Bayerisches Landesamt für Umwelt - Potentiale der oberflächennahen Geothermie

Bayerisches Landesamt fürUmwelt


Oberflächennahe Geothermie -Informationsoffensive Oberflächennahe

Geothermie (IOG)

Potentiale der oberflächennahen Geothermie

Marcellus Schulze, Ref. 104, LfU


© 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




Wärmetauschersysteme Oberflächennahe Geothermie

Erdwärmekollektor:Rohrregisterfeld in 1,5 m

Tiefe

Erdwärmesonde:Kunststoffrohr in

Bohrung mit

Verpressmaterial

Grundwasser-Wärmepumpe:

Förder- und

Schluckbrunnen


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.



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Grundwasser-

Wärmepumpenanlagen

Erdwärmesondenanlagen

Hintergrund: Geologische

Karte 1:500.000


Erdwärmenutzung in der Metropolregion



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• 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


Erdwärmeanlagen für Industrie/ Gewerbe



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Erdwärmesondenfelder

LfU: Foto P. Seifert, 2008

LfU: Foto P. Seifert, 2008


Erdwärmeanlagen für Industrie/ Gewerbe



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Erdwärmeanlagen kommunaler Bereich



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Planung und Ausführung von Erdwärmeanlagen

1. GebäudetypErst überschlägige, in fortgeschrittenen

Planungsphase genaue Ermittlung des

Energiebedarfs

2. SystemwahlErste, 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. AnlagenplanungDimensionierung nach örtlichen geologischen,

hydrogeologischen und geothermischen Bedingungen

(Wärmeleitfähigkeiten der Gesteine)

5. AusführungWahl des geeigneten Bohrverfahrens (Berücksichtigung

Gesteinsverfestigung, Hydraulik (z.B. gespanntes

Grundwasser), Hohlräume, etc.)


Wasserwirtschaftliche Anforderungen



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Anforderungen werden in

Regelwerken, Leitfäden, oder

Merkblättern formuliert.

1.

Wasserwirtschaftliche

Beurteilungskriterien 2.

Umsetzung in die Fläche im

Informationssystem

Oberflächennahe Geothermie

3.


Geotechnische Risiken



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Hohlräume2.

Sulfatgesteine1.

Arteser3.

LfU: Gips, Anhydrit-Bohrkern

C. Landgraf: Arteser, Thüringen

Rhein. Merkur: Kamen

LfU: Staufen, Baden-Württemberg

Wikipedia: Muschelkalk


Geologie Metropolregion Nürnberg



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Geologie Metropolregion Nürnberg



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Thermische Nutzung des Untergrundes ist auf den ersten Grundwasserleiter beschränkt:=> Bohrtiefenbegrenzung


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.




Einstufungskriterien für Nutzungsmöglichkeiten Erdwärmesonden

• Die Bewertung der geologischen und

hydrogeologischen Einheiten erfolgt nach

wasserwirtschaftlichen und geotechnischen

Kriterien in drei Kategorien.


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)






Auslegung von Erdwärmesonden (Wärmeleitfähigkeit)

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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.



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Wie sieht die Wärmepumpe im Haus aus?

LfU: P. Seifert 2008

Broschüre Oberfl. Geothermie




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




Referenzanlagen Erdwärmekollektor


Referenzanlagen Erdwärmesonde



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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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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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Eine CO2-reduzierte Zukunft mit Geothermie!

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