qualität der Daten
Auswählen eines konkreten Ortes

32. 25.03.2015 32Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Durch gezielte Dateneingabe
ist die Kreation eines „eigenen“
Testgebietes möglich

33. 25.03.2015 33Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung

34. 25.03.2015 34Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
7.
Ausblick

35. 25.03.2015 35Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Ausblick
Ergebnis: Berechnung der Potentiale ist machbar
Problem: Schlechte Datenlage für Europäische Übersicht
Lösung: Insitu - Messgerät der Potentiale für detailliertere
standortbezogene Planung von Anlagen

36. 25.03.2015 36Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung
Ausblick
www.environmental-geophysics.co.uk/images/Res/2.jpg
Kleinräumige Darstellung der standörtlichen Potentiale
(graphisch und numerisch) - Projektansatz GeoSurf

37. Logo
25.03.2015 37
Danke!
Kontakt:
Dr. David Bertermann
Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
GeoZentrum Nordbayern, Lehrstuhl für Geologie
Schlossgarten 5, 91054 Erlangen
E-Mail: david.bertermann@gzn.uni-erlangen.de
Tel.: +49 9131 85 25824
Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung