Wärme aus der Tiefe - Geothermie für das SuperC Erdwärme

Wärme aus der Tiefe Geothermie für das SuperC
Ökologisch beispielhaft die Erdwärmesonde des SuperC
Sattel und Mulde eine Aachener „Spezialität“
Erdwärme ist eine heimische, regenerative Energiequelle, deren Nutzung einen
wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen und klimaschonenden Energieversorgung leisten wird.
Die Energieversorgung des SuperC erfolgt durch eine tiefe Erdwärmesonde.
Das Funktionsprinzip einer Erdwärmesonde ist sehr einfach: Kaltes Wasser
wird in die Tiefe gepumpt, erwärmt sich langsam am Gestein und steigt dann,
erhitzt auf ca. 70 °C, vom tiefsten Punkt der Bohrung über ein isoliertes Förderrohr in der Mitte der Bohrung wieder an die Erdoberfläche.
Im Untergrund von Aachen befinden sich vorwiegend Gesteine aus dem
Erdaltertum (Paläozoikum): sandige Tonsteine, Sandsteine und Kalksteine
sowie - im Bereich der Bohrung - dünne Kohlenflöze. Sie wurden vor 320
bis 370 Mio. Jahren nördlich des entstehenden Rheinischen Schiefergebirges als Sande, Tone und Kalke abgelagert. Im Verlauf der Gebirgsbildung
des Schiefergebirges wurden die Schichten gefaltet. Es entstanden die
geologischen Strukturen der „Inde Mulde“ und des „Aachener Sattels“
sowie zahlreiche kleinere Sättel und Mulden.
Die RWTH erforscht seit langem regenerative Energien und steht nun vor
ihrem bisher größten „Selbstversuch“ auf dem Gebiet der Geothermie. Für
das direkt im Stadtzentrum geplante Studentische Servicecenter „SuperC“
sollen die natürlichen Erdwärmevorkommen im Untergrund gleich zweifach
genutzt werden: Im Winter wird das Gebäude per Erdwärme beheizt, im
Sommer gekühlt. Dazu wird im Jahr 2003 auf dem zukünftigen Bauplatz
neben dem Hauptgebäude der RWTH Aachen eine etwa 2.500 m tiefe Bohrung erstellt.
Erdwärme eine unerschöpfliche Energiequelle
Die im Erdkörper vorhandene Wärmemenge übersteigt den Energiebedarf
der Welt um ein Vielfaches. Sie stammt zum Teil noch aus der Zeit der Entstehung der Erde vor rund 4 Mrd. Jahren, bildet sich aber auch fortlaufend neu
durch natürliche Prozesse im Erdkern, -mantel und in der Erdkruste. Die Aktivität der Vulkane auf Island, in Italien oder rings um den pazifischen Ozean
läßt die unvorstellbare Größe des Energiepotentials im Erdkörper erahnen.
Die geplante Erdwärmesonde wird bei einer
Zielteufe von etwa 2.500 m eine Leistung im
Bereich von 450 KW erreichen. Rund 80 % des
Wärme- und Kältebedarfs des SuperC-Gebäudes können damit abgedeckt werden - das
entspricht etwa der Wärmemenge, die 200 Einfamilienhäuser benötigen würden. Die RWTH
vermeidet so jährlich den Ausstoß von mehr
als 300 t CO2, die anderenfalls durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Erdöl, Erdgas,
Stein- oder Braunkohle) in die Atmosphäre gelangen würden.
Wärme
Einsparung
ca. 80%
Kälte
In unseren Breiten ist diese Energie ebenfalls vorhanden, auch wenn die Vulkane z. B. in der Eifel schon seit mehr als 10.000 Jahren nicht mehr aktiv sind.
Die Temperatur des Gesteins wächst durchschnittlich um 33 °C/km, so daß in
2 bis 2,5 km Tiefe auch im Untergrund von Aachen Gesteinstemperaturen
von 70 bis über 85 °C zu erwarten sind. Diese Energie kann zur Wärmeversorgung von Gebäuden genutzt werden. Sie ist ganzjährig und überall verfügbar
und kann nahezu CO2-frei gewonnen werden.
Strom
Strom
Konventionelle
Versorgung
ErdwärmeKonzept
Durch den Temperaturunterschied zwischen Gestein und Sondenwasser
kommt im Umfeld der Bohrung ein Wärmetransport in Gang. Das bedeutet,
Wärme fließt aus dem umgebenden Gestein in Richtung der Bohrung. Nach
mehreren Jahren stellt sich in einem Radius von weniger als 250 m ein konstantes Temperaturgefälle ein. Dieses Gefälle gewährleistet einen kontinuierlichen
Wärmezufluß und eine dauerhafte Nutzung der Bohrung zur Versorgung des
SuperC-Gebäudes.
Nahezu gleichzeitig bildete sich etwa am Übergang zwischen Sattel und
Mulde die „Aachener Überschiebung“: Gesteine der Inde Mulde wurden
nach Norden auf die des Aachener Sattels ge- bzw. überschoben.
Entlang dieser Überschiebung strömt das Thermalwasser unter natürlichem
Druck an die Oberfläche, nachdem es zuvor durch Erdwärme in der Inde
Mulde erhitzt wurde. Deshalb befinden sich entlang der Überschiebung
innerhalb der Stadt Aachen zwischen Bushof und Karlsgraben zahlreiche
Thermalquellen. Das heiße Wasser wird heute allerdings nur unterirdisch
gefördert, so daß ein wichtiges Wahrzeichen des Aachener Stadtbildes
leider unsichtbar bleibt.
Die Kurbäder 2.000 Jahre Aachener Geschichte
Geothermie auch ohne Thermalwasser
Die Nutzung von Erdwärme hat in Aachen Tradition: Aus mehr als 30
Quellen gelangt das Thermalwasser in der Stadt an die Erdoberfläche. Die
Aachener Thermalquellen sind die heißesten Quellen nördlich der Alpen
und werden seit mehr als 2.000 Jahren zu Heil- und Badezwecken genutzt. Die ersten Thermalbäder Aachens bauten die Römer, die der Stadt
den Namen „Aquae Granni“ gaben - übersetzt „an den Wassern des
Grannus“, der ein zu Römerzeiten verehrter keltischer Gott war. Berühmtheit erlangten die heißen Quellen schon zur der Zeit Karls des Großen,
und seit Mitte des 17. Jahrhunderts entwickelte sich die Stadt zu einem
der führenden Kurbäder Europas.
Auch aus ökologischer Sicht gilt es, die natürliche Reinheit des Thermalwassers durch ein ganzheitliches Verständnis der geologischen Zusammenhänge
zu bewahren.
Heute werde jährlich etwa 8.000 Patienten in den Aachener Kurkliniken
behandelt. Die 2001 eröffneten Carolus Thermen erfreuen sich mit 400.000
Besuchern jährlich höchster Beliebtheit - die traditionelle Nutzung der
Erdwärme in Form von Thermalwasser ist also nach wie vor ein beachtlicher
Wirtschaftsfaktor in der Stadt.
Das Aachener Geothermie-Projekt leistet hier einen nicht unerheblichen Beitrag und verbindet den Schutz der Thermalquellen mit der Nutzung einer
zukunftsweisenden Energiequelle. So führte gerade der Schutz der hydrogeologischen Besonderheiten in Aachen zu einem Verfahren, das unabhängig
von der Beschaffenheit des Untergrundes ist. Im Gegensatz zu anderen Projekten in Deutschland setzen die Aachener auf die Gesteinswärme im Umfeld
der Bohrung und lassen das Thermalwasser unberührt.
Der äußere Stahlmantel der Erdwärmesonde ist daher in besonders wärmeleitenden Bohrzement eingegossen. Zusätzlich schützt diese Hülle die Sonde
vor Korrosion durch das stark salzhaltige Thermalwasser und verhindert gleichzeitig das Eindringen von Heizungswasser in den Untergrund.
Aufgrund des Konstruktionsprinzips einer solchen in sich geschlossenen
Erdwärmesonde können diese Systeme weitgehend unabhängig von den
Verhältnissen des geologischen Untergrundes immer dort erstellt werden,
wo lokal Wärmebedarf besteht. Die RWTH, ihre Projektpartner sowie die Förderer des Vorhabens zeigen damit beispielhaft, wie beim Bau moderner oder bei
der Sanierung bestehender Bürogebäude auch in zentraler, innerstädtischer
Lage ein aktiver Beitrag zum Klimaschutz durch den Einsatz erneuerbarer Energien geleistet werden kann.
(Quelle: Carolus Thermen)
Kontakt
Projektgruppe SuperC Geotherm
am Institut für Markscheidewesen
Wüllnerstraße 2 . 52062 Aachen
Tel:
0241 - 809 5690
Fax:
0241 - 809 2150
eMail: [email protected]
Home: www.superc.rwth-aachen.de
(Quelle: Carolus Thermen)
Gefördert durch:
Geologie
in Aachen Geothermie für
das SuperC
Erdwärmeversorgung des Servicecenters der RWTH