Die tiefe Erdwärmesonde von Weggis (Kanton Luzern)

Anlagebeispiel
Die tiefe Erdwärmesonde von Weggis
(Kanton Luzern)
Eine vertikale Erdwärmesonde mit einer Tiefe von 2’300 m
Im Jahre 1994 wurde die ursprünglich zur Erschliessung von warmen
Tiefen­wässern angelegte Bohrung Weggis zur schweizweit tiefsten Erdwärme­
sonde ausgebaut. Seither versorgt die Erdwärmesonde ein Wohnquartier mit
Wärmeenergie.
Die aussergewöhnlich tiefe Erdwärmesonde, eine
der ersten dieser Länge, die in Europa installiert
wurden, erlaubt die Nutzung des Untergrundes
zur Beheizung von sechs Wohnbauten. Die
Installation der Erd­wärme­sonde wurde als ökonomisch vertretbar erachtet, weil das Risiko der
geothermischen Bohrung, die hinsichtlich der
Erschliessung von warmen Tiefenwässern als
Misserfolg taxiert werden musste, teilweise durch
die von 1987 bis 1997 geltende Bohr- und
Risikogarantie des Bundes abgefedert wurde.
Geschichtliches
In den Jahren 1992 und 1993 wurde die Geo­ther­
miebohrung Weggis in der Nähe von Luzern erstellt, um in beinahe 2’300 m Tiefe Heiss­wasser
mit einer geschätzten Temperatur von 70 °C zu
fassen. Trotz zahlreicher Tests und Unter­su­chun­
gen konnte jedoch kein nennenswertes Wasser­
vorkommen entdeckt werden. Das Bundesamt
für Energie, welches damals für geothermische
Bohrungen eine Risikogarantie stellte, beurteilte
die Bohrung Weggis schliesslich als Fehlschlag
und erstattete den Grossteil der Bohrkosten.
Es wurde beschlossen, die bestehende Bohrung
trotzdem nutzbringend einzusetzen und darin
eine tiefe koaxiale Erdwärmesonde zu installieren. Anfänglich verwendete man die gewonnene
Wärmeenergie hauptsächlich direkt, d. h. ohne
den Einsatz einer Wärmepumpe, für die Behei­
zung und Warmwasserversorgung von drei kleinen Mietshäusern.
Die Verwendung von Wärmepumpen, welche
auch die Beheizung älterer Gebäude ermöglichte,
hat die direkte Nutzung der Wärmeenergie inzwischen auf ein Minimum reduziert. Eine Er­
wei­­terung des Verteilernetzes erlaubte die Ver­sor­­
Standort und Umgebung der mit einer tiefen Erdwärmesonde ausgerüsteten Bohrung in Weggis (Quelle: Polydynamics Engineering)
gung von drei weiteren, erst nach der Inbetrieb­
nahme der Erdwärmesonde erbauten kleineren
Mietshäusern. Auf den Gebäude­dächern installierte Sonnenkollektoren unterstützen die Warm­
wasserproduktion zusätzlich und ver­bes­sern damit die Leistung der Wärme­pumpen.
Funktionsweise
Der Sondenteil, welcher am Wärmeaustausch
mit dem Untergrund beteiligt ist, befindet sich in
einer Tiefe von 1’780 bis 2’302 m, d. h. im ursprünglich nicht verrohrten Teil der Bohrung. Die
Wärmeträgerflüssigkeit in der Sonde wird durch
den Untergrund auf eine Temperatur zwischen
35 und 40 °C erwärmt und ist damit ungefähr
10 °C wärmer als beim Rückfluss aus dem Ver­
teilernetz. Das Tiefengestein weist eine Tem­pe­
ratur zwischen 55 und 70 °C auf. Der Tem­pera­
tu­r unterschied zwischen der Wärme­t rä­g er­
flüssigkeit und dem Untergrund wird beim
Durchfluss des Trägermediums in der Sonde
ausgenützt. Würde die Wärme­träger­flüssigkeit
stärker erwärmt, müsste der Durch­fluss in der
Einige Zahlen
Mit einer Arbeitsleistung von ca. 110 kW erbrachte die Erdwärmesonde seit
der Heizperiode 1994 – 1995 eine thermische Leistung von 240 MWhth. Durch
Rationalisierung und Ausweitung des Verteilernetzes gelang es schrittweise, in
der Heizperiode 2002 – 2003 einen Wert von beinahe 440 kWhth zu erreichen.
Zudem verringerte sich der Anteil der direkt genutzten Energie von 60 %
(Heizsaison 1994 – 1995) auf 8 % (Heiz­peri­ode 2002 – 2003).
Abhängig von der Temperatur zirkuliert die Trägerflüssigkeit in der koaxialen
Sonde mit einer Durchflussrate von 50 bis 104 Liter pro Minute.
Bohrloch und Bohrlochkopf der tiefen Erdwärmesonde in Weggis
(Quelle: Polydynamics Engineering)
Heizperiode 2002/2003
Wärme aus der Erdwärmesonde (EWS)
Anteil für Direktheizung
Nutzung für Wärmepumpen
Nutzung für die Warmwasser-Wärmepumpe
Nutzung für kombinierte Wärmepumpen
(Heizung und Warmwasser)
Verlust
Leistung der Sonnenkollektoren
Nettoenergie aus der EWS
Sonde schwächer sein, was eine verringerte
Leis­tung und höhere Wärmeverluste beim Auf­
stieg der Flüssigkeit zur Folge hätte.
Produktion gesamt
Total gelieferte Energie
Elektrische Energie
Bei der Mehrzahl der durch die Erdwärmesonde
versorgten Bauten in Weggis wird die Wärme­
trägerflüssigkeit zum Gebäude geleitet, wo die
Wärmeenergie an die Trägerflüssigkeit einer
Wärme­pumpe abgegeben wird. Je nach weiterem Verwendungszweck der Wärmeenergie erfolgt eine Anhebung der Temperatur durch die
Wärmepumpe. Für die Warmwasserproduktion
liefern die Wärmepumpen beispielsweise eine
Temperatur von 53 °C. Die Warmwasserboiler
sind deshalb mit einer elektrischen Zusatz­
heizung ausgestattet, mit welcher die Wasser­
Jahresarbeitszahl der EWS (JAZ)
Nutzungsgrad der EWS (COP)
Nutzungsgrad der Gesamtanlage
temperatur auf die gewünschten 55 bis 60 °C
angehoben werden kann.
Für Spitzenbelastungen wurde ebenfalls ein
Heizkessel mit einer Leistung von 96 kW ins­
talliert. Dieser musste jedoch noch nie benützt
werden.
Durch die tiefe Erdwärmesonde von Weggis beheizte Gebäude
(Quelle: Polydynamics Engineering)
Weitere Informationen
GEOTHERMIE.CH
Schweizerische Vereinigung für Geothermie SVG
www.geothermie.ch
Polydynamics Engineering Zürich
www.polydynamics.ch
Impressum
6/10
Herausgeberin: GEOTHERMIE.CH, Frauenfeld
Redaktion: SGNet, Neuchâtel
Schweizerischen Vereinigung für Geothermie SVG
Société Suisse pour la Géothermie SSG
Swiss Geothermal Society SGS
Energie [MWh]
438.3
33.4
159.1
43.6
149.7
52.5
-18.5
419.8
450.4
531.9
129.8
4.3
3.9
4.1