Bayerisches Landesamt für Umwelt - Potentiale der oberflächennahen Geothermie

Bayerisches Landesamt für
Umwelt
Umwelt
Oberflächennahe Geothermie -
Informationsoffensive Oberflächennahe
Geothermie (IOG)
Potentiale der oberflächennahen Geothermie
Marcellus Schulze, Ref. 104, LfU

Umwelt
© LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.20152
Nutzungsarten Geothermie
Geothermie kann als Energiequelle zur Erzeugung von Wärme (bzw.
Klimatisierung) und Strom genutzt werden.
• Tiefe Geothermie: > 400 m
– Hydrothermale Geothermie
– HDR-Verfahren
– Tiefe Erdwärmesonden (>400m)
– Bergbauregionen (Grubenwässer)
Oberflächennahe Geothermie: < 400 m
Erdwärmekollektoren
Erdwärmesonden
Grundwasser-Wärmepumpen
Erdberührte Bauteile
52 m
Quelle: Herrenknecht Vertical AG
5 m

Umwelt
Wärmetauschersysteme Oberflächennahe Geothermie
Erdwärmekollektor:
Rohrregisterfeld in 1,5 m
Tiefe
Erdwärmesonde:
Kunststoffrohr in
Bohrung mit
Verpressmaterial
Grundwasser-
Wärmepumpe:
Förder- und
Schluckbrunnen

Umwelt
Geothermische Anlagen in Bayern
• Bayern gewinnt Erdwärmeligapreis für
größten Zubau an Erdwärmeanlagen
2013. (www.erdwaermeliga.de)
• Schätzungsweise existieren 60.000
erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen in
Bayern (Oberflächennahe Geothermie).
• Im Bayerischen
Bodeninformationssystem (BIS)
sind17.500 Erdwärmeanlagen erfasst
(siehe Abbildung). Davon sind 9.400
Erdwärmesondenanlagen und 8.000
Grundwasser-Wärmepumpenanlagen.
• Zurzeit sind 22 Tiefen geothermische
Anlagen in Betrieb bzw. in der
Ausführung. Zu den Anlagen gehören
ca. 100 Bohrungen mit Bohrtiefen bis
5.000 m.
4
Grundwasser-
Wärmepumpenanlagen
Erdwärmesondenanlagen
Hintergrund: Geologische
Karte 1:500.000

Umwelt
Erdwärmenutzung in der Metropolregion
5
• Zurzeit sind 2.965 Erdwärmeanlagen
mit insgesamt 8.350
Erdwärmebohrungen in der
Metropolregion im Bayerischen
Bodeninformationssystem (BIS)
erfasst. (7.780 Erdwärmesonden und
570 Förder- und Schluckbrunnen).
• Bevorzugte Regionen für
Erdwärmenutzung:
– Siedlungsgebiete
– Geologische, hydrogeologisch,
geothermisch und wasserwirtschaftlich
günstige Gebiete
– Ausschlussgebiete: Malmkarst,
Wasserschutzgebiete
• Bevorzugter Anlagentyp in
Metropolregion:
Erdwärmesondenanlagen
• Tiefe Geothermie nur für Thermen

Umwelt
Erdwärmeanlagen für Industrie/ Gewerbe
6

Umwelt
Erdwärmesondenfelder
LfU: Foto P. Seifert, 2008
LfU: Foto P. Seifert, 2008

Umwelt
Erdwärmeanlagen für Industrie/ Gewerbe
8

Umwelt
Erdwärmeanlagen kommunaler Bereich
9

Umwelt
Planung und Ausführung von Erdwärmeanlagen
1. Gebäudetyp
Erst überschlägige, in fortgeschrittenen
Planungsphase genaue Ermittlung des
Energiebedarfs
2. Systemwahl
Erste, orientierende Standortbewertung für
Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren oder
Grundwasser-Wärmepumpen
Bewertung des Untergrund hinsichtlich geotechnischer
Risiken, wasserwirtschaftlicher Eignung ( Lage in WSG,
Bohrtiefenbegrenzung, Artesik, Anhydrit, Hohlräume, etc.)
3. Machbarkeitsprüfung
4. Anlagenplanung
Dimensionierung nach örtlichen geologischen,
hydrogeologischen und geothermischen Bedingungen
(Wärmeleitfähigkeiten der Gesteine)
5. Ausführung
Wahl des geeigneten Bohrverfahrens (Berücksichtigung
Gesteinsverfestigung, Hydraulik (z.B. gespanntes
Grundwasser), Hohlräume, etc.)

Umwelt
Wasserwirtschaftliche Anforderungen
11
Anforderungen werden in
Regelwerken, Leitfäden, oder
Merkblättern formuliert.
1.
Wasserwirtschaftliche
Beurteilungskriterien
2.
Umsetzung in die Fläche im
Informationssystem
Oberflächennahe Geothermie
3.

Umwelt
Geotechnische Risiken
12
Hohlräume2.
Sulfatgesteine1.
Arteser3.
LfU: Gips, Anhydrit-Bohrkern
C. Landgraf: Arteser, Thüringen
Rhein. Merkur: Kamen
LfU: Staufen, Baden-Württemberg
Wikipedia: Muschelkalk

Umwelt
Geologie Metropolregion Nürnberg
13

Umwelt
Geologie Metropolregion Nürnberg
14
Thermische Nutzung des Untergrundes ist
auf den ersten Grundwasserleiter beschränkt:
=> Bohrtiefenbegrenzung

Umwelt
Bohrtiefenbegrenzung
Die thermische Nutzung
des Untergrundes ist auf
den ersten Grundwasser-
leiter beschränkt! =>
Deshalb werden
flächendeckende Daten
zur Tiefenbegrenzung
benötigt.
Karst2.
Schichtstufenland1.
Molasse und Moräne3.
Alpen4.
Kristallin5.
Bohrtiefenbegrenzung für Erdwärmesonden6.

Umwelt
Einstufungskriterien für Nutzungsmöglichkeiten
Erdwärmesonden
• Die Bewertung der geologischen und
hydrogeologischen Einheiten erfolgt nach
wasserwirtschaftlichen und geotechnischen
Kriterien in drei Kategorien.

Umwelt
Informationssystem Oberflächennahe Geothermie (IOG)
• Das Informationssystem Oberflächennahe
Geothermie (IOG) enthält relevante
Datengrundlagen zur Erstinformation über
die Machbarkeit eines Bauvorhabens, zur
Planung einer Erdwärmeanlagen und zur
Ausführung der Maßnahme für Bauherren,
Fachleute, Ausführende, Hersteller und
Behörden.
• Das IOG gliedert sich in einen
Fachthementeil und eine textliche
Standortauskunft.
• Die fachliche Entwicklung startet 2008, die
technische Entwicklung 2009.
• Seit Veröffentlichung im April 2011 ist das
IOG eine „Erfolgsstory“.
• http://www.lfu.bayern.de/geologie/geothermie
_iog/index.htm (auf LfU Homepage)

Umwelt
Auslegung von Erdwärmesonden (Wärmeleitfähigkeit)
18

Umwelt
Daten zur fachgerechten Dimen-
sionierung von Erdwärmeanlagen
• Für die fachgerechte Dimensionierung von
Erdwärmeanlagen werden neben den
anlagenspezifischen Kenngrößen
gesteinsphysikalische Parameter (z.B.
Wärmeleitfähigkeit der Gesteine) benötigt.
19

Umwelt
Wie sieht die Wärmepumpe im Haus aus?
LfU: P. Seifert 2008
Broschüre Oberfl. Geothermie

Umwelt
Referenzanlagen Erdwärmekollektor
• 184 m² Wohnfläche
• KfW 60 Haus
• Wärmepumpe mit
Heißgaserwärmung 11,3 KW und
2,2 KW Leistungsaufnahme (1,2
KW) Verdichter in Kombination
mit Solaranlage
• Realer Energiebedarf 12,249
MWh
• Fußbodenheizung und
Warmwasserbereitung
• Erdwärmekollektor (~ 350 m²)
• Strom- und Wärmemengenzähler
• Temperaturfühler im Bereich des
Erdwärmekollektors

Umwelt
Referenzanlagen Erdwärmekollektor

Umwelt
Referenzanlagen Erdwärmesonde
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Umwelt
Leitfaden Energienutzungsplan
Energienutzungsplan
Informelles Planungsinstrument für Gemeinden zum Thema
Energie
oberfl. Geothermie als Teilbaustein eines Energiekonzeptes
Aufgabe
Ermittlung des Wärmebedarfs von Gebäuden und des
Energiepotentials des Untergrundes für EWS, EK, GWWP
Ziel
Ermittlung benötigter Erdwärmesonden oder
Erdwärmekollektorfläche für z.B. Wohngebäude
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Umwelt
Erdwärmekollektoren - Energienutzungsplan
Ermittlungsmethode:
Ermittlung des nutzbaren Flächenanteils
Ausschlussgebiete: Wasserschutzgebiete,
stark geneigte Hänge, Grabbarkeit
Bodenart/ Bodentyp
Ergebnis
Nutzbarer Flächenanteil für Einbau einer
Erdwärmekollektoranlage
Einbautiefe [m]
spez. Entzugsleistung [W/m²]
Berechnung für 1800 h/a und 2400 h/a
Deckungsgrad des Wärmebedarfs der
Gebäude/ Siedlungen
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Smart Grid
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