Geothermie - Taylor Wessing
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UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Geothermie Der Run auf die Claims in den Innenstädten Referent: Dr. rer. nat. Erich Mands Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Geothermie mit Schwerpunkt geothermische Anlagen zum Heizen und Kühlen UBeG GbR - Dr. E. Mands & Sauer Umwelt - Baugrund - Geothermie - Geotechnik Zum Boden 6, D-35580 Wetzlar, Tel.: 06441 212910 Email: [email protected] UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Was ist Geothermie? Definition: • Geothermische Energie ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde (Syn.: Erdwärme). Fumarole bei Kjölur, Island UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Grundlagen Im Innern der Erde sind unvorstellbare Energiemengen gespeichert. Sie fließen in einem ständigen Wärmestrom Richtung Oberfläche und entsprechen der Sonneneinstrahlung vieler Millionen Jahre. Diese Energie stammt aus zwei Quellen: zu etwa 30 % von der Ursprungswärme aus der Entstehung der Erde vor rund 4,5 Milliarden Jahren. zu etwa 70 % aus dem Zerfall natürlicher radioaktiver Isotope UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Grundlagen • Die gesamte thermische Leistung, die die Erde ständig abgibt, liegt hochgerechnet zwischen 38 und 43 TW (38-43 Mio. MW), ca. das 2,5-fache des Weltenergiebedarfs • Der geothermische (terrestrische) Wärme-fluß beträgt rund 0,03-0,20 W/m2, im Mittel etwa 0,06-0,07 W/m2 • Die Temperatur nimmt im weltweiten Mittel um rund 3 °C pro 100 m zur Tiefe hin zu UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Grundlagen Temperatur [°C] 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 0 30 60 90 120 150 180 0 In Mitteleuropa 2 nimmt pro 100 m Tiefe die 4 Erdtemperatur 6 durchschnittlich um 3°C zu. In Regionen 8 mit sogenannten 10 „geothermischen Anomalien“ steigt sie 12 noch wesentlich schneller. 3000 3300 Temperaturprofil Oberrheingarben January October April 14 July Data from 1988 16 -5 0 5 10 15 Temperature [°C] 20 25 UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Definition Definition: • Geothermische Energie ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde (Syn.: Erdwärme). • Die Unterscheidung zwischen Oberflächennaher Geothermie und Tiefer Geothermie wird bei einem Teufenbereich von rund 400 m getroffen UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Möglichkeiten der Nutzung 1. Tiefengeothermie a. Nutzung von heißen Tiefengeothermischen Wässern b. Enhanced geothermal Systems - Hot Dry Rock c. Supertiefe Erdwärmesonde 2. Oberflächennahe Geothermie a. geschlossene Systeme i. Erdwärmesonden ii. Horizontal Kollektoren iii. Erdberührende Bauwerkteile b. offene Systeme i. Brunnendublette ii. Seewassernutzung iii. Grubenwassernutzung UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik 1. Prinzip der Tiefengeothermie Hydrothermale Geothermieanlage Altheim +400 m N Strom Fernwärme S NN 0 m Quartär / Tertiär -500 m -1000 m -1500 m Oberkreide -2000 m Malm tiefere Schichten 1700 m Die Geothermie – Anlage Altheim in Österreich produziert ca. 1MW elek. und 8 MW therm. Leistung. UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Prinzip der oberflächenahen Geothermie Wärmepumpe 4 Teile Heizenergie) (1 Teil el. Energie) Wärmepumpe Heizung Arbeitszahl (3 Teile Erdwärme) Heizenergie Antriebsenergie UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Prinzip vieler großer geothermischen Anlagen, Speicherung der thermischen Energie im Untergrund (Underground Thermal Energy Storage – UTES) UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Grundwassernutzung, offenes System Wechsel-Speicher Durchfluß-Speicher Heizen und kühlen mit offenem System, direkte Nutzung von Grundwasser (ATES, Aquifer Thermal Energy Storage) UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Verkaufszahlen Wärmepumpen Mit erdgekoppelten System wurden (Wärmepumpen) WP wurden 2010 3,9 TWh (nur geothermischer Anteil, d.h. ohne den Antriebsstrom) gewonnen. Vergleich Tiefengeothermie hier wurden 0,3 TWh gewonnen. UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Bergrecht ….. UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Vorgehensweise 1. Beantragung eines Aufsuchungsfeldes 2. Aufsuchen des Bodenschatzes (Untersuchungen im Aufsuchungsfeld bezüglich Höffigkeit) 3. Berechnung der Größe des Bewilligungsfeldes (Simulation mit finiten Elementen) (Hier existiert keine Grenztemperatur, in der Regel wird 1 K° Unterschied zur natürlichen Temperatur für die Grenze angenommen) 4. Beantragung des Bewilligungsfeldes 5. Erstellen eines Betriebsplans zum Abbau des Rohstoffes 6. Förderung und Vermarktung des bergfreien Rohstoffes UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Beispiel Rheinbogen in Bonn (2004) S1 S1 S2 S2 F1 F2 F1 CONFLOW-Berechnung F2 Aquifer: 8m kf: 3,3 x 10e-2 m/s Regionaler GW-Fluß: 10m/a Richtung: 225° SW 2 x 15l/s Förderung 2 x 15l/s Reinjektion 0 0 50 100 250 500 750 1000 Lage des Bewilligungsfeldes Stand 2004 1250m 50 100 250 500 Projekt Nr.:047-057 Anlage: 8 Datum: 17.10.2003 750 1000 1250m UBeG GbR - Dr. Mands & Sauer Zum Boden 6 35580 Wetzlar Projekt: Bonn, VISIO Auftraggeber: Bonn Visio Immobilienverwaltung GmbH & Co. KG Ausbreitung der thermischen Front nach 50 Jahren Berechnung des thermischen Einflussgebietes mittels Conflow- Software UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Stand heute Die Bergämter von NRW haben beschlossen den § 4. Abs.2 BBergG „Versteckt“ im BBergG § 4, Abs. 2 BBergG steht: Gewinnen (Gewinnung) ist das Lösen oder Freisetzen von Bodenschätzen …; ausgenommen ist das Lösen oder Freisetzen von Bodenschätzen 1. in einem Grundstück aus Anlaß oder im Zusammenhang mit dessen baulicher oder sonstiger städtebaulicher Nutzung… so auszulegen, dass „in einem Grundstück“ bedeutet, dass die Bohrung auf dem Grundstück liegen muss egal ob die Wärme dem eigenen Grundstück oder benachbarten Grundstücken entzogen wird. UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Hyrogeologisches Temperaturtransportmodell Ohne Beeinflussung des (Wärmeentzug) aus dem Bewilligungsfeld Polizeipräsidium Mit Beeinflussung (Wärmeentzug) aus dem Bewilligungsfeld Polizeipräsidium UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik 2.) Bonner Bogen – Kameha Grand Hotel UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Beispiele Frankfurt Zur Nutzung der Erdwärme am Standort Westend Duo in Frankfurt hat die Hoch-Tief AG ein Bewilligungsfeld zur alleinigen Nutzung der Geothermie vom Bergamt Wiesbaden verliehen bekommen. Rücklauf Heizung Vorlauf Heizung Die Grenzen des Bewilligungsfeldes wurden dort festgelegt wo die Temperaturänderung durch den Wärmeentzug 1 K weniger als die natürliche Untergrundtemperatur beträgt. reversible Wärmepumpe Wärmetauscher (Wärmepumpe) Wärmetauscher Förderbrunnen Verpressbrunnen Quartär Tertiär AQUIFER Förderpumpe Filterstrecke ca. 85 - 140m Filterstrecke ca. 85 - 140m UBeG GbR Dr. E. Mands & M. Sauer - Zum Boden 6 - 35580 Wetzlar - www.ubeg.de Schema geothermische Grundwassernutzung Tower 24 UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Konflikt Bewilligungsfeld / § 4 BBergG. UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Beispiel Frankfurt Feld Tower 24 Temperaturen UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Konflikt Bewilligungsfeld / § 4 BBergG. Zur Nutzung der Erdwärme sollen am Standort des geplanten BV Erdwärmesonden errichtet werden. Die Sonden sollen ca. 80m tief in den Untergrund einbinden. Die Filter der Brunnenanlage am Westend Duo beginnen erst ab dieser Tiefe Die Entfernung zwischen den Zentren der beiden Anlagen ist ca. 150m. Lage BV mit angedachter Geothermienutzung Westend Duo Geplantes BV Heizung in MWh/a 1058 geplant ca. 750 Kühlung in MWh/a 913 geplant ca. 320 Differenz Heizen / Kühlen 145 430 UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Konflikt Bewilligungsfeld / § 4 BBergG. Die Nutzung der Geothermie für geplanten BV soll auf dem eigenen Grundstück stattfinden, alle Erdwärmesonden befinden sich auf dem Areal des Bauträgers. Alle Erdwärmesonden weisen einen Abstand von 5m zur Grundstücksgrenze auf. Es wurde ein Antrag zur Errichtung von 110 Erdwärmesonden mit einer Tiefe von 80m gestellt. Der Antrag wurde abgelehnt, da sich das Erdwärmesondenfeld innerhalb des Bewilligungsfeldes Tower 24 befindet. Auf Nachfrage wurde erläutert, dass es sich nicht um eine Nutzung auf dem eigenen Grundstück handelt. Es muß der Nachweis erbracht werden, dass der Wärmeentzug nicht die Grundstücksgrenzen überschreitet. Analog zur Erstellung der Grenzen des Bewilligungsfeldes Tower 24 wurde angeführt, dass die Temperaturen an der Grundstücksgrenze des geplanten BV < 1 K zur natürliche Untergrundtemperatur eingehalten werden sollen. Der Antrag wurde trotzdem abgelehnt, da man in diesem Fall nicht mit 1 K sondern mit 0K rechnen müßte. Im übrigen ( so wurden wir aufgeklärt) gilt die nach der neusten Verordnung (Staatsanzeiger Hessen) generelle Abstandsregelung von 5m zur Grundstücksgrenze nur für Anlagen bis 30 KW. UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Konflikt Bewilligungsfeld / § 4 BBergG. ca. 80m ca. 100m Nach der Simulation für eine 30 KW-Anlage (reine Heizung, keine Kühlung) reicht die Temperaturausdehnung (1K) weit über die Grundstücksgrenzen eines normalgroßen Grundstückes hinaus. Die Forderung der Behörden wurde sogar mit 0K festgelegt. (physikalisch unmöglich) UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Weiterer Behördenmarathon Entsprechend Staatsanzeiger April 2010 wurde exemplarisch eine Anlage mit 30 KW für das gleiche BV beantragt. Die Anlage wurde abgelehnt mit der Begründung, dass nur „in der Regel davon auszugehen ist“, dies aber nicht die Regel sei. Eine Belegung der Kellerwände mit Erdwärmetauschern wurde ebenfalls abgelehnt, da dass Grundwasser hoch steht und dadurch das Gleiche gilt wie bei einer 30KW Anlage. UBeG Umwelt Baugrund Geothermie Geotechnik Fazit: Dem Grundstückseigentümer wurde das Recht auf Nutzung der Ressource Erdwärme auf dem eigenen Grundstück verweigert. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
