Geothermie,

eine Perspektive für

Schleswig-Holstein

Landesamt für

Natur und Umwelt

des Landes

Schleswig-Holstein

Herausgeber:Landesamt fürNatur- und Umweltdes LandesSchleswig-HolsteinHamburger Chaussee 2524220 Flintbeck

Titelgrafik:Landesamt fürNatur- und Umweltdes LandesSchleswig-HolsteinHamburger Chaussee 2524220 Flintbeck

Herstellung:Pierwitz Druck & Design

Oktober 2001

ISBN:3-923339-67-4

Diese Broschürewurde ausRecyclingpapierhergestellt.

Diese Druckschrift wird imRahmen der Öffentlich-keitsarbeit der Schleswig-holsteinischen Landes-regierung herausgegeben.Sie darf weder von Parteiennoch von Personen, dieWahlwerbung oder Wahl-hilfe betreiben, im Wahl-kampf zum Zwecke derWahlwerbung verwendetwerden. Auch ohne zeit-lichen Bezug zu einer bevor-stehenden Wahl darf dieDruckschrift nicht in einerWeise verwendet werden,die als Parteinahme derLandesregierung zugunsteneinzelner Gruppen verstan-den werden könnte. Den Par-teien ist es gestattet, dieDruckschrift zur Unterrich-tung ihrer eigenen Mitgliederzu verwenden.

Die Landesregierung und das LANU jetzt auchim Internet:http://www.schleswig-holstein.de/landshhttp://www.lanu.landsh.de/

Inhalt

Geothermie - eine Perspektive für Schleswig-Holstein

Oberflächennahe Geothermie

• Modernes Raumklima aus der Erde 7• Oberflächennahe Geothermie in Schleswig-Holstein,

Technologiebeispiele und Erfahrungen 9• Geologische Rahmenbedingungen für die Entnahme

und Speicherung von Wärme im Untergrund 14

Hydrothermale Geothermie

• Das geothermische Potential in Schleswig-Holstein 18• Hydrothermale Geothermie: Tiefenwasser als Heizwasser -

Technologie - Beispiele - Erfahrungen 28• Wirtschaftliche und ökologische Aspekte bei der Nutzung

der Erdwärme des tiefen Untergrundes 32• Zukunftsperspektiven: Strom aus der Erde 38

Rechtliche und förderpolitische Rahmenbedingungen

• Durchführung erforderlicher wasserrechtlicherVerfahren zur Nutzung der Erdwärme 46

• Finanzielle Unterstützung zur Errichtunggeothermischer Anlagen 54

Anschriften der Autoren 55

Die Geothermie, also die Nutzung der Erd-wärme, ist in Schleswig-Holstein beinahenoch ein Fremdwort. Um eine sichere undumweltschonende Energieversorgungauch in Zukunft zu gewährleisten, müssenaber alle regenerativen Energiequellenverfügbar gemacht werden können. Dahersoll in dieser Broschüre auf diese bisher inSchleswig-Holstein noch kaum oder nichtgenutzte, im Untergrund unseres Landesverborgene Energieressource aufmerksamgemacht und ihre Anwendungsmöglich-keiten vorgestellt werden.

Gegenwärtig besteht eine Überflusssituati-on bei der Energieversorgung. Erdöl undErdgas stehen scheinbar in Hülle und Füllezur Verfügung, -und zwar zu relativ günsti-gen, wenn auch in letzter Zeit etwas stei-genden Preisen. Dabei wissen wir, dassdie fossilen Energievorkommen ohne Aus-nahme endlich sind, sie erneuern sichnicht. Es ist zu erwarten, dass der steigen-de Energiebedarf in dem beginnendenJahrhundert nicht mehr durch fossile Ener-gien gedeckt werden kann. Schon heutewird das Verhältnis der noch verfügbarenReserven zu den Fördermengen immerungünstiger, immer kleiner. Es wird alsolangfristig mehr gefördert als neu dazuentdeckt und erschlossen wird. Der Welt-bedarf an Energie hat zwischen 1968 und1990 um 80% zugenommen und wächstauch weiterhin schneller als die Weltbevöl-kerung. Dabei nimmt die Anzahl der poten-tiellen Verbraucher unvermindert zu:gegenwärtig leben etwa 6 Milliarden Men-schen mit steigenden Ansprüchen aufunserem Planeten, jährlich kommen unge-fähr 100 Millionen hinzu.

Der dadurch steigende Energiebedarfbedingt eine vermehrte Verbrennung vonfossilen Energierohstoffen und damit eineweiterhin stark steigende CO2-Emission.Allein in der Bundesrepublik Deutschlandsind es zur Zeit jährlich knapp 1 MilliardeTonnen CO2, weltweit mehr als 22 Milliar-den Tonnen CO2. Dieses führt zu einemkontinuierlichen Anstieg des CO2-Gehaltesin der Atmosphäre mit entsprechenderVerstärkung des natürlichen Treibhaus-Effektes. Die Bundesregierung hat sichzum Ziel gesetzt, die CO2-Emissionen bis

zum Jahr 2005 um 25% - bezogen auf dasJahr 1990 - zu senken. Es gilt daher auch inSchleswig-Holstein, alle verfügbaren alter-nativen Energiepotentiale nutzbar zumachen, um dieses ehrgeizige Ziel zuerreichen.

Die in Schleswig-Holstein erschließbareGeothermische Energie ist vor allem zurBereitstellung von Raum- und industriellerProzesswärme geeignet. Der Wärmemarktist für die CO2-Einsparung von besondererBedeutung, da hier über 50% der Primär-energie eingesetzt werden. Da das Aufko-men an geothermischer Energie von denjeweiligen Witterungsbedingungen undder Tageszeit unabhängig ist, ist die geo-thermische Energie wie keine andere rege-nerative Energieform zur Deckung derGrund- und Mittellast auf dem Wärme-markt in der Lage.

Der Beitrag der Geowissenschaften zurNutzung regenerativer Energiepotentialebesteht darin, den Zugang zur Geothermi-schen Energie möglich zu machen. Dieunter den geologischen Gegebenheitendieses Landes realisierbaren Anwendungs-formen bestehen in der Nutzung der"Oberfächennahen Geothermie" in denobersten hundert Metern sowie der "Hyd-rothermalen Geothermie", für die ein Tie-fenbereich von etwa 2000 bis 3000 merschlossen werden muss. Die Gliederungder Broschüre folgt dieser Tiefeneintei-lung.

Die ersten drei Beiträge befassen sich mitder oberflächennahen Geothermie, bei derdas Erdreich auch als Speichermedium fürSonnenwärme dient. Eine kurze Ein-führung in die geothermische Energienut-zung liefern Reinhard Kirsch und Paul-Friedrich Schenck in ihrem Beitrag"Modernes Raumklima aus der Erde". Indem Beitrag von Wolfgang Storm "Ober-

flächennahe Geothermie in Schleswig-Hol-

stein -Technologiebeispiele und Erfahrun-

gen-" werden bereits realisierte Projektezur Beheizung von Einzelhäusern mit hori-zontal im Boden verlegten Erdkollektorensowie vertikalen Erdwärmesonden mitnachgeschalteter Wärmepumpe vorge-stellt. Daran anschließend beschreibt

Geothermie, eine Perspektive für

Schleswig-Holstein

3

Sven Christensen,

Paul-Friedrich

Schenck und

Reinhard Kirsch

Reinhard Kirsch in seinem Beitrag "Geolo-

gische Rahmenbedingungen für die Ent-

nahme und Speicherung von Wärme im

Untergrund mit Erdsonden" die Anforde-rungen an die thermischen Eigenschaftendes Untergrundes für eine erfolgreicheAnwendung der oberflächennahen Geo-thermie. Darüber hinaus stellt er die geo-wissenschaftlichen Erkundungsmöglich-keiten vor, durch die diePlanungssicherheit bei derartigen Projek-ten erhöht wird. Hierbei kann auch dasLandesamt für Natur und Umwelt, Abtei-lung Geologie und Boden, beratend tätigwerden.

Während die Nutzung der Oberflächen-nahen Geothermie für die Beheizung vonEinzelhäusern und Siedlungen sowie zurKühlung technischer Anlagen nahezu überall im Land mit vertretbarem Aufwandrealisiert werden kann, erfordert die Nutzung Hydrothermaler Geothermieeinen erheblichen Investitionsaufwandund ist aufgrund der geologischen Voraus-setzungen auch nicht überall im Lande ein-setzbar.

In einem einleitenden Kapitel "Das geo-thermische Energiepotential in Schleswig-Holstein" befasst sich Paul-FriedrichSchenck mit der räumlichen Verbreitungvon geeigneten geologischen Formationenzur geothermischen Nutzung und stellt diein ihnen ausgebildeten nutzbaren Wärme-potentiale dar. Gute Nutzungsmöglichkei-ten ergeben sich vor allem im Raum Kiel -Eckernförde sowie im östlichen Hambur-ger Randbereich.

Aus dem geologisch ebenso wie Schles-wig-Holstein zum Norddeutschen Beckengehörenden Mecklenburg-Vorpommernstellt Herbert Schneider in seinem Beitrag"Hydrothermale Geothermie: Tiefenwas-

ser als Heizwasser - Technologie, Beispie-

le, Erfahrungen" an bereits realisiertenProjekten die zur Nutzung der großen Erd-wärmepotentiale entwickelte Technologievor. Außerdem weist er auf Nachnutzungs-möglichkeiten von bereits verfüllten Auf-schlussbohrungen der Erdölindustrie hinund stellt die Verwendung einer Tiefboh-rung als "Tiefe Erdwärmesonde" vor.

In seinem Beitrag "Wirtschaftliche und

ökologische Aspekte bei der Nutzung der

Erdwärme des tiefen Untergrundes" gehtErnst Huenges auf Fragen der Wirtschaft-lichkeit derartiger Projekte ein. Er zeigt auf,wie eng die Wirtschaftlichkeit mit dernatürlichen Ausstattung der zu nutzenden

Ressource und mit der technischen Ausle-gung der Heizanlagen verknüpft ist. Daranschließt sich eine ökologische Bilanzierunghydrothermaler Heizanlagen an.

Eine Zukunftsperspektive stellt die Strom-erzeugung mit hydrothermaler Geother-mie dar. Neuentwickelte Turbinensysteme,die von Joachim Paul in seinem Beitrag"Strom aus der Erde" vorgestellt werden,lassen sich auch mit Temperaturen vonweniger als 100 °C betreiben und könntenso beispielsweise eine ganzjährige Ausla-stung Hydrothermaler Systeme zur Erd-wärmenutzung ermöglichen. Nachdemdas "Gesetz für den Vorrang erneuerbarerEnergien (EEG)" auch für Strom aus geo-thermischer Erzeugung eine Abnahmever-pflichtung für die Energieversorger zu fest-gesetzten Preisen festschreibt, kommtdieser Form der Stromerzeugung eine ver-stärkte ökonomische Bedeutung zu.

Die beiden abschließenden Beiträge beziehen sich dann wieder auf denGesamtbereich der Geothermie. Ernst-Adolf Nahnsen stellt die wasser- und berg-rechtlichen Genehmigungsverfahren fürdie Nutzung geothermischer Energie darund weist einen Weg durch den Paragra-phendschungel. Hans Eimannsberger gibteine Übersicht über die mögliche "Finanzi-

elle Unterstützung zur Errichtung

geothermischer Anlagen".

Zusammenfassend lässt sich feststellen,dass im Untergrund Schleswig-Holsteinsgroße an Heißwasser gebundene Energie-ressourcen vorhanden sind und dass dieTechnologie zu ihrer Erschließung ent-wickelt und erprobt ist. Wenn man denSchritt zur konsequenten Umsetzungmachen will, sind trotz der positiven Bei-spiele aus Mecklenburg-Vorpommernauch Demonstrationsobjekte hier erforder-lich, um die Übertragbarkeit der Erkennt-nisse aus dem nordöstlichen Teil desNorddeutschen Beckens auf den AnteilSchleswig-Holsteins nachzuweisen. Damehrere Jahre Vorlauf zur Umsetzungerforderlich sind, sollte die Weichenstel-lung dafür möglichst kurzfristig erfolgen.

Auch die Einführung und Verbesserunganderer Energietechnologien ist nicht von"heute auf morgen" ohne ideellen undmateriellen Beistand der Politik aus Bundund Land erfolgt, so sollte auch dieseTechnologie wenigstens eine Starthilfegewährt bekommen.

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Ein erster praktischer Schritt auf demWege zur Nutzung der Erdwärme könnteeine Zusammenführung von Wärme-Ange-botspotentialen im Untergrund und Wär-me-Nachfragepotentialen im Lande sein,dazu ist eine Kartierung, d.h. Erfassungund kartenmäßige Darstellung, von bereitsbestehenden (Fern- bzw. Nah-)Wärmenet-zen, in die beispielsweise ohne große Auf-wendungen für eine neue InfrastrukturErdwärme eingespeist werden könnte,erforderlich. Hierfür ist insbesondere dieMitarbeit von Energieversorgern in Stadtund Land gefragt.

Für eine weitere Entwicklung der Nutzungregenerativer Energien ist eine ergänzendeZusammenarbeit verschiedener Nutzungs-formen erforderlich, um die jeweiligenpositiven Seiten der eingesetzten Verfah-ren voll nutzen zu können. Ein Beispieldafür könnte die saisonale Speicherungvon Wärmeüberschüssen aus der Solar-thermie oder aus Blockheizkraftwerken inErdwärmespeichern sein.

Einer weitergehenden Nutzung der Erd-wärme stehen unter anderem Informati-onsdefizite entgegen, die beseitigt werdensollten. Wir freuen uns daher, für dieseBroschüre Vertreter aus Wirtschaft, Wis-senschaft und Verwaltung von Land undKommunen als Autoren gewonnen zuhaben und so einen Anstoß für eine wei-terführende und vertiefende Beschäftigungmit dem Thema Geothermie liefern zu kön-nen.

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Man muss nicht in Vulkangebieten lebenoder bis in große Tiefen bohren, um dieErdwärme nutzen zu können. Betrachtetman den Temperaturverlauf in den ober-sten Metern, so ist bereits in einer Tiefevon etwa 15 m eine Temperatur von unge-fähr 10°C erreicht, und zwar unabhängigvon der Jahreszeit (Abbildung 1). Daruntererfolgt dann ein allmählicher Temperatur-anstieg von etwa 3 °C/100 m entsprechenddem geothermischen Gradienten. DieTemperatur im oberflächennahen Unter-grund liegt also im Winter oberhalb undim Sommer unterhalb der Oberflächen-temperatur.

Diese Temperaturdifferenz kann für Heiz-und Kühlzwecke ausgenutzt werden,wobei ein Wärmetauscher im Untergrunderforderlich ist. Dieser kann beispielsweisedurch ein Leitungssystem in einem Bohr-loch realisiert werden, in dem Wasser odereine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert, dasdie Temperatur des Untergrundesannimmt. Derartige Systeme werden alsErdwärmesonden bezeichnet. Besonderskostengünstig lassen sich die Erdwärme-sonden installieren, wenn bei unzureichen-der Tragfähigkeit des Untergrundes einePfahlgründung erforderlich wird und indiese die Wärmetauscherrohre integriertwerden können (Abbildung 2). DerartigeErdwärmesonden werden als Energiepfäh-le bezeichnet.

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Abbildung 1:Temperaturverlaufim oberflächenna-hen Untergrund inden MonatenFebruar, Mai,August undNovember

Oberflächennahe Geothermie

Modernes Raumklima aus der Erde

Paul-Friedrich

Schenck und

Reinhard Kirsch

Abbildung 2:Einbau eines Energiepfahls auf einer Bau-stelle (Foto: Zent-Frenger Gesellschaft fürGebäudetechnik mbH, Neu Wulmstorf)

Mit Erdwärmesonden lassen sich folgendeArten der Raumklimatisierung realisieren:

• Heizen im Winter und/oder Kühlen imSommer

• Einspeisung von Überschusswärme imSommer in den Untergrund und Entnah-me als Heizenergie im Winter.

Über praktische Erfahrungen mit Erdwär-mesonden für Heizzwecke berichtet derBeitrag von Wolfgang Storm ab Seite 9.

Im folgenden wird kurz auf die sehr effekti-ve Technik der Wärmespeicherung imUntergrund eingegangen.

Ein besonders energieeffizienter Einsatzoberflächennaher Geothermie ist durch dieEinspeisung von Überschusswärme imSommer möglich. In Abhängigkeit von denUntergrundverhältnissen, der Sondenkon-figuration sowie der Anlagengröße sindWirkungsgrade von 50 - 70 % möglich. AlsWärmequellen im Sommer sind dabeidenkbar:

• Abwärme von technischen Anlagen• Abwärme bei Blockheizkraftwerken

(Kraft-Wärme-Kopplung) • Wärme aus Solarkollektoren • Raumwärme bei Nutzung der Erdwärme-

sonden zur Kühlung• Verkehrsflächen (Straßen, Brücken, Park-

plätze, Flughäfen) mit Horizontalkollekto-ren (siehe Beitrag von Wolfgang Storm),die so gewonnene Wärme kann beispiels-weise im Winter zur Verhinderung vonEisbildung genutzt werden.

Für die Anwendung von Wärmespeiche-rung ergibt sich ein starkes Innovationspo-tential, wobei die zur Realisierung erfor-derlichen technischen Komponenten(Bohrtechnik, Energiepfähle, Niedertempe-raturheizung, Kühldecken) weitgehendvorhanden und erprobt sind. Der Einsatzdieser modernen Technologie zur Raumkli-matisierung ist bei der Erweiterung desPlenarsaales des Schleswig-HolsteinischenLandtages in Kiel vorgesehen.

Die Leistungsfähigkeit von Anlagen zurEntnahme oder Speicherung von Wärme-energie hängt von den thermischen Eigen-schaften des Untergrundes wie Wärmeleit-fähigkeit oder Wärmekapazität ab. Hiermitbefasst sich der Beitrag von Reinhard

Kirsch ab Seite 14.

Die Effizienz der oberflächennahen Geo-thermie zur Reduzierung von CO2-Emissio-nen wird in Abbildung 3 deutlich. Hier istfür unterschiedliche Systeme zur Gebäu-deheizung die CO2-Emission pro thermi-scher Leistungseinheit aufgeführt und esergeben sich für erdgekoppelte Wärme-pumpen lediglich 45% der Emissionen imVergleich zur Ölheizung und 70% im Ver-gleich zur modernen Gasbrennwerthei-zung.

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Abbildung 3:Vergleich der CO2-Emissionen unterschiedlicher Heizungssysteme (nach UBeG, Wetzlar)

Bei der Nutzung oberflächennaher Erdwär-me wird dem Untergrund in Tiefen bismaximal 200 m Wärmeenergie entzogen.Die Temperatur in diesem Tiefenbereichbeträgt, weitgehend unabhängig von derJahreszeit, 10 - 16°C. Zur Beheizung vonRäumen ist daher zusätzlich der Einsatzvon Wärmepumpen erforderlich.

Das Prinzip eines solchen Verfahrens ist inAbbildung 1 gezeigt. Der Wärmeaustauschin der Sonde erfolgt entweder über ein U-oder ein Koaxialrohr mit gutem Kontaktzum umgebenden Erdreich. Als Wärmeträ-ger dient ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch, das als Sole bezeichnet wird. DieErdwärmesonde kann sowohl horizontalals auch vertikal angeordnet sein (Abbil-dung 2). Bei tiefgegründeten Bauwerkenkönnen die Gründungspfähle mit Wärme-

übertragerrohren ausgestattet sein, dieseAnordnung wird als Energiepfahl bezeich-net.Durch derartige Erdsonden kann demUntergrund im Winter Wärme entzogenwerden, sie können aber umgekehrt auchim Sommer zur Kühlung eingesetzt wer-den. Grundsätzlich sind 4 Einsatzartenmöglich:

• nur Heizen• nur Kühlen• Kühlen im Sommer und Heizen im Winter• Einspeisung von Überschusswärme

(Abwärme aus Blockheizkraftwerken,Sonnenwärme aus Solarkollektoren) imSommer und Heizen im Winter.

Dabei stellen die beiden ersten Variantendie einfachsten Einsatzarten dar. Beson-ders energiegünstig erscheinen die kombi-nierten Einsatzarten, insbesondere dieWärmeeinspeisung im Sommer und dieEntnahme von Heizwärme im Winter. DerWirkungsgrad derartiger Anlagen hängtallerdings stark von den lokalen geologi-schen Gegebenheiten am Standort ab.Eine Pilotanlage wird zur Zeit in Neckar-sulm errichtet. Es wird für einen Erdwär-mespeicher, in den im Sommer Über-schusswärme aus Solarkollektoreneingespeist wird, ein Wirkungsgrad von50% erwartet.

Im folgenden werden einige in Schleswig-Holstein betriebene Erdwärmeheizanlagenvorgestellt. Es handelt sich hierbei umhorizontal und vertikal verlegte Erdson-densysteme. Abschließend wird derBetrieb von Wärmepumpen mit elektri-schem Antrieb oder Antrieb über einenDieselmotor behandelt.

Oberflächennahe Geothermie in

Schleswig-Holstein

-Technologiebeispiele und Erfahrungen-

9

Wolfgang Storm

Abbildung 1:Prinzip einer Behei-zungsanlage mitErdwärmesonden(nach KALT-SCHMITT et al.1999)

Abbildung 2:horizontal und vertikal verlegte Erdwärmetauscher (nach KALT-SCHMITT et al. 1999)

Erdreichwärmetauscher-

anlagen mit horizontal

verlegten Erdwärmesonden

Die Firma Joh. Storm GmbH & Co. KG,Rendsburg, hat seit 1979 ungefähr 20 Wär-mepumpenanlagen mit horizontalen Erd-reichwärmetauschern installiert. DieseAnlagen sind alle noch in Betrieb.Aus 5 Anlagen sind Betriebsdaten übereinen Zeitraum von ungefähr 3 Jahren vor-handen, so dass auf Grund dieser Auf-zeichnungen relativ genaue Aussagen zuden technischen Möglichkeiten der Wär-megewinnung aus horizontalen Erdreich-wärmetauschern gemacht werden können.Die Verlegung eines Erdwärmetauschersist in Abbildung 3 gezeigt. Aus denBetriebserfahrungen ergab sich, dass dieLage des Erdreichwärmetauschers vongroßer Bedeutung für die Effektivität derAnlage ist. Er darf möglichst nicht beschat-tet und auf keinen Fall überbaut werden,

da ganz offensichtlich die Wärme fast aus-schließlich durch Sonne und Regen in dieErde gelangt. Sehr negative Erfahrungenwurden bei überbauten Wärmetauschernvor allem beim Aufstellen von Fertiggara-gen, Betonplatten, Terrassen und Garten-häusern gemacht, da unter diesen Aufbau-

ten unter bestimmten Bedingungen Eisbil-dungen entstanden, die im Frühjahr beimWiederauftauen zu Verwerfungen an derErdoberfläche führten.

Ähnliche Erfahrungen haben sich auch indem Vergleich Neuanlage und Altanlagenach etwa 10 Jahren Betriebszeit ergeben,wenn durch Baumbewuchs und Begrü-nung oder durch später gebaute Nachbar-häuser der Erdwärmetauscher dauerndbeschattet wurde.

Einen weiteren starken Einfluss hat dieVerlegeart des Wärmetauschers. Dabeiwurden Erfahrungen mit Verlegetiefen zwi-schen 0,5 m und 1,5 m gesammelt. Einoptimaler Wirkungsgrad ergab sich hierbei 1 m Verlegetiefe. Ein in 0,5 m Tiefe ver-legter Erdwärmetauscher ist bei Dauerfrostim Winter sehr schnell einfriergefährdet(Frosttiefe 0,80 m). Ein auf 1,5 m Tiefe ver-legter Erdwärmetauscher hat durch seinegroße Trägheit eine sehr lange Regenerie-rungsphase im Frühjahr, so dass erst Mittedes Jahres (Juni/Juli) wieder normaleUntergrundtemperaturen von +10°Cerreicht werden.

Von großer Bedeutung ist die Vorberei-tung des Bodens, bevor die Rohre des Erd-wärmetauschers verlegt werden. Hier wurden vor allem dann gute Ergeb-nisse erzielt, wenn dafür Sorge getragenwurde, dass der Wärmetauscher im was-sergesättigten Boden verlegt wird undauch nass bleibt. Bei trockenen, stark kiesi-gen Böden wurde dieses durch den Baueiner 10 cm dicken Lehm-Kies-Wanneerreicht. Eine weitere Verbesserung ergabsich dadurch, dass über diese Lehmwannedie Dachentwässerung geführt wurde, sodass im Frühjahr sehr schnell warmesWasser den Erdwärmetauscher wiederregenerierte.

Um eine Aussage zu machen, mit welchenWärmeentzugleistungen pro m2 des Erd-wärmetauschers zu rechnen ist, muss manauch das Flächenverhältnis zwischenWohnfläche und Erdwärmetauscher sowieden Verlegeabstand der Rohre in der Erdeberücksichtigen. Gute Ergebnisse konntenerreicht werden, wenn das Verhältnis vonWohnfläche zur Fläche des Erdreichwär-metauschers mindestens 1 : 2,5 oder bes-ser war (je nach Wärmedämmung desHauses). Die Entzugsleistung des Erdwär-metauschers lag dann in etwa zwischen 25und 35 Watt pro m2. Einen starken Einflussauf die Effektivität hat auch der Rohranteilpro m2. Durch unseren Vergleich haben

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Abbildung 3a und b:Verlegung von Erd-wärmetauschern(Photos: W. Storm).

wir festgestellt, dass die Belastung deserdreichverlegten Rohrs im Mittel bei ca.14 W/m liegt. Dies galt für einen Abstandvon 50 cm der Rohre zueinander. Gleich-zeitig wurde festgestellt, dass bei einerBelastung von deutlich über 17 W/m die0°C-Grenze des Wärmetauschers sehrschnell erreicht wird und dieser in derHauptwärmelastzeit im Frostbereich gefah-ren werden muss. Die Soletemperatursinkt auf bis zu -5°C, was zu einer schlech-ten Leistungsziffer der Wärmepumpeführt.

In den unten aufgeführten Beispielen las-sen sich die Einzelparameter der verschie-denen Anlagen gut ablesen. Beide Anla-gen sind von der Dimensionierung herähnlich. Die Wärmepumpe in der Abbil-dung 4 wird elektrisch betrieben, währenddie Wärmepumpe im Beispiel der Abbil-dung 5 durch eine Kombination von Elek-tro- und Dieselmotor angetrieben wird.

Erfahrungen mit

Erdsondenanlagen

Für den Betrieb von vertikal verlegten Erd-sondenanlagen liegen Erfahrungen mit 3Anlagen vor, die in der Zeit von 1979 bis1981 errichtet wurden. Dabei wurden 2Anlagen mit etwa gleicher Wärmepum-penleistung mit Erdsonden in Koaxialbau-weise (siehe Abbildung 1) ausgerüstet, dieeine Tiefe von ca. 50- 60 m erreichten. DerSondendurchmesser beträgt 80 mm. BeideAnlagen verteilen eine Kältelast der Wär-mepumpe von ungefähr 14 kW auf 5 Son-den. Die Nachrechnung der Lastwerteergab eine mittlere Sondenbelastung vonungefähr 2,5 - 3 kW oder eine Belastungder Sonde von 50 - 60 W/m, wobei in bei-den Anlagen die niedrigste Rücklauftem-peratur der Sole + 2°C erreichte. In beidenAnlagen wurde die 0°C-Linie also nieunterschritten.

Im Vergleich zu einer grundwasserbetrie-benen Wärmepumpe konnten hier kaumUnterschiede festgestellt werden, da dieetwas schlechtere Leistungsziffer der Sole-Erdsondenwärmepumpe durch die gerin-geren Pumpenumlaufleistungen des Sole-systems wieder ausgeglichen wurde.

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Abbildung 4: Beispiel einer Erdwärmeheizung mit verti-kal verlegten Wärmetauscherrohren, dieWärmepumpe wird elektrisch betrieben.

Abbildung 5: Beispiel einer Erd-wärmeheizung mithorizontal verleg-ten Wärme-tauscherrohren, dieWärmepumpe wird mit einemDieselmotor betrieben.

Eine Versuchsanlage mit einer 120 m tie-fen Erdsonde haben wir 1984 betrieben.Wir haben diese Einzelsonde mit 14 kWKälteleistung belastet und Leistungen von127 W/m Sondenlänge (Abbildung 6) errei-chen können. Ein Einfrieren der Sondeoder das Unterschreiten der 0°C-Grenzewar mit der vorhandenen Wärmepumpeauch im Dauerbetrieb nicht möglich.

Die besonderen Bedingungen der Sondewaren, dass diese in kiesigen, wasser-führenden Horizonten stand und am Ran-de eines Wassereinzugsgebietes installiertwurde. Hier kann man mit einer erhebli-chen Grundwasserbewegung rechnen, daauch beim Unterbrechen des Belastungs-versuches eine Regenerierung der Sondeauf + l0°C innerhalb weniger Minutenerfolgte .

Dass derartige Erdwärmesonden ohnegrößeren Flurschaden gebohrt werdenkönnen zeigt Abbildung 7. Wenn durch dieVerteuerung der Energiepreise (Heizöl undGas) die Wärmepumpe wieder interessantund wettbewerbsfähig wird, dann ist dieseTechnik von außerordentlicher Bedeutungund kann mit den modernen konventionel-len Wärmeversorgungsanlagen durchausmithalten.

Versuchsanlagen mit biva-

lentem Antrieb der Wärme-

pumpe

In diesem Fall wird die Wärmepumpe ent-weder durch einen Gas- oder Dieselmotorangetrieben. Der Erdreichwärmetauscherwird bei diesem Antrieb dadurch entlastet,dass die vom Verbrennungsmotor erzeug-te Wärme der Wärmeseite der Wärme-pumpe zugeführt wird und somit die Bela-stung der in der Erde verlegten Rohregeringer wird (Abbildung 8). Bei einemGasmotor mit einer mechanischen Lei-stung von 4 kW werden etwa 10 kW derAntriebsleistung zu Wärme umgewandelt,der mechanische Wirkungsgrad beträgtalso ungefähr 30%. Ähnliche Wärmepoten-tiale ergeben sich bei Dieselmotorantrie-ben. Vergleicht man dabei die Abküh-lungskurve des mit bivalentem Antriebbetriebenen Erdreichkollektors (Abbil-dung 6) mit der Abkühlungskurve einerelektrisch angetriebenen Wärmepumpe(Abbildung 5), so hat diese Kurve erhebli-che Wellenbewegungen, die immer dannauftreten, wenn der Verbrennungsmotorbetrieben wird.

Ein zweiter positiver Effekt ergibt sichdadurch, dass die Wärmepumpe mit nied-rigem Druck betrieben werden kann unddadurch eine bessere Leistungsziffererreicht wird. Die geforderte erhöhte Heiz-wassertemperatur kann sehr leicht durchden Verbrennungsmotor abgedeckt wer-den. Daher ist als dritter positiver Effektauch nicht unbedingt eine Fußbodenhei-zung erforderlich, da Heizwasser-Vorlauf-temperaturen von 70 - 80 °C erreicht wer-den (Wärmepumpe bis 50°C +Motorabwärme 70°C) .

Der wichtigste ökonomische Effekt sind diegegenüber dem Strom sehr günstigenAntriebsenergiekosten in Form von Erd-gas, Flüssiggas oder Heizöl (Antriebsko-sten ca. die Hälfte des Strompreises). Indiesem Zusammenhang wurde auch eineAnlage erprobt, bei der der Antrieb derWärmepumpe wahlweise durch Diesel-oder Elektromotor erfolgte. Geplant wurdedie Anlage, um den damals günstigenNachtstrom für den Antrieb der Wärme-pumpe zu nutzen, um am Tag die Anlagedurch den Dieselmotor zu betreiben. Derautomatische Nachtabsenkeffekt der Anla-ge ergibt sich dadurch, dass bei dem Elek-tromotorbetrieb der erhebliche Abwärme-anteil des Verbrennungsmotors entfällt.

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Abbildung 6:Beispiel einer Erd-wärmeheizung mitvertikal verlegtenWärmetauscher-rohren, die Wärme-pumpe wird elek-trisch betrieben.

Der damalige Vorteil lag in der Ausnut-zung des günstigeren Nachtstroms unddes günstigeren Tagbetriebs durch Diesel-einsatz.

Infolge der Strompreisliberalisierung wer-den diese Anlagen heute nicht mehrgebaut und sind auch nicht wirtschaftlichzu betreiben. Interessant sind eigentlichnur Verbrennungsmotor- oder Elektromo-torantriebe, da der Energieeinsatz hierfürgegenüber Kesselanlagen von der Öko-steuer befreit ist.

Literatur

KALTSCHMITT, M., HUENGES, E. &WOLFF, H. (Hrsg.) (1999): Energie aus Erd-wärme. - Deutscher Verlag für Grund-stoffindustrie, Stuttgart

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Abbildung 7b:Erdwärmetauscherals Doppel-U-Rohraus flexiblemKunststoff (Photos:P.-F. Schenck)

Abbildung 8:Soletemperatur beibivalentem Antriebder Wärmepumpebei mildem und beistrengem Winter

Abbildung7a:umweltschonendesBohren zur Installa-tion einer vertika-len Erdwärme-sonde

Der oberflächennahe Untergrund Schles-wig-Holsteins ist von den Eiszeitengeprägt, deren Ablagerungen sehr hetero-gen sind und vorwiegend aus tonig-schluf-figen Geschiebemergeln, schluffig bis toni-gen Beckenablagerungen sowie feinsandigbis kiesigen Schmelzwasserablagerungenbestehen. Diese Materialien unterscheidensich hauptsächlich in ihrer Durchlässigkeitfür das Grundwasser. Sande sind guteGrundwasserleiter, während die tonhalti-gen Geschiebemergel und Beckenablage-rungen nur eine geringe hydraulischeDurchlässigkeit aufweisen. Beide Material-typen kommen häufig als Wechsellage-rung vor, ein homogen aufgebauter Unter-grund ist selten.

Wird dem Untergrund Wärme entzogen,so wird er abgekühlt. Eine Regenerationder Untergrundtemperatur erfolgt in Ober-flächennähe vor allem durch die Sonnen-einstrahlung und den Wärmeeintrag mitdem Niederschlag, während in größerenTiefen die entzogene Wärme vorwiegenddurch die Wärmeleitfähigkeit des Unter-grundmaterials aus dem Umfeld der Boh-rung oder durch strömendes Grundwasserherbeigeführt wird. Die Wärmeleitfähigkeitdes Untergrundes, die Durchlässigkeit fürWasser und die Strömungsgeschwindig-keit sind entscheidend für die Effizienzeiner Anlage zum Entzug von Erdwärmeund müssen bei der Auslegung der Anlageberücksichtigt werden.

Soll im Sommer (Überschuss-) Wärme inden vergleichsweise kühlen Untergrundeingespeist werden, so ist eine andereGesteinseigenschaft bestimmend für dieEffizienz, die Wärmekapazität. Sie gibt an,wieviel Wärmeenergie in einem vorgege-benen Untergrundbereich bei Erhöhungum eine bestimmte Temperatur gespei-chert wird.

Anforderungen an den

Untergrund bei Auslegung

der geothermischen

Anlage zum Heizen im

Winter und/oder Kühlen im

Sommer

Hier ist es besonders günstig, wenn derUntergrund eine möglichst große Wärme-leitfähigkeit aufweist oder ein deutlicherGrundwasserstrom vorliegt, damit die zuHeizzwecken entnommene Wärmeenergieschnell nachgeliefert wird oder die bei derRaumkühlung abgeführte Wärme schnellan das Umgebungsmaterial der Erdsondeabgegeben werden kann. In Abbildung 1ist die mögliche Entzugsleistung an Wär-meenergie in Abhängigkeit von der Wär-meleitfähigkeit des Untergrundes darge-stellt. Dabei wurde eine Anlage mit 2 Erdwärmesonden und einer Betriebszeit

von 2100 Stunden/Jahr zugrunde gelegt.Nimmt man Erfahrungswerte für Wärme-leitfähigkeiten der in Schleswig-Holsteinoberflächennah verbreiteten eiszeitlichenLockersedimente Sand und Geschiebemer-

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Geologische Rahmenbedingungen für die

Entnahme und Speicherung von Wärme

im Untergrund

Reinhard Kirsch

Abbildung 1:Wärmeentzugsleistung [in W/m] einer Erd-wärmesonde in Abhängigkeit von derWärmeleitfähigkeit [in W / m K] des Unter-grundes (nach SANNER 1999)

gel an, so ergeben sich bei wassergesättig-ten Sanden und Kiesen die günstigstengeologischen Bedingungen für den Entzugvon Heizwärme. Besonders günstig wirktsich eine ausgeprägte Grundwasserströ-mung aus, da die entnommene Wärmeaus dem fließenden Grundwasser (typi-sche Strömungsgeschwindigkeiten betra-gen 10 - 100 Meter/Jahr) schnell nachgelie-fert wird.

Die Wärmeleitfähigkeit des Untergrundesoder die spezifische Entzugsleistung vonErdsonden stellt eine wichtige Planungs-grundlage für die Dimensionierung einergeothermischen Heizanlage dar, insbeson-dere zur Berechnung der benötigten Wär-metauscherlänge. Detailliertere Angabenhierzu sind in der VDI Richtlinie 4640(1998) dargestellt.

Anforderungen an den

Untergrund bei Auslegung

der geothermischen

Anlage zur Einspeisung

von Überschusswärme im

Sommer und zum Heizen

im Winter

Das Speichervermögen des Untergrundesfür Wärme wird durch seine Wärmekapa-

zität, dem Produkt aus spezifischer Wärmeund Dichte des Untergrundmaterials,beschrieben (Abbildung 2). Von den inSchleswig-Holstein vorkommendenLockersedimenten hat Geschiebemergelaufgrund seines hohen, wenn auch weit-gehend immobilen Wassergehalts die

höchste Wärmekapazität und bietet daherdie günstigsten geologischen Gegebenhei-ten zur Einspeicherung von Überschuss-wärme im Sommer mit anschließenderEntnahme im Winter.

Da die eingespeiste Wärme mit fließen-dem Grundwasser abgeführt werden wür-de, kommen hydraulisch gut durchlässigewasserführende Sande als Speicher im all-gemeinen nicht in Frage, sofern nicht dieRückgewinnung der Wärme durch eineweitere Bohrung im Grundwasserabstromerfolgt.

Erkundung der Unter-

grundstruktur zur Planung

geothermischer

Heizanlagen

Zur Planung und Dimensionierung geo-thermischer Heizanlagen müssen Wärme-leitfähigkeit und Wärmekapazität desUntergrundes bekannt sein oder minde-stens abgeschätzt werden können. Hierfürist die Kenntnis über den Schichtenaufbaudes Untergrundes am Standort wichtig. Istder geologische Schichtenaufbau bekannt,so lassen sich für die einzelnen SchichtenErfahrungswerte für die thermischenEigenschaften ansetzen und die Anlageentsprechend planen.

Da der oberflächennahe UntergrundSchleswig-Holsteins fast immer sehr hete-rogen aufgebaut ist, kann die Schichtenfol-ge des Untergrundes nur selten verlässlichaus Erfahrungswerten abgeschätzt wer-den. Auch lassen sich die Ergebnisse vonBohrungen, die in der Nähe niederge-bracht wurden, meistens nicht ohne weite-res auf das zu untersuchende Grundstückübertragen.

Es wird daher erforderlich sein, für die Pla-nung einer geothermischen Heizanlageeine gezielte Untersuchung des Untergrun-des am vorgesehenen Standort vorneh-men zu lassen. Diese sollte durch ein Geo-logisches Ingenieurbüro erfolgen. DasLandesamt für Natur und Umwelt, Abtei-lung Geologie und Boden, kann hierbeiberatend zur Seite stehen. Die durchzu-führenden Arbeiten richten sich nach denAnforderungen der geplanten Heizanlage,den örtlichen Gegebenheiten sowie nachden eventuell vorliegenden Vorinformatio-nen.

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Abbildung 2:Wärmekapazität [inJ / kg K] unter-schiedlicher, inSchleswig-HolsteinvorkommenderSedimentarten

Folgende Untersuchungsverfahren stehenzur Verfügung:

Aufschlussbohrung

Die Durchführung einer Aufschlussboh-rung wird meistens zur Vorplanung einergeothermischen Heizanlage unumgänglichsein. Diese Bohrung kann aber bei derErrichtung der Heizanlage zur Aufnahmeeiner Erdwärmesonde genutzt werden.Aus dem Protokoll des Bohrmeisters ergibtsich ein erster Überblick über die erbohr-ten Schichten. Es wird aber dringend emp-fohlen, die Aufschlussbohrung geophysi-kalisch vermessen zu lassen.

Geophysikalische Bohrlochvermessung

Hierbei wird in das Bohrloch eine Sondezur Bestimmung der physikalischen Eigen-schaften des Untergrundmaterials einge-führt. Es gibt eine Vielzahl von Bohrloch-messsonden für unterschiedlichsteFragestellungen. Bei der Erkundung derthermischen Eigenschaften des Untergrun-

des sollten in jedem Fall die elektrischeLeitfähigkeit (Resistivity-Log, Induction-Log) und die natürliche (und gesundheit-lich unbedenkliche) Gamma-Aktivität(Gamma-Log, γ-Log) der erbohrten Schich-ten gemessen werden. Diese wirdhauptsächlich durch die K40-Isotope in denTonmineralen hervorgerufen. Sandehaben daher eine geringe Gamma-Akti-vität und, selbst wenn sie mit "süßem"Grundwasser gesättigt sind, eine geringeelektrische Leitfähigkeit. Tone undGeschiebemergel weisen dagegen einehohe elektrische Leitfähigkeit und einehohe Gamma-Aktivität auf. Aus einemLeitfähigkeits- und Gamma-Log lassen sichdaher Sande und Geschiebemergel ein-deutig voneinander unterscheiden (Abbil-dung 3), selbst wenn eventuell minerali-siertes Grundwasser zu einer Erhöhungder elektrischen Leitfähigkeit der Sandeführt. Die Schichten im Untergrund lassensich durch die Kombination beider Mes-sungen klar voneinander abgrenzen und inihrer Tiefenlage festlegen.

Die so gewonnene Kenntnis der Abfolgegrundwasserleitender und -nichtleitenderSchichten im Untergrund ist auch für denGrundwasserschutz von Bedeutung. Durchdas Bohrloch kann nach Durchbohren vonTrennschichten eine Verbindung einesgenutzten Grundwasserleiters mit ober-flächennahen Schichten oder eine Verbin-dung unterschiedlicher Grundwasserleiterhergestellt werden, woraus sich eine Kon-taminationsgefahr für das Grundwasserergeben kann. Um diese zu vermeiden,müssen mögliche Verbindungen durchTonsperren abgedichtet werden, derursprüngliche Zustand muss also wieder-hergestellt werden. Eine sorgfältige Doku-mentation der erbohrten Schichten istdaher besonders wichtig.

Ingenieurgeophysikalische Vermessungen

Im Moränengebiet, insbesondere im Östli-chen Hügelland, muss mit stark inhomoge-nen geologischen Verhältnissen gerechnetwerden. Daher können die Ergebnisseeiner Aufschlussbohrung und ihrer bohr-lochgeophysikalischen Vermessung häufignicht auf das gesamte Grundstück übertra-gen werden. Dieses gilt insbesondere beigrößeren Flächen wie bei einer Neubau-siedlung. Ein Überblick über die räumlicheVerbreitung der in einer Bohrung angetrof-fenen Schichten des Untergrundes kannmit geophysikalischen Messungen gewon-nen werden. So liefern beispielsweise geo-

elektrische Sondierungen die Verteilungder elektrischen Leitfähigkeit im Unter-

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Abbildung 3:Beispiel einer geophysikalischen Bohrlochvermessung; in der Mitteals Säulendiagramm die erbohrten Schichten (S=Sand, Mg=Mer-gel, T=Ton, U=Schluff) im Tiefenbereich von 24-51 Metern, linksder elektrische Widerstand (Kehrwert der elektrischen Leitfähigkeit)und rechts die natürliche Gamma-Aktivität als Ergebnis der geo-physikalischen Bohrlochvermessung, die gelb gekennzeichneteSandeinlagerung zeichnet sich klar durch hohen elektrischenWiderstand und geringe Gamma-Aktivität ab.

grund, durch die sich Sande und Geschie-bemergel voneinander abgrenzen lassen,und erlauben eine flächenhafte Kartierungdieser Horizonte (Abbildung 4). Das Ein-dringvermögen dieses Verfahren erstrecktin der Praxis auf die obersten 30 Meter.

Ein detailliertes Abbild der Schichten imdaran anschließenden Tiefenbereich kannmit reflexionsseismischen Messungen

gewonnen werden. Dieses in der Erdölpro-spektion und der Erforschung der Erdkru-ste bewährte Messverfahren ist seit eini-gen Jahren auch für die Untersuchungflacherer Untergrundstrukturen verfügbar.Als Beispiel ist in Abbildung 5 ein reflexi-onsseismisches Abbild von Untergrund-strukturen in einer Kiesgrube gezeigt. Die

Schichtgrenzen zwischen Sanden undGeschiebemergeln zeichnen sich durch diean ihnen reflektierten seismischen Wellenab. Eine sichere Materialansprache der soermittelten Schichten ist nur über eineAufschlussbohrung möglich. Da reflexi-onsseismische Messungen relativ aufwen-dig sind, kommt dieses Verfahrenhauptsächlich bei der Planung größererHeizanlagen, beispielsweise zur Versor-gung neuer Wohnsiedlungen, in Betracht.

Bei der Vorplanung von Heizanlagen mithorizontalen Wärmetauschern, die weit-flächig in ungefähr 1 Meter Tiefe verlegtwerden, müssen mögliche Verlegehinder-nisse im Untergrund wie Leitungen, Fun-damentreste oder Findlinge berücksichtigtwerden. Derartige Störkörper im ober-flächennahen Bereich können mit demBodenradar lokalisiert werden. Bei diesemmodernen geophysikalischen Erkundungs-verfahren werden elektromagnetischeImpulse in den Untergrund abgestrahltund an Schichtgrenzen und eingelagertenGegenständen reflektiert. Die reflektiertenRadarimpulse werden in einem Radar-gramm dargestellt, in dem sich die Struk-tur des Untergrundes abzeichnet (Abbil-dung 6).

Literatur

SANNER, B. (1999): Kann man Erdwärme-sonden mit Hilfe von spezifischen Entzugs-leistungen auslegen? - GeothermischeEnergie, 26/27, 1-4

VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE (1998):VDI 4640 - Thermische Nutzung des Unter-grundes, erdgekoppelte Wärmepumpen-anlagen. - Beuth Verlag, Berlin

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Abbildung 4 oben: Durch-führung einer geo-elektrischen Son-dierung,unten: Verteilungvon Sanden undGeschiebemergeln(grau unterlegt) imUntergrund alsErgebnis geoelek-trischer Sondierun-gen, angegebensind die elektri-schen Leitfähigkei-ten in Millisie-mens/Meter(mS/m)

Abbildung 5:Beispiel eines reflexionsseismischen Profils zur Erkundung ober-flächennaher Schichtgrenzen. Im Tiefenbereich von weniger als20 m können mit diesem Verfahren keine Aussagen gemacht wer-den, hier sind ergänzende geophysikalische Messungen (bei-spielsweise geoelektrische Sondierungen) erforderlich.

Abbildung 6 Beispiel eines Radargramms, es zeichnensich ein Horizont in ca. 1,5 m Tiefe sowiezwei Leitungen (erkennbar an den hyper-belförmigen Reflexionseinsätzen bei Pro-filmeter 14-15) ab (Ingenieurbüro fürBodenradartechnologie, Bad Bramstedt)

Zusammenfassung:

Die Nutzung geothermischer Energie, ins-besondere für Heizzwecke, kann einenwirksamen Beitrag zur Reduzierung derCO2-Emission leisten. Die Erdwärme lässtsich mittels tiefer Erdwärmesonden oderdurch hydrothermale Tiefbrunnen nutzen.Zur Ermittlung des Energiepotentials beihydrothermaler Nutzung werden die tief-gelegenen Grundwasserleiter im Unter-grund Schleswig-Holsteins in ihrerflächenhaften Ausdehnung dargestellt undin Hinblick auf ihre Eignung als geothermi-sche Nutzhorizonte kritisch beurteilt. Esergeben sich gute Möglichkeiten zur Nut-zung hydrothermaler Energie im RaumKiel und im Randbereich Hamburgs, woauch entsprechende Abnehmerstrukturenzur Verfügung stehen.

Vorbemerkungen zur

geothermischen Energie-

gewinnung

Aus der Bergbautätigkeit ist seit Jahrhun-derten bekannt - Tiefbohrungen haben esauch für unser Land immer wiederbestätigt -, dass die Temperatur des Unter-grundes mit zunehmender Tiefe ansteigt,und zwar im Mittel um 3 °C / 100 m Teu-fenzuwachs. Ausgehend von einer Jahres-mitteltemperatur an der Erdoberfläche vonca. 10 °C herrschen in 1000 m Tiefe unge-fähr 40 °C, in 2000 m ungefähr 70 °C undbei 3000 m ungefähr 100 °C. Es verbergensich also riesige Wärmepotentiale imUntergrund unseres Landes, unter jedemDorf und jeder Stadt, die wir uns soweitwie möglich nutzbar machen wollen undlangfristig wohl auch müssen.

Die Nutzung dieses Wärmepotentials istbeim derzeitigen Stand der Technik aufzwei Arten möglich (Abbildung 1):

• durch tiefe Erdwärmesonden, bei denenein geschlossener Wasserkreislauf ineiner Bohrung den Wärmetransport ausder Tiefe an die Oberfläche besorgt.

• durch hydrothermale Tiefbrunnensyste-me (Doubletten), bei denen einem tiefenGrundwasserleiter heißes Wasser ent-nommen und die über Wärmetauscher inGeothermischen Heizwerken entzogeneWärme einem oberirdischen Heizkreislauf(Fernwärmeversorgung) zugeführt wird(Abbildung 1). Das abgekühlte Wasserwird über eine zweite Bohrung in ca. 2 kmEntfernung vom Entnahmebrunnen wie-der in den wasserführenden Speicherho-rizont zurückgeführt. Dieses ist erforder-lich, da die Tiefenwässer im allgemeineneinen hohen Salzgehalt (100 bis >300 g/l)aufweisen und daher aus Gründen desUmweltschutzes wieder in den Unter-grund zurückgeleitet werden müssen.Darüber hinaus ist eine Wiedereinleitungauch unbedingt erforderlich, um einenunerwünschten, die Heißwassergewin-nung beeinträchtigenden Druckabfall imtiefen Grundwasserleiter zu vermeiden.

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Das Geothermische Energiepotential in

Schleswig-Holstein

Paul-Friedrich

Schenck &

Reinhard Kirsch

Abbildung 1Prinzip einer geo-thermischen Heiz-anlage;oben: hydrother-maler Doubletten-betrieb,unten: tiefe Erd-wärmesonde

Tiefe Erdwärmesonden können für dieBeheizung größerer Gebäudekomplexeoder kleinerer Siedlungen eingesetzt wer-den. Hydrothermale Heizanlagen sind eherfür die Versorgung größerer Siedlungenoder Stadtteile geeignet, bei denen einWärmebedarf von mindestens 5 Megawattbesteht. Die Technologie beider Verfahrenwird im Beitrag von Herbert Schneider

näher erläutert (ab Seite 28).

Für den Einsatz tiefer Erdwärmesondenergeben sich nur geringe Einschränkungenbezüglich der Untergrundverhältnisse, erist nahezu überall im Lande möglich.Dabei wird dem Gestein im Umfeld derSonde die Wärme entzogen. Die Tempera-tur des in der Sonde als Trägermedium zir-kulierenden Wassers wird daher nachInbetriebnahme der Sonde zunächstgeringfügig absinken, um dann nach einerlängeren Betriebszeit stabil zu bleiben. DieWärmeentnahme der Tiefen Erdwärme-sonde muss so ausgelegt sein, dass diegewünschte Wärmeentzugsleistung aufDauer sichergestellt ist. Praktische Erfah-rungen über die Langzeitstabilität derarti-ger Sonden stehen allerdings noch aus.

Anders sieht es beim Einsatz der hydro-thermalen Geothermie aus. Hier werdengut poröse und gut durchlässige wasser-führende Gesteine in ausreichender,flächenhafter Verbreitung benötigt. Die

Tiefen sollten im Bereich von 2000 - 3000 m liegen, um Temperaturen von etwa70 °C bis 100 °C zu erreichen. Auch hierwird dem Untergrund mehr Wärme ent-nommen als zeitgleich nachgeliefert wer-den kann. In der Praxis bedeutet dieses,dass eine geothermische Heizzentrale etwa30 Jahre lang ohne größeren Temperatur-abfall betrieben werden kann. Erst nachdiesem Zeitraum kühlt der Bereich zwi-schen der Förder- und der Injektionsboh-rung soweit ab, dass eine neue Förderboh-rung an einer anderen Lokation abgeteuftwerden muss. Die oberirdischen Anlagenund die Injektionsbohrung können aberweiter verwendet werden, gegebenenfallskann dann auch die nicht mehr benötigteFörderbohrung zu einer Injektionsbohrungumfunktioniert werden. Die Temperaturdes bislang genutzten Untergrundbereichswird sich wieder regenerieren. Erfahrun-gen über die Regenerationszeit liegennoch nicht vor.

Die Verbreitung der für eine hydrotherma-le Nutzung geeigneten Horizonte im Unter-grund Schleswig-Holsteins wird im folgen-den gezeigt.

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Abbildung 2:GeotektonischeÜbersicht Schles-wig-Holsteins(nach BALD-SCHUHN et al.1999)

Geothermische Speicher-

horizonte in Schleswig-

Holstein

Die für die Nutzung der hydrothermalenErdwärme erforderlichen geologischenVoraussetzungen, wie die flächenhafteVerbreitung, günstige Ausbildung und Tie-fenlage geeigneter Grundwasserleiter,sind von der erdgeschichtlichen Entwick-lung des untersuchten Gebietes abhängigund nicht überall, sondern nur in einigen"bevorzugten" Teilbereichen des Landeserfüllt. Diese zu erkennen ist eine wichtigeAufgabe des Geologischen Dienstes desLandes.

Die Kenntnisse über den Bau des Unter-grundes Schleswig-Holsteins basieren aufseismischen Untersuchungen und Bohrer-gebnissen der Erdölindustrie sowie aufderen strukturgeologischen Interpretationim Geotektonischen Atlas von Nordwest-Deutschland (KOCKEL 1996). Sie erlaubeneine verlässliche Übersicht über die Ver-breitung möglicher Speicherhorizonte undstellen daher eine gute Basis für die Vor-planung geothermischer Projekte dar.

Einen ersten Überblick über den geologi-schen Bau Schleswig-Holsteins gibt eine Kar-te mit den Salinarstrukturen (Abbildung 2).Auffallendstes Element dieser Übersichtskar-te sind die mehr oder weniger Nord - Südstreichenden Salzmauern, bei denen es sichum aus Zechstein- und Rotliegend-Salzenaufgebaute "Doppelsalinare" handelt, diequasi Gebirgszüge im Untergrund mit Höhenvon bis zu rund 8.000 m bilden. Die Salinar-strukturen folgen im wesentlichen altange-legten tektonischen Störungen, die die Salz-bewegungen (Halokinese) der ursprünglichbis zu 2500 m mächtigen Perm- (Rotliegend-und Zechstein-) Salze ausgelöst haben unddie im Verlauf der Erdgeschichte immer wie-der aktiviert wurden.

Man erkennt im Kartenbild deutlich einetektonische Dreiteilung des Landes mit• dem Westschleswig-Block im Westen• dem Glückstadt-Graben im Zentrum• sowie dem Ostholstein-Westmecklen-

burg-Block im Osten.

Im Glückstadt-Graben mit den lang-gestreckten Salzstrukturen sind infolgegroßräumiger Dehnungsvorgänge in derErdkruste und einer damit verbundenenAbsenkung großer Schollenkomplexe (Rif-ting) während der Trias die gleichzeitig

abgelagerten Schichtenfolgen tief abge-senkt worden. Diese mobile Zone wird vonden oben genannten relativ stabilenBlöcken eingerahmt.

Im Laufe der etwa 280 Millionen Jahrewährenden Erdgeschichte Schleswig-Hol-steins, die seit Beginn der Einsenkung desNorddeutschen Beckens vergangen sind,wurden bis zu 10.000 m Sedimente abgela-gert. Unter ihnen sind sandige Ablagerun-gen, die als hydrothermale Grundwasser-speicher in Frage kommen könnten, eherdie Ausnahme. An Hand der Stratigraphi-

schen Übersicht (Abbildung 3) sind dieseaufgezeigt, dabei handelt es sich vom Lie-genden zum Hangenden um:

• Mittlerer Buntsandstein:Quickborn-Sandstein

• Mittlerer Keuper:Schilfsandstein

• Oberer Keuper:Rhät-Sandstein

• Mittlerer Jura:Dogger-Sandsteine

• Oberer Jura:Malm/Wealden-Sandstein

• Tertiär:Mitteleozän-Sandstein der Glinde-Forma-tion

Von den sandigen Speicherhorizontenstellt der Rhät-Sandstein nach heutigemKenntnisstand den für die hydrothermaleErdwärmegewinnung bedeutendstenHeißwasserträger dar. Als weiterer poten-tiell geothermisch nutzbarer Horizont wirdder Quickborn-Sandstein des MittlerenBuntsandsteins angesehen. Von den Dog-ger-Sandsteinen dürfte vor allem der Dog-ger gamma in Betracht kommen, er weistallerdings nur eine relativ geringe Verbrei-tung auf. Der Dogger beta wird aufgrundseiner faziellen Besonderheiten für proble-matisch gehalten. Daher werden beideHorizonte hier nicht näher dargestellt. Dasgilt auch für den Schilfsandstein. Die bei-den anderen Horizonte (Malm/Wealden;Eozän) sind mit Blick auf die voraussicht-lich nur sehr eingeschränkten geothermi-schen Nutzungsmöglichkeiten nicht weiterbetrachtet worden (SCHENCK & HINSCH1991).

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Rhät-Sandstein

Im Oberen Keuper wurden von Nordosten,aus einem skandinavischen Hochgebietkommend, in großen Mengen erodiertesMaterial ins Norddeutsche Becken trans-portiert (Abbildung 4) und als Rhät-Sand-steine im östlichen Schleswig-Holstein ingroßen Deltaschüttungen flächenhaftabgelagert. Sie erreichten in den großenRandsenken der Salinarstrukturen größereMächtigkeiten. Sie wurden dann aberinfolge einer großräumigen Landhebungwährend der jüngeren Jura-Formation inweiten Teilen des Landes wieder abgetra-gen. Ihre heutige Verbreitung beschränkt

sich im wesentlichen auf die Bereiche, indenen die unmittelbar oberhalb des Rhätabgelagerten Lias-Horizonte heute nochliegen und so die darunter liegendenSchichten vor der Erosion schützten. Ört-lich sind auch außerhalb dieser Bereichenoch mächtige Rhät-Sandsteine nachge-wiesen worden, beispielsweise im RaumEisendorf. Generell aber besteht außerhalbder Lias-Verbreitung eine gewisse Unsi-cherheit darüber, wie intensiv die Erosionden höheren Keuper betroffen hat undinwieweit überhaupt noch Rhät-Sandstei-ne erhalten geblieben sind.

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Abbildung 3:StratigraphischeÜbersicht über die geologische Schichtenfolge in Schleswig-Hol-stein

Die heutige Mächtigkeit des Rhäts ist inAbbildung 5 dargestellt. Die Tiefenlage desRhät-Sandsteins und die Temperaturver-teilung, ermittelt auf der Grundlage desmittleren geothermischen Gradienten von3 °C / 100 m, zeigt Abbildung 6. Zur Veran-schaulichung der Lagerungsverhältnissezeigt Abbildung 7 einen Schnitt durch einefür die geothermische Nutzung geeigneteUntergrundstruktur im Raum Kiel. Es han-delt sich um die westliche Randsenke derSalinarstrukturen Waabs - Schwedeneck -Honigsee - Warnau, den sogenanntenSchwedenecker Innentrog. Diese Randsen-ke erstreckt sich etwa aus dem Raum nörd-lich Eckernförde kommend bis knapp nörd-lich von Neumünster, so dass Teilbereicheder Städte Eckernförde und Kiel sowie dieGemeinden Waabs und Gettorf in ihremtiefen Untergrund über äußerst interessan-te Heißwasserspeicher verfügen können.In Salzstocknähe werden aufgrund derbesonders guten thermischen Leitfähigkeitder Salzgesteine die entsprechend demnormalen Gradienten von 3 °C / 100 merwarteten Temperaturwerte möglicher-weise noch übertroffen.

Bei der Beurteilung der Rhät-Sandstein-Speicher muss allerdings berücksichtigtwerden, dass die in den Aufschlussboh-rungen der Erdölprospektion als gute Spei-chergesteine beschriebenen Rhät-Sand-steine meist in strukturellen Hochlagenliegen. Erkenntisse über strukturtiefeLagen fehlen weitgehend. An einigen Boh-rungen wie beispielsweise in Hamburg-Allermöhe, wo der Rhät-Sandstein in mehrals 3000 m Tiefe liegt, wurde eine Zementa-tion des Porenraums mit Anhydrit-Kristallen(CaSO4) festgestellt, was die Eignung desRhät-Sandstein als geothermischen Spei-cher an dieser Lokation stark einschränkt.Zur Problematik der Speichereigenschaf-ten des tiefgelegenen Rhät-Sandsteinswird ein umfangreiches Untersuchungs-programm vorbereitet.

Mittlerer Buntsandstein

Die Schichtenfolge des Mittleren Buntsand-steins wird von fünf verschiedenen Sedi-mentationszyklen gebildet, die im allgemei-nen mit sandigen Ablagerungen an derBasis beginnen und allmählich in tonig-schluffige Sedimente übergehen (Quick-born-, Volpriehausen-, Detfurth-, Hardegs-en- und Solling-Folge). Sie sind imeinzelnen mehr oder weniger vollständigerhalten geblieben. Im Hinblick auf einemögliche hydrothermale Erdwärmenut-zung ist in Schleswig-Holstein nur derbasale Sandkomplex der Quickborn-Folge

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Abbildung 4:Paläogeographie zur Zeit des unteren Rhätkeupers (Contorta-Schichten, ko2). Offen liniert: vorwiegend marine Sedimentation,grau hinterlegt: fluviatile und fluviodeltaische Sedimentation,offene Pfeile: Transportrichtungen terrigener Sedimente, schwarz-er Pfeil: marine Beeinflussung aus dem Tethys-Raum. FSH: Fen-noskandisches Hoch, RFH: Ringköbing-Fyn-Hoch, LBM: London-Brabant-Massiv, RM: Rheinische Masse, BM: Böhmische Masse(GAUPP, 1991). Die hier interessierenden Rhät-Sandsteine sindlokal weiter nach Westen und Südwesten geschüttet worden.

Abbildung 5:Mächtigkeit des Rhäts in Schleswig-Holstein (nach FRISCH &KOCKEL 1998)

mit dem Quickborn-Sandstein (früher alsVolpriehausen-Sandstein eingestuft)flächenhaft in prospektiver Mächtigkeitausgebildet. Er wurde in den BohrungenQuickborn T1 (Typlokalität) und Westerhe-ver T2 erbohrt, im östlichen Schleswig-Hol-stein, im Bereich des Ostholstein-West-mecklenburg-Blockes, ist er bisher nochnicht angetroffen worden. Seine Herkunftleitet sich aus der Erosion von Schwellenund Randbereichen des sich absenkendenBuntsandsteinbeckens ab. Die Verbreitungund die Mächtigkeit des Quickborn-Sand-steines ist nach RÖHLING (1999) im gesam-ten südlichen Schleswig-Holstein gegeben.Jedoch nur in der stabilen Scholle des Ost-holstein-Westmecklenburg-Blocks liegt erin einigen Teilbereichen in einer Tiefe von<3000 m. In den übrigen Abschnitten die-ses Blocks ist er wie im Bereich des zentra-

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Abbildung 6:Tiefenlage deshydrothermal nutz-baren Rhät-Sand-steins in Schles-wig-Holstein (nachKOCKEL 1996), dieTemperaturenbetragen 40 °C in1000 Meter Tiefe,70 °C in 2000 MeterTiefe und 100 °C in3000 Meter Tiefe.

Abbildung 7:Geologischer Schnitt durch die Randsenke eines Salzstocks alsBeispiel für die Lagerungsbedingungen des Rhät-Sandsteins(SCHENCK 1998)

len Glückstadt-Grabens nach heutiger Ein-schätzung in wirtschaftlich nicht mehrerreichbare Tiefen, im Extremfall bis nahe10.000 m (Rendsburger Scholle des Glück-stadt-Grabens), abgesenkt. Im Bereich desWestschleswig-Blocks liegt er zwar teilwei-se auch oberhalb 3000 m, ist aber dort nur

weniger als 20 m mächtig.Hieraus ergibt sich, dass der Quickborn-Sandstein nur örtlich im östlichen Schles-wig-Holstein als prospektiver Heißwasser-speicher für Geothermie-Projekte zurVerfügung steht (Abbildung 8).

Zur Bestimmung des Geo-

thermischen Potentials

Das Geothermische Potential umfasst diegesamte Wärmeenergie im Untergrund bishin zu einer durch Bohrungen erreichbarenTiefe. Der hiervon unter den heutigen tech-nischen Möglichkeiten nutzbare Anteilwird als Ressource H0 bezeichnet. Bei denRessourcen der hydrothermalen Geother-mie handelt es sich daher um die Wärme-menge der nutzbaren Grundwasserleiter,die sich aus der in der Gesteinsmatrix unddem Porenwasser gespeicherten Wärme-energie zusammensetzt (siehe Kasten).

Für Zwecke der Landesplanung ist es sinn-voll, die Ressource pro Flächeneinheit dar-zustellen, um für die Nutzung der Geother-mie geeignete, weniger geeignete undnicht geeignete Bereiche voneinanderabgrenzen zu können.

Mit den zuvor angeführten Zahlenwertenergibt sich für die flächenbezogene Res-source:

H0 = 2,59 x 103 x ∆z x (TT-T0) [KJ/(m3 °C)]

Von der gesamten Wärmemenge desAquifers ist beim heutigen Stand der Tech-nik nur der als Recoveryfaktor R bezeich-nete Bruchteil nutzbar. Er ist von der tech-nischen Auslegung der Anlage abhängig.Kann das geförderte Wasser im Wärme-tauscher bis auf 25 °C abgekühlt werden,so ergibt sich nach HÄNEL et al. (1984)aufgrund von Erfahrungswerten ein Reco-veryfaktor von

Daraus ergibt sich für eine Tiefe von 2000 mund einer Temperatur von 70 °C ein Reco-very-Faktor von 0,25. Bei einer Tiefe von3000 m und einer Temperatur von 100°Cbeträgt der Recovery-Faktor 0,28.

Ein Grundwasserleiter von 50 m Mächtig-keit in einer Tiefe von 2500 m enthält dem-nach eine Wärmemenge von ca. 9,7 x 109 J/m2. Bei einer genutzten Grund-fläche von 1 km2 ergibt sich eine Wärme-menge von 9,7 x 1015 J, von denen ca. 25 % real gewinnbar sind. Diese 2,5 x 1015

J entsprechen der thermischen Energievon 65 x 106 kg Rohöl, bei deren Verbren-nung 220 x 106 kg CO2 freigesetzt würden.

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Abbildung 8 :Verbreitung deshydrothermal nutz-baren Buntsand-stein-Aquifers(Quickborn-Sand-stein) in Schleswig-Holstein, - [Karten-grundlage: BasisUnterer Buntsand-stein, KOCKEL(1996), d.h. vonden in der Kartedargestellten Teu-fenangaben (z.B.35 entspricht 3500m) sind 500 mabzuziehen, um dieungefähre Tiefenla-ge des Quickborn-Sandsteins zuerhalten].

H0 = A x ∆z x ((1-ø)pm x cm + ø x pw x cw) x (TT-T0)

mit A, ∆z, ø = Grundfläche, Mächtigkeit und Porosität desAquifers, die Porosität wird mit 20% angenom-men

pm = Dichte der Gesteinsmatrix, 2,6 x 103 kg/m3

pw = Dichte des Porenwassers, 1,0 x 103 kg/m3

cm = spezifische Wärmekapazität der Gesteinsmatrix0,84 KJ/(kg °C)

cm = spezifische Wärmekapazität des Porenwassers4,19 KJ/(kg °C)

TT = Temperatur am Top des Aquifers (berechnetaus der Tiefenlage und dem mittleren vertika-len Temperaturgradienten von 3 °C/100 m)

T0 = mittlere Jahrestemperatur an der Erdober-fläche (10 °C)

(HÄNEL et al. 1984)

TT - 250CR = 0,33 x

TT - 100C

Da der Recovery-Faktor auf Erfahrungs-werten beruht und vom Stand der techni-schen Entwicklung abhängig ist, wird erbei der weiteren Berechnung der geother-mischen Ressourcen nicht berücksichtigt.

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Abbildung 9:Verteilung derflächenbezogenenhydrothermalenPotentiale desRhäts in Schles-wig-Holstein

Tabelle 1Wärmepotential der geothermischen Speicherhorizonte in Schleswig-Holstein

In Abbildung 9 ist die flächenbezogenegeothermische Ressource des Rhät-Sand-

steins in Schleswig-Holstein dargestellt.Bei der Berechnung (SCHENCK et al.,2000) wurde angenommen, dass 50% derMächtigkeit des Rhäthorizonts aus Sandenbesteht und eine ausreichende hydrauli-sche Durchlässigkeit aufweist, währenddie restlichen 50% aufgrund einer tonig-schluffigen Zusammensetzung nicht nutz-bar sind. Hohe Ressourcen ergeben sichdemnach vor allem im Raum östlichNeumünster sowie im Raum Kiel mit nörd-licher Erstreckung bis in den Landschafts-raum Schwansen hinein. Aber auch imRaum Lübeck, in den östlichen Randberei-chen von Hamburg sowie im Raum Glück-stadt westlich von Hamburg, wo jeweilsgeeignete Abnehmerstrukturen zu erwar-ten sind, stehen nutzbare geothermischeRessourcen zur Verfügung.

Die Gesamtmenge an Wärmeenergie inden Porenwasserspeichern des Rhät, derauf einer Fläche von ca. 6900 km2 verbrei-tet ist, beträgt nach dieser Berechnung65 x 1018 J.

Der zweite potentiell nutzbare geothermi-sche Horizont in Schleswig-Holstein ist derMittlere Buntsandstein. Dieser ist, wieoben erwähnt, in ausreichender Mächtig-keit und in einer wirtschaftlich erreichba-ren Tiefenlage nur im Osten Schleswig-Holsteins innerhalb der Quickborn-Folgeverbreitet (Abbildung 8). Für diesen wurdeeine mittlere Tiefenlage von 2500 m undeine mittlere nutzbare Mächtigkeit von 25 mangenommen. Daraus ergibt sich einflächenbezogenes geothermischesPotential von 5 x 109 J/m2. Bei einerGesamtfläche der nutzbaren Buntsand-steinaquifere von 1500 km2 ergibt sich eineWärmemenge von = 7 x 1018 J.

Die gesamte Wärmemenge der beidengeothermischen Speicherhorizonte beträgt72 x 1018 J (Tabelle 1).

Diese Abschätzung des geothermischenPotentials Schleswig-Holsteins ist als Pla-nungsgrundlage gedacht und soll vorallem die regionale Potentialverteilungaufzeigen und dadurch einen Vergleichverschiedener Standorte ermöglichen,obwohl die absoluten Werte des geother-mischen Potentials dabei möglicherweisegewisse Ungenauigkeiten enthalten kön-nen.

Zum Abschluss muss aber noch daraufhingewiesen werden, dass unsere heuti-gen Kenntnisse der einzelnen Heißwasser-speicher für eine konkrete Beurteilungeines bestimmten Standortes nicht ausrei-chen. Es sind daher in jedem Fall umfäng-liche ergänzende Untersuchungen durch-zuführen.

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Literatur

BALDSCHUHN, R., FRISCH, U & KOCKEL,F. ( 1999): Die Strukturen im UntergrundNW-Deutschlands 1 : 500 000, BGR, Han-nover

CHRISTENSEN, S., SCHENCK, P.-F. &KIRSCH, R. (1999): Geothermische Energie- Eine Perspektive für Schleswig-Holstein. -Schleswig-Holstein 10/1999:1-4.

GFZ (1999): Evaluierung geowissenschaft-licher und wirtschaftlicher Bedingungenfür die Nutzung hydrogeothermaler Res-sourcen. - Geothermie Report 99-2, Geo-forschungszentrum Potsdam

FRISCH, U. & KOCKEL, F. (1998): Quantifi-zierung altkimmerischer Bewegungen inNW-Deutschland, Teil 2: Tektonik undEpirogenese im Keuper. - Archiv-Nr.115250, Bundesanstalt für Geowissen-schaften und Rohstoffe, Hannover

GAUPP, R. (1991): Zur Fazies und Diagene-se des Mittelrhät-Hauptsandsteins im Gas-feld Thönse. -Nds. Akad. Geowiss. Ver-öfftl., 6: 34-55, Hannover

HÄNEL, R., KLEEFELDT, M. & KOPPE, I.(1984): Geothermisches Energiepotential -Abschätzung der geothermischen Energie-vorräte an ausgewählten Beispielen in derBundesrepublik Deutschland. - Geowissen-schaftliche Gemeinschaftsaufgaben, Han-nover

KOCKEL, F. (Projektleitung) (1996): Geotek-tonischer Atlas von NW-Deutschland,1:300000. - Bundesanstalt für Geowissen-schaften und Rohstoffe, Hannover

KOCKEL, F.(1999): Geotektonischer Atlasvon NW-Deutschland 1 : 300 000, Teil 18:Die paläogeographische und strukturelleEntwicklung Nordwestdeutschlands, Band 3:Der Zechstein, die Trias. - BGR, Hannover(unveröffentlichter Bericht)

LEMALE, J. & PIVIN, M. (1989): La FilièreGéothermique - premier bilan - Evaluationtechnico-économique de la géothermiebasse énergie en France. - Agence Françai-se pour la Maîtrise de l'Énergie, 2. Édition,80 S.

RÖHLING, H.-G.(1999, im Druck): TheQuickborn Sandstone - a new lithostrati-graphic unit in the lowermost Middle Bunt-sandstein (Scythian) - Z. angew. Geol.48,2: 6 figs, 1 table; Hannover

SCHENCK, P.-F. (1998): Heißwasser alsHeizwasser. - Landesamt für Natur undUmwelt des Landes Schleswig-Holstein -Jahresbericht 1997: 35 - 38, 4 Abb., Flint-bek

SCHENCK, P.-F. & HINSCH, W. (1991):Übersicht über die geologischen Voraus-setzungen für eine energetische Nutzungder Erdwärme in Schleswig-Holstein -Bericht des Geologischen LandesamtesSchleswig-Holstein (unveröffentlicht)

SCHENCK, P.-F., KIRSCH, R. & CHRISTEN-SEN, S. (2000): Das Geothermische Poten-tial in Schleswig-Holstein. - Z. angew.Geol. 46/3: 130-137

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Die Erschließung und Nutzung hydrogeo-thermaler Ressourcen bietet die Möglich-keit einer umweltfreundlichen Wärmeer-zeugung und der Versorgung vonWärmeabnehmern zu jeder Tages- undJahreszeit im Megawatt-Leistungsbereich.Wärmeträger ist Thermalwasser oderThermalsole, die aus Tiefen bis zu 2.500 m(bisweilen auch mehr) über Bohrungenzutage gefördert werden können. Durchtechnische Anlagen unter Einsatz geeigne-ter Werkstoffe werden schädigende Ein-flüsse auf die Umwelt vermieden.

In Deutschland beträgt die gegenwärtiginstallierte Wärme-Leistung von Thermal-wasseranlagen ungefähr 50 MWth. Eingroßer Anteil entfällt auf die geothermi-schen Heizzentralen (GHZ) in Mecklen-burg-Vorpommern (Tabelle 1). In denStädten Waren/ Müritz, Neubrandenburgund Neustadt-Glewe existieren Anlagenzur Versorgung von Wohnkomplexen undanderen Gebäuden mit Raumwärme undzur Gebrauchswarmwasser-Bereitung.

Mit diesen und weiteren in Deutschlanderrichteten GHZ´s ist die technologischeMachbarkeit einer Wärmeerzeugung imMW-Leistungsbereich und im Falle der

nordostdeutschen Anlagen unter denbesonderen Bedingungen eines hohenSalzgehaltes der Thermalwässer nachge-wiesen.

Für die Erschließung hydrogeothermalerPotentiale ist es aus wirtschaftlicher Sichtnotwendig, dass die Thermalwasservorrä-te ausreichend groß sind und Förderlei-stungen von mehr als 50 m3/h über die

Tiefbohrungen realisiert werden können.Letzteres gilt unter den Bedingungen vonThermalsolen sowohl für die Gewinnungals auch für die Rückführung der aus-gekühlten Sole in den Untergrund, dieReinjektion.

Ausgehend von der Leistungsfähigkeiteiner Bohrungsdoublette von 1,5 bis 6 MWund mehr sind für die Realisierung derWärmeerzeugung entsprechende Abnah-mebedingungen erforderlich.

Geothermische Heizwerke sind infolgeihrer Technologie Grundlastanlagen. ZurAusschöpfung der installierten Kapazitätenwerden hohe Voll-Laststunden-Zahlen not-wendig. Die geothermische Wärme ist wei-testgehend im energetisch effizientendirekten Wärmeübergang vom Thermal-wasser auf das Heiznetzwasser zu übertra-gen. Da in Norddeutschland überwiegendniedrigthermale Lagerstätten mit einerThermalwassertemperatur von 40 bisungefähr 100 °C vorkommen, sind Heiz-netzparameter mit niedrigen Rücklauftem-peraturen anzustreben. Wärmepumpenkönnen danach auf effiziente Weise derweiteren Auskühlung des Thermalwassersdienen. In jedem Fall muss die Systemaus-legung der geothermischen Anlage stand-ortkonkret erfolgen.

Eine geothermische Heizzentrale bestehtaus einem unterirdischen (untertägigen)und einem oberirdischen (übertägigen)Anlagenteil.

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Hydrothermale Geothermie: Tiefenwasser

als Heizwasser - Technologie - Beispiele -

ErfahrungenHerbert

Schneider

Neubrandenburg Waren (Müritz) Neustadt-Glewe

InbetriebnahmeModernisierung

19881994-1995

19841994-1996

1995

installierte LeistungAnteil Geothermie

16,44 MW th

3,85 MW th

= 24,4 %

6,2 MW th

1,6 MW th

= 25,8 %

16,4 MW th

6,5 MW th

= 39,6 %jetziger Wärmebedarfzukünftig

12,50 MW th

15,50 MW th

5,2 MW th 8,7 MW th

11,1 MW th

GesamtwärmelieferungAnteil Geothermie

45.000 MWh/a62 %

13.400 MWh/a63 %

15.180 MWh/a93 %

Tabelle 1Daten der nordostdeutschen Geothermischen Heizzentralen

Der Untertageteil - die

Geothermiebohrungen

Die Erschließung von hydrothermalen Tie-fenwässern erfolgt über Bohrungen, diesowohl der Erkundung der Wärmelager-stätten und als auch der Nutzung der geo-thermischen Speicher dienen.

Da die Bohrungskosten den Hauptanteilder erforderlichen Investitionen für eineGeothermieanlage bilden, müssen alle fürdie geologische Erkundung und Untersu-chung der geothermischen Ressourcenniedergebrachten Bohrungen technischnachnutzbar sein. Probebohrungen sindvon vornherein auszuschließen.

Der Aufschluss von Nutzhorizonten erfolgtim wesentlichen mit Hilfe bekannter Bohr-technologien des Erdöl- und Erdgassek-tors. Teilweise fließen auch Erfahrungenaus dem Grundwasserbereich mit ein.

Durch Anpassung der Verfahren auf diegeothermiespezifischen Bedingungen undderen Anwendung bei über 35 Tiefbohrun-gen seit 1981 in Norddeutschland konntendurch die Geothermie NeubrandenburgGmbH wichtige Erfahrungen gesammeltwerden.

Vorbereitet ist die Integration der Richt-bohrtechnik in zukünftige Projekte. Dabeiwird die erste Bohrung an einem neuenStandort mit dem Charakter einer Explora-tionsbohrung und einem angemessenengeologischen Untersuchungsprogrammzweckmäßigerweise vertikal niederge-bracht werden. Bei nachgewiesener Eig-nung dieser Lokation (durch Leistungstest,Wasseranalysen etc.) kann dann die nach-folgende zweite Bohrung der Doublette alsgerichtete Bohrung in geringer Entfernungvon der ersten Lokation beginnen.

Das Übertagesystem

Eine Geothermische Heizzentrale verfügtüber Betriebspunkte, die sich wie im FalleNeustadt-Glewe in Mecklenburg-Vorpom-mern oder im polnischen Pyrzyce nahe Stet-tin an drei örtlich voneinander getrenntenPositionen befinden können. Hinzu kommteine erdverlegte Thermalwasserleitung, diedie Bohrungen miteinander verbindet. BeiEinsatz der Richtbohrtechnik wird es mög-lich, alle Funktionseinheiten an einer Stellezu konzentrieren. Damit kann z.B. die über 1 000 m lange Thermalwasserleitung aufnur wenige Meter verkürzt werden.

Der übertägige Abschnitt des Thermalwas-sersystemes bildet das Bindeglied zwi-schen dem thermischen Potential imUntergrund und der Abnehmeranlage, d.h.der zeitlich und örtlich variablen Wär-menachfrage für Heizung, Warmwasserund Prozesswärme.

Der prinzipielle Aufbau eines Thermalwas-serkreislaufes ist in der Abbildung 1 des

Artikels Schenck/Kirsch "Das Geothermi-

sche Potential Schleswig-Holsteins" Seite

18 dargestellt.

Die Anforderungen an die Gestaltung desThermalwasserkreislaufes werden einer-seits von den physikalisch-chemischenEigenschaften des Thermalwassers undder Ausbildung der geothermischen Lager-stätte, andererseits vom Platz der geother-mischen Versorgung im Gesamtkonzeptder Wärmeerzeugeranlage bestimmt.

Maximale Versorgungssicherheit undminimale Beeinträchtigung der Umweltüber lange Zeiträume sind die Anforderun-gen an den Thermalwasserkreislauf. ZurVersorgungssicherheit gehört, dass dieQualität der geothermischen Lagerstätteauf nutzbarem Niveau erhalten wird unddie technische Ausrüstung den Anforde-rungen über eine Lebensdauer von 30 Jah-ren gewachsen ist.

Das Beispiel

Neustadt-Glewe

Die Geothermische Heizzentrale (GHZ)Neustadt-Glewe ist ein Beleg für die Mög-lichkeit einer Wärmeproduktion unterextremen geologischen Bedingungen mithochmineralisiertem Tiefenwasser alsWärmeträger und einer Temperatur vonnahezu 100 °C. Seit Ende 1994 wird dieseAnlage mit Erfolg zur Versorgung vonWohngebäuden und eines Gewerbeparkesmit Raum- und Prozesswärme betrieben.Bestätigt wurde die Richtigkeit der gewähl-ten technischen und technologischenLösungen.

Die Gesamtleistung des Heizwerkes mitperipheren Anlagen beträgt 16,4 MWth; dergeothermische Anteil beträgt 6,5 MWth. EinGaskessel mit einer Leistung von 4,8 MWth

dient als Spitzen- und Redundanzsystem.Zwei Ölkessel mit einer Leistung von 5,6MWth sind im Wohnareal vorhanden undkönnen ebenfalls als Spitzen- und Redun-danzeinheit genutzt werden.

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Die wesentlichen Daten der GHZ sowie diechemische Zusammensetzung des Tiefen-wassers sind in den Tabellen 2 und 3zusammengestellt.

Die GHZ Neustadt-Glewe hat drei Betriebs-punkte:

• Förderbohrung, Stationsgebäude mitSteuerungsteil für die elektrische Unter-wassermotorpumpe, Ausgleichsbehälter,Grobfiltereinheit, Druckhaltesystem,Slopgrube

• Zentralgebäude mit Wärmeübertrager,Spitzenkessel, Ausrüstungen für Heiz-netzwasser, Betriebsmess- und Steue-rungssysteme, Büroräume, Demonstra-tionssaal

• Injektionsbohrung, Stationsgebäude mitVerpresspumpe (bisher nicht in Nutzung),Ausgleichsbehälter, Feinfiltereinheit,Druckhaltesystem sowie im Freigeländeein Slopsammelbehälter.

Einige Daten der Wärmeerzeugung imJahre 1998 sind in der Tabelle 4 zusam-mengefasst. Mit Wärme wurden Ende1998 mehr als 1 300 Haushalte, 20 Gewer-bekunden und ein größeres Unternehmenmit Prozesswärme versorgt. Es konnten imgleichen Jahr rd. 1,7 Mio m3 Gas einge-spart und die CO2-Emission um rd. 2 700 treduziert werden.

Die Möglichkeit der Nach-

nutzung von Altbohrungen

In Schleswig-Holstein existiert eine Viel-zahl von Tiefbohrungen, teilweise sind siebereits verfüllt und auf der Erdoberflächenicht mehr zu erkennen. In der Erde erhal-ten ist die Verrohrung und oftmals ist siein einem noch nutzungsfähigen Zustand.

Befindet sich in der Nähe einer derartigenBohrung eine hinreichende Abnehmer-struktur von Wärme und erlauben es alleanderen Voraussetzungen - nicht nur diegeologischen - dann bietet es sich an, eineAltbohrung wieder aufzuwältigen (nutzbarzu machen) und das Thermalwasser zuerschließen.

Ein Beispiel gibt Arendsee in der Altmark.Hier wird ein Projekt zur wärmetechni-schen und balneologischen Nutzung vonThermalsole mit beachtlicher Unterstüt-zung des Landes Sachsen-Anhalt realisiert.Das Ziel bestand darin, die Erschließungmittels der verfüllten und übertägig voll-kommen rückgebauten Erdgassuchboh-rung E Arendsee 10/82 durchzuführen.

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Anzahl der Bohrungen 2Temperatur am Bohrungskopf 97 ˚CFördervolumen 40 – 120 m 3/hEntfernung zwischen den Bohrungen 1.350 mLänge der Thermalwasserleitung 1.780 m (GFK-Rohre)Tiefenlage des Aquifers 2.216 – 2.248 mStratigraphie Keuper / Rhät (Contorta-Sandstein)Mächtigkeit des Nutzhorizontes 67 mNutzporosität 25,6% (nach Bohrlochmessungen)Permeabilität 0,3 – 1,0 x 10 12 m 2

Schichttemperatur 98 – 100,5 ˚CProduktivität 183 m 3/(h MPa)Injektivität 265 m 3/(h MPa)

Tabelle 2Technische und geologische Daten der GHZ Neustadt-Glewe

Tabelle 3Chemische Zusammensetzung der Thermalsolein Neustadt-Glewe

Tabelle 4Ergebnisse der Wärmeerzeugung 1998 der GHZ Neustadt-Glewe

Das geologische Untersuchungsprogrammwar auf der Grundlage vorangegangenerRecherchen auf einen Sandsteinkomplexder Formation Unterkreide/Wealden alspotentiellen Nutzhorizont ausgerichtet.Entsprechend waren die technischenArbeitsschritte

• Auffinden des Bohrpunktes• Errichten des Bohrplatzes von

ca. 60 x 40 m Fläche• Errichten des Bohrkellers• Aufwältigen der verfüllten Bohrung• Aufschließen des Nutzhorizontes (Sand-

steine des Wealden)• Testen des Nutzhorizontes

zu planen und zu realisieren. Einzuholenwaren die berg- und wasserrechtlichenErlaubnisse.

Die Aufwältigung der Bohrung erfolgtedurch Aufbohren mit einem Rollenmeißelsowie durch partielles Aufspülen mit Klar-wasser. Die Prüfung des Zustandes derCasings (Bohrlochverrohrung) ergab, dasskeine über den Toleranzbereich der Rohreliegende Durchmesserveränderungen vor-liegen; die Rohrtour über den Messbereichvon 0 bis 1900 m ist in einem gutenZustand.

Nach Perforation wurde mit dem Leis-tungstest Thermalsole mit einem für dasVorhaben realisierbaren Volumenstromnachgewiesen.

Überraschend war die während der Testar-beiten mit einem elektronischen Tie-fenthermometer gemessene Temperatur;sie betrug 75,5 °C bei etwa 1550 m undliegt 10 °C über dem regionalen Durch-schnitt. Eine erneute Messung nach 45Tagen ergab 76 °C und bestätigte das fürdie vorgesehene Wärmeerzeugung günsti-gere Ergebnis. Der Temperaturgradientvon 4,34 °C/100 m verweist auf den Ein-fluss der in der unmittelbaren Nachbar-schaft gelegenen Salzstruktur.

Die chemische Kurzcharakteristik desSchichtfluids ergab das Vorhandenseineiner natürlich reinen, hochmineralisier-ten, jodhaltigen Thermalsole vom Natri-um-Chlorid-Typ. Der Gesamtmineralgehaltbeträgt etwa 218 g/l. Dem Einsatz im bal-neologischen Sektor steht aus dieser Sichtein wertvolles Medium zur Verfügung.

Die mit dem Leistungstest nachgewiese-nen geothermische Parameter

• Thermalwassertemperatur(Schichttemperatur) 75,5 °C

• erwartete Nutztemperaturam Bohrlochkopf 72,5 °C

• Volumenstrom >50 m3/h

verweisen auf ein nutzbares geothermi-sches Wärmepotential von rd. 3,0 MW.

Eine besondere Form der Nachnutzungeiner bestehenden Bohrung ist die Installa-tion einer Tiefen Erdwärmesonde (siehe

Schenck/Kirsch "Das Geothermische

Potential Schleswig-Holsteins ab S. 18).Bisher wohl einmalig in Deutschland istdas mit Förderung des Landes Branden-burg und der EU geschaffene Beispiel inPrenzlau. Auf 2800 m wurde eine ehemali-ge Bohrung der stillgelegten hydrotherma-len Geothermieanlage vertieft und in eingeschlossenes Zirkulationssystem miteiner Wärmepumpe eingebunden. DiesesZirkulationssystem ist als Koaxialrohr aus-geführt, wie es bereits im Beitrag von

Storm (ab S. 9) beschrieben wurde.

Die bis zur Sohle der Bohrung auf 108,5 °Czunehmende Gesteinstemperatur ermög-licht es, dass sich das nach unten fließen-de Wasser aufheizt. Beim Wiederaustrittaus dem Steigrohr hat das Wasser eineTemperatur von über 40 °C und gestatteteine Wärmeausbeute von rd. 400 kW. Die-se Erdwärme wird zur Grundlastversor-gung eines Wohngebietes genutzt unddeckt über 20 % des Bedarfes vom Fern-wärmenetz Prenzlau-West. Das Wärmeträ-germedium ist sauberes, aufbereitetes(entsalzt, entgast) Wasser und führt zu kei-ner Korrosion - ein Vorteil dieser Techno-logie.

Das Verfahren der tiefen Erdwärmesondebietet sich vordergründig für aufgelasseneAltbohrungen an, die sich in unmitttelba-rer Nähe eines Wärmebedarfes befinden.

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Zusammenfassung

Man kann in der Bundesrepublik Deutsch-land auf über 10-jährige erfolgreicheBetriebserfahrungen mit GeothermischenHeizanlagen zurückblicken, wobei auchbesondere Anforderungen, z.B. eine sehrhohe Salinität des Thermalwassers,beherrscht werden. Geothermische Wär-mebereitstellung kann schon heute, insbe-sondere bei großen Anlagen und geeigne-ten Abnehmern, mit konventionellerWärmebereitstellung wirtschaftlich kon-kurrieren.Die Errichtung und Entsorgung einer Geo-thermischen Heizzentrale erfordert einenhöheren Energie- und Materialeinsatz alsentsprechende konventionell betriebeneAnlagen. Dieses hat aber, bezogen auf diegesamte Lebensdauer der Anlage, nahezukeinen Einfluss auf treibhausrelevanteEmissionen. Je nach Anlagenkonfigurationreduzieren sich die CO2-Äquivalente umbis zu 82 % im Vergleich zu den fossilgefeuerten Heizanlagen. Weitere Umwelt-

auswirkungen (thermische und geomecha-nische Beeinflussungen, stoffliche Freiset-zungen) sind bei der derzeitigen Nutzungs-technologie als untergeordnet anzusehen.Die Nutzung der Erdwärme des tieferenUntergrundes bietet sich als umweltscho-nende und nachhaltige sowie ständig ver-fügbare Möglichkeit der Energieversor-gung der Zukunft an. In einemliberalisierten Markt für regenerative Ener-giebereitstellung kann Erdwärme eineSpitzenstellung einnehmen. Eine breiteMarkteinführung wird möglich, wennpotentiellen Investoren langfristige Sicher-heiten für die erforderlichen hohenAnfangsinvestitionen gegeben werden.

Wirtschaftliche Aspekte

Wirtschaftliche Einschätzungen der Nut-zung hydrothermaler Ressourcen bauenauf belastbaren Anlagenkosten auf. Auf-grund der Komplexität und der Vielschich-tigkeit der Zusammenhänge bei derKostenermittlung für geothermische Wär-mebereitstellung müssen Einflussfaktorenin größeren thematischen Blöcken zusam-mengestellt und diese dann untereinanderverknüpft werden (Abbildung 1).

Analyse und Beschreibung

der Abnehmerstrukturen

Die Wirtschaftlichkeit von Geothermieanla-gen wird von der Abnehmerstruktur ganzwesentlich beeinflusst. Um diese Wirkungmöglichst genau zu beschreiben, ist dieKenntnis von geordneten Jahresganglini-en der Abnehmersysteme erforderlich. DieBerechnung der Wärmegestehungskostensind mit weiteren abnehmerseitigen Vor-gaben (Auslegungsleistung, Volllaststun-denzahl, Heiznetzparameter) ebensogekoppelt wie Investitionskosten (z.B. Wär-metauscher, Filtersysteme, Slopbehälter,Prozessregelung etc.).

Einfluss der

Netztemperaturen

Bei der Analyse der Wärmegestehungsko-sten ist eine ausschließliche Betrachtungin Abhängigkeit der Leistungsparameterim Heiznetz nicht ausreichend. Zusätzlich

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Wirtschaftliche und ökologische Aspekte

bei der Nutzung der Erdwärme des tiefen

UntergrundesErnst Huenges

Abbildung 1Darstellung der übergeordneten Einflussgrößen bei der Berech-nung der Wärmegestehungskosten. Jeder Kasten entspricht einerFachrichtung, von der standortspezifische Angaben erwartet wer-den. Die fachspezifischen Vorgaben sind jeweils mit den Kompo-nenten in den anderen Blöcken verknüpft.

müssen die Einflüsse der Temperaturpara-meter im Netz betrachtet werden. Durchdie Absenkung der Netztemperaturen istes möglich, einen größeren Anteil an geo-thermischer Leistung in das Wärmenetz zuliefern (Abbildung 2). Daraus resultierteine "Einsparung" von Spitzenlastenergie,die sonst unter Einsatz von konventionel-len Treibstoffen bereitgestellt werdenmuss und deren Verwendung sich imAnteil der verbrauchsgebundenen Kostenniederschlägt.

Die Anpassung der Temperaturparameterim Abnehmernetz an die Lieferbedingun-gen der Geothermieanlage ergibt eine sig-

nifikante Kostensenkung aufgrund derReduzierung des Anteils dieser ver-brauchsgebundenen Kosten. Bei gleich-bleibenden Wärmegestehungskosten kanndieser Kostenvorteil in ein äquivalentesInvestitionspotential umgerechnet werden,welches zur Verfügung stände, um die ent-sprechenden Temperaturparameter imNetz herzustellen.Es bleibt im Einzelfall zu überprüfen, obdieses Potential ausreicht, um die im Heiz-netz erforderlichen Änderungen zu finan-zieren. Sind die Investitionskosten für eineRealisierung dieser Veränderungen niedri-ger als das ausgewiesene Potential, sokönnen bestehende Heiznetze umgerüstetund gleichzeitig die Wärmegestehungsko-sten gesenkt werden.

Sensitivitätsanalysen

Die Wärmegestehungskosten geothermi-scher Heizwerke nehmen mit steigenderAnlagenleistung ab. Die Systemtechnikvon Geothermieanlagen ist jedoch starkvon den Gegebenheiten vor Ort abhängig:Einflussgrößen wie Temperatur, Salinitätund Förderraten der Tiefenwässer sowiedie lokale Abnehmerstruktur führen zuUnterschieden in der Auslegung der Heiz-zentralen. Dies ist in Abbildung 3 demon-striert, in der die Wärmegestehungskostenfür zwei unterschiedliche Lagerstättenty-pen (tiefer geothermischer Horizont, hoheThermalwassertemperatur, aber hoheBohrkosten oder flacherer Horizont mitgeringerer Temperatur und entsprechendgeringeren Bohrkosten, dafür aber zusätzli-cher Einsatz von Wärmepumpen) vergli-chen werden.

Trotz der höheren Kosten für tiefere Boh-rungen führen die damit erreichbarenhöheren Thermalwassertemperaturen zugeringeren Wärmegestehungskosten. Diesist auf den höheren Geothermieanteil ander Jahreswärmemenge zurückzuführen.Die höheren Investitionskosten für die tie-feren Bohrungen werden durch die redu-zierten verbrauchsgebundenen Kosten(Brennstoffkosten Spritzenlastanlage)mehr als ausgeglichen.

Große Anlagen mit zusätzlicher Temperatu-rerhöhung durch eine Wärmepumpe könnendemnach Wärme mit nur ca. 20 % höherenKosten gegenüber konventionell gefeuertenAnlagen bereitstellen. Bei höheren Thermal-wassertemperaturen sind große Anlagen imVergleich sogar konkurrenzfähig. Zu beach-ten ist, dass wie bei allen regenerativenEnergiebereitstellungen hohe Investitionsko-sten und niedrige Betriebskosten üblich sind.

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Abbildung 2Jahresganglinien von Heizanlagen mit unterschiedlicher Tempe-raturauslegung, grün: durch Erdwärme bereitgestellte Grundlast,rot: mit konventionellen Treibstoffen erzeugte Spitzenlast. DieVorlauf-/Rücklauftemperaturen betragen im linken Bildteil 90/60°C und im rechten Bildteil 65/35 °C. Der Anteil der geothermischenEnergie an der Jahreswärmemenge beträgt links 79,1 % undrechts 92,6 %. Weitere Berechnungsparameter: Anlagenleistung15 MW, 2100 Volllaststunden, Thermalwassertemperatur 96 °C,Volumenstrom 100 m3/h

Abbildung 3Schematische Darstellung der Abhängigkeit der Wärmegeste-hungskosten geothermischer Heizwerke von der Auslegungslei-stung des Heizwerkes und den Lagerstättenparametern. BeiLagerstättentyp I ist die Temperatur des geförderten Wassers zugering und es muss eine Wärmepumpe nachgeschaltet werden,was bei Typ II aufgrund einer höheren Wassertemperatur nichterforderlich ist.

Die Abhängigkeit der Wärmegestehungs-kosten von lokalen Gegebenheiten werdenin der Abbildung 4 nochmals deutlichgemacht: Die Wärmegestehungskostenvariieren entsprechend der Förderrate. Beizu niedrigen Förderraten, bedingt z.B.durch die Reservoireigenschaften, ist mitspezifisch höheren Investitionskosten (z.B.Bohrkosten) zu rechnen. Höhere Förderra-ten verursachen höhere Kosten, da dieAnlage entsprechend größer ausgelegtwerden muss (z.B. Rohrleitungen, Pumpenetc.). Das Optimum liegt bei dieser Anla-genkonfiguration bei einer Förderrate vonca. 125 m3/h. Bei höheren Förderratenmüssen die verbindenden Rohrleitungeneinen größeren Durchmesser aufweisen.Die entsprechend höheren Investitionsko-sten führen zu einem Kostensprung. DieAbbildung 4 zeigt auch den positivenEffekt einer tieferen Bohrung. Deutlichwird aber auch, dass eine Optimierung derHeiznetzparameter hin zu niedrigeren Vor-lauf- und Rücklauftemperaturen einennoch größeren Einfluss auf die Wärmege-stehungskosten hat.Demnach haben die Investitionen dengrößten Einfluss auf die Wärmegeste-hungskosten frei Verbraucher (Abbildung5). Eine Kosteneinsparung von 30 % würdefür dieses Beispiel zu einer Verringerungder Wärmegestehungskosten um etwa7 DM/GJ (ca. 22 % bzw. 2,5 Pf/kWh) führen.Die Betriebskosten und der Zinssatz könn-ten bei einer Verringerung um knapp einDrittel eine Reduktion der Wärmegeste-hungskosten von etwa 2,5 DM/GJ ermögli-chen. Durch eine Verlängerung derAbschreibungsdauer könnten die Wärme-gestehungskosten um bis zu 2 DM/GJgemindert werden.

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Abbildung 4:Relative Wärmegestehungskosten (Verhältnis geothermisch/kon-ventionell) und Anteil der Geothermie an der Jahreswärmemengebei variablen Förderraten und unterschiedlichen Thermalwasser-temperaturen einer geothermischen Heizzentrale mit 15 MW Spit-zenleistung. Berechnungsgrundlagen: Heiznetzparameter 90 °CVorlauf- / 70 °C Rücklauftemperatur, 2000 Vollaststunden, 30.000MWh Jahreswärmemenge. Zusätzlich dargestellt ist der Einflusseiner Heiznetzoptimierung: Heiznetzparameter 60 °C Vorlauf- /35 °C Rücklauftemperatur führen bei gleicher Thermalwassertem-peratur zu einer deutlichen Erhöhung des geothermischen Anteilsan der Jahreswärmemenge und damit verbunden zu niedrigerenWärmegestehungskosten.

Abbildung 5:Parametervariationen für berechnete Wärmegestehungskostenfrei Verbraucher (inkl. Fernwärmenetz).Zinssatz 4 % = 100 %;Abschreibungsdauer 30 Jahre = 100 %;Gesamtinvestitionen 18.207 TDM = 100 %;Betriebskosten 559 TDM/a = 100 %.

Der Einfluss der Kosten für konventionelleBrennstoffe und der Investitionen für dieBohrungen auf die Wärmegestehungsko-sten ist in Abbildung 6 dargestellt. Es wur-den Kosten am Anlagenausgang berech-net, da sowohl die geothermische als auchdie konventionelle Anlage die gleiche Ver-sorgungsaufgabe erfüllen müssen. Wiedeutlich zu erkennen ist, führen höhereKosten für fossile Brennstoffe zu einerdeutlichen Verbesserung des Kosten-Nut-zen-Verhältnisses für geothermische Anla-gen.

Ökologische Analyse: Ener-

gie- und Emissionsbilanzen

Im Vergleich zu konventionellen Heizzen-tralen erfordert die Nutzung hydrotherma-ler Erdwärme einen relativ hohen minerali-schen und energetischen Ressourcen-verbrauch bei der Errichtung (Abteufenzweier Bohrungen und Installation von(zusätzlicher) übertägiger Anlagentechnik)und Entsorgung. In jedem Fall werdenaber während des Betriebs durch die Nut-zung hydrothermaler Erdwärme fossileBrennstoffe eingespart.

Anthropogener Treibhauseffekt

Die treibhausrelevanten Emissionen wer-

den maßgeblich durch CO2 bestimmt,gefolgt von Methan (CH4) und schließlich,mit nur einem sehr geringen Anteil, vonLachgas (N2O). In Übereinstimmung mitder derzeit gängigen Praxis bei zahlreichenKlimabilanzen werden für die Berechnungder CO2-Äquivalente die für einen Integra-tionszeitraum von 100 Jahren ermitteltenGWP-Werte (Greenhouse Warming Poten-tial) herangezogen. Insgesamt sind dieEmissionen direkt vom Verbrauch energe-tischer Ressourcen abhängig: Die prozen-tuale Aufteilung der Emissionen in dieLebensphasen Errichtung, Betrieb und Ent-sorgung entspricht in etwa der Aufteilungdes Verbrauchs energetischer Ressourcen.Wesentliche Einflussgröße im Anlagenver-gleich ist die Zufeuerung von Erdgas. EineHeizzentrale mit niedrigerer Thermalwas-sertemperatur emittiert deutlich mehrtreibhausrelevante Gase. Aus diesemGrund ergeben sich auch deutliche Unter-schiede hinsichtlich der Abnehmerstruktu-ren. Bei erhöhter Wärmenachfrage (z.B.Industriebetriebe) muss bei niedrigenThermalwassertemperaturen überpropor-tional viel zugefeuert werden. Dies führtdann zu einer deutlichen Steigerung derspezifischen Emissionen (CO2-Äquivalentebezogen auf Wärmemenge). Der Einflussdes Bohrungsausbaus ist verglichen mitdiesem Einfluss vernachlässigbar.

Versauerung

Verantwortlich für Säureeintrag und pH-Wert-Absenkung in sowohl terrestrischenals auch aquatischen Systemen sind dieEmissionen Säure bildender Gase wieSchwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxide(NOX), Ammoniak (NH3) und Chlorwasser-stoff (HCl). Es wird üblicherweise SO2 alsReferenzsubstanz für die Versauerungangegeben. SO2-Äquivalente ergeben sichdurch Multiplikation der Schadstofffrachtmit dem dazugehörigen Versauerungspo-tential (1,00 bei SO2, 1,07 bei NO, 0,70 beiNO2, 1,88 bei NH3 und 0,88 bei HCl).Die bei der Nutzung hydrothermaler Erd-wärme anfallenden spezifischen Emissio-nen sind sehr gering: Sie liegen in derGrößenordnung von 10-60 kg/TJ. Die ver-sauerungsrelevanten Gase sind imwesentlichen durch Stickstoff- und Schwe-feloxide gekennzeichnet. Diese werden inerster Linie durch die Bauaufwendungenund das Abteufen der Bohrungen verur-sacht. Andere Freisetzungen von Spuren-gas mit versauernder Wirkung sind nurvon untergeordneter Bedeutung.Bei Zufeuerungsbedarf (z.B. niedrige Ther-malwassertemperaturen, Versorgung vonIndustriebetrieben) nehmen die spezifi-

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Abbildung 6:Einfluss von Bohrkosten und Kosten fossiler Brennstoffe auf dieWärmegestehungskosten geothermischer Heizwerke im Vergleichzu vergleichbarer konventioneller Wärmebereitstellung. HöhereBrennstoffkosten und niedrigere Bohrkosten verbessern die Wirt-schaftlichkeit signifikant. Berechnungsparameter: Auslegungslei-stung: 15 MW, Heiznetztemperaturen 90/70, 2100 Volllaststunden,Thermalwassertemperatur 99 °C, Brennstoff: Heizöl extra leicht(Spitzenlastanlage und konventionelle Vergleichsanlage) (Para-meter: 100% Bohrkosten = 8600 TDM, 100 % Brennstoffkosten =8,17 DM/GJ).

schen emittierten SO2-Äquivalente auf-grund der Verbrennung von Erdgas in denGaskesseln oder im Blockheizkraftwerksignifikant zu.

Ökologische Sensitivitätsanalysen

Ökobilanzen zeigen, dass sowohl die geo-logischen Voraussetzungen, die Anlagen-konfiguration und die verwendeten Mate-rialien als auch die Nachfrage Einfluss aufdie Höhe der Energieaufwendungen unddamit der Emissionen haben. Folgende Variationsparameter habeneinen Einfluss auf die treibhausrelevantenEmissionen über die gesamte Lebensdau-er einer Anlage (einschließlich Errichtungund Entsorgung):

• Bohrungstiefe: Oftmals befinden sichAquifere mit ähnlichen Eigenschaften inunterschiedlichen Tiefen.

• Thermalwassertemperatur: Kann je nachgeologischen Voraussetzungen niedrigeroder höher sein.

• Wirkungsgrade der technischen Kompo-nenten: Auswirkungen möglicher techni-scher Verbesserungen werden deutlich.

• Volllaststunden und Anlagenleistung:Diese können sich aufgrund unterschied-licher Nachfrage verändern.

Einen signifikanten Einfluss haben Ther-malwassertemperatur und Anlagenlei-stung. Steigt beispielsweise mit zuneh-mender Teufe die Temperatur desThermalwassers um 20 %, führt dies beiden gegebenen Randbedingungen zu einerReduktion der treibhausrelevanten Emis-sionen um etwa 39 %. Daraus leitet sichab, dass die Erschließung tieferer Aquiferemit höheren Temperaturen trotz erhöhterAufwendungen für das Abteufen der Boh-rungen und trotz größerer Materialmen-gen für den Bohrungsausbau bezüglichder treibhausrelevanten Emissionen ökolo-gisch sinnvoll ist. Die Leistung der Geo-thermieanlage hat ebenfalls erheblichenEinfluss auf die spezifischen Emissionen:Eine Steigerung der Anlagenleistung wür-de für dieses Fallbeispiel zu einer besserenAusnutzung des geothermischen Poten-tials führen.

Thermische Beeinflussung des Untergrun-

des durch den Anlagenbetrieb

Im Betrieb einer Geothermischen Heizzen-trale treten Wärmeströme zwischen strö-mendem Fluid in der Bohrung und demGebirge im bohrungsnahen Raum auf, die

zu einem Temperaturanstieg bzw. zu einer-absenkung des Gebirges führen. Dies hatzum einen Auswirkungen auf die Wärme-gewinnung (Stichwort: thermische Durch-bruchszeit), zum anderen können damitUmweltauswirkungen (Beeinflussung derBiosphäre) verbunden sein. Der währenddes Betriebs stattfindende Wärmeaus-tausch ist ein komplexer Prozess und voneiner Vielzahl von Parametern abhängig:

• Struktur und thermophysikalische Eigen-schaften des umgebenden Gebirges

• radiale und axiale Bohrungskomplettie-rung, verwendete Materialien und derenthermophysikalische Eigenschaften

• Temperatur und Strömungsgeschwindig-keit des Fluids

• Betriebsregime und Einwirkzeit.

Entsprechend komplex gestaltet sich dieBerechnung der Wärmeaustauschprozessebei Berücksichtigung aller Effekte undGeometrien.

Aquifer und Nebengebirge: Beeinflussung

der Hangend- und Liegendschichten

Die hydrogeothermale Energiegewinnungunter Verwendung des Doubletten-Verfah-rens basiert auf der Wiederverpressungder abgekühlten Wässer in das Reservoir.Diese Injektion führt im Verlauf desBetriebs zu einer kontinuierlichen Abnah-me der initialen Speichertemperatur undsomit zu einem zeitlich variierenden Tem-peraturgradienten zwischen Speicher unddessen Umgebungsschichten. Dieserinstationäre Prozess initiiert einen konduk-tiven Wärmefluss aus den Deckschichtenin das Reservoir, der somit zu einer teil-weisen Wiedererwärmung der injiziertenWässer und gleichzeitig zu einer Abküh-lung der Deckschichten führt. In diesemZusammenhang muss der Frage nachge-gangen werden, wie groß die thermischeEindringtiefe in die Deckschichten ist undwelche Temperaturveränderungen im Lie-genden und Hangenden des Reservoirs zuerwarten sind.Nach kalkulierten 30 Betriebsjahren wer-den maximal 160 m thermisch beeinflusst,wobei Temperaturabnahmen von mehr als10 °C lediglich in Eindringtiefen von weni-ger als 70 m auftreten können. Bei derBewertung der Ergebnisse ist zu berück-sichtigen, dass eine permanente Injektionmit 20 °C bei einer initialen Horizonttempe-ratur von 99 °C angenommen wurde undder eindimensionale Ansatz die Kühlungder gesamten Oberfläche (Schichtgrenze,Aquifer-Deckschicht) unterstellt.Da im realen Betrieb diese extremen

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Bedingungen nicht eintreten werden, kön-nen die angegebenen Werte als obereGrenzwerte angenommen werden. Zusam-menfassend bedeutet dies, dass die hydro-geothermale Energiegewinnung auf derBasis des Doubletten-Betriebs ausschließ-lich lokale Ressourcen nutzt und somiteine tiefgreifende thermische Beeinflus-sung der Schichten oberhalb und unter-halb des genutzten Horizontes ausge-schlossen werden kann. Auf eine dietatsächlichen Gegebenheiten genauer wie-dergebende numerische Modellierungwurde aus diesem Grund verzichtet.

Bohrungsumgebung

Beispielhaft sei die Förderbohrung desgeothermischen Heizwerkes Neustadt-Gle-we betrachtet. Diese fördert aus 2216 mTiefe Thermalwasser von 100 °C. Unter-stellt man den hypothetischen Fall, dieBohrung würde ganzjährig mit 100 m3/hfördern (dieser Grenzfall berücksichtigt diebedarfsgeführte Fahrweise der Anlagenicht), wird das Heizwerk im erstenBetriebsjahr durch Wärmeabgabe an dieUmgebung ungefähr 230 kW und nach 30Jahren nur noch 180 kW/a Leistung verlie-ren. Nach 30 Betriebsjahren (ununterbrochenerErwärmung des bohrungsnahen Raumes)wäre ein Radius von 60 m um die Bohrungthermisch beeinflusst, wobei die thermi-sche Störung - das Verhältnis der Fluid-temperatur zur ungestörten Gebirgstempe-ratur - in einem Abstand von 10 m aufetwa 56 % und in einem Abstand von 20 mbereits auf etwa 34 % abgebaut wäre.Demnach ist selbst unter Zugrundelegunghypothetischer Lastfälle und bei Vernach-lässigung des Regenerierungsvermögensim Anlagenstillstand eine weitreichendethermische Beeinflussung des Gebirgesdurch die Bohrungen auszuschließen.

Geomechanische Einflüsse

im Langzeitbetrieb

Untersuchungen der Deformationen imBereich der Kaltwasserfront zeigen vertikaleAbsenkungserscheinungen infolge verfah-rensbedingter langfristiger Auskühlung undder damit verbundenen Kontraktion desSpeicherbereichs mit Fortsetzung bis zurTagesoberfläche. Anhand der mit Hilfenumerischer Modellierungen durchgeführ-ten Berechnungen wurden Absenkungsbe-träge von wenigen Zentimetern (1 bis 3 cm)bei Neigungen von 1 bis 3 % ermittelt. Hydrogeothermale Energiegewinnungsan-lagen, die Aquiferspeicher in Teufenberei-chen von ca. 1000 bis 2500 m nutzen, sindmit vergleichsweise geringen gebirgsme-

chanischen Sicherheits- und relevantenUmweltverträglichkeitsproblemen verbun-den, da diese Absenkungen weit unter denaus dem Steinkohle-, Erz- und Kalibergbaubekannten Beträgen liegen und daher fürnormale Bauwerke in Bezug auf Umweltsi-cherheit völlig unbedenklich sind (zumVergleich: primäre Setzungsbeträge beimErrichten von Gebäuden auf durchschnitt-lich gutem Baugrund liegen bei 20 bis60 mm). Gebirgsmechanisch verursachteFolgeerscheinungen in der Nachbetriebs-phase sind nicht zu erwarten.

Stoffbilanz

Bei den drei in Norddeutschland betriebenengeothermischen Heizzentralen handelt essich jeweils um ein Doublettensystem. Auf-grund des geschlossenen Systems erfolgtsomit kein Eingriff in den Wasserhaushaltder Erde. Damit unterliegt die Errichtunggeothermischer Anlagen keinen diesbezügli-chen pauschalen Auflagen. Etwaige Auflagenbetreffen nur jeweils die zum Einsatz kom-menden Einzelkomponenten. Die in Norddeutschland genutzten Thermal-wässer sind hochsalinare Na-(Ca-Mg)-Cl-Wässer. Die in den Thermalwässern im gelö-sten Zustand vorliegenden Salze werden als"im allgemeinen nicht wassergefährdend"eingestuft. Sieht ein bergrechtlicher Betriebs-plan eine Rohrleitungsanlage vor, so ent-scheidet die Bergbehörde im Einvernehmenmit der zuständigen Wasserbehörde über dieErteilung der Genehmigung.In neueren Anlagen (z.B. in Neustadt-Glewe)sorgt ein Lecküberwachungssystem für eineschnelle Erkennung großer Lecks und identi-fiziert kleine Lecks örtlich präzise. In älterenAnlagen (Geothermische HeizzentraleWaren, Geothermische Heizzentrale Neu-brandenburg) werden über die DruckbilanzUndichtigkeiten im System erkannt. Im Hava-riefall dienen in den Thermalwasserkreislaufintegrierte Slopwasserbehälter als Sicher-heitseinrichtung zur Aufnahme entsprechen-der Mengen (maximal: ein Anlagenvolumen- ungefähr 80 m3). Eine Vermischung mitRegen- oder anderen Abwässern ist unzuläs-sig. Entweder werden die in den Slopwasser-behältern zwischengespeicherten Wässerwieder in das Thermalwassersystem geführtund als geringer Teilstrom mit verpresstoder umweltgerecht entsorgt. Alle dieseMaßnahmen dienen der Aufrechterhaltungeines "geschlossenen Kreislaufs".

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EINLEITUNG

Geothermische Energie liegt im Tempera-turbereich von <100 °C bis zu ca. 250 °Cvor. Hohe Temperaturen sind hinsichtlicheiner Nutzung wenig problematisch.Schwieriger wird es hingegen, wenn dasTemperaturniveau der geothermischenWärmequelle gering ist und/oder hochwer-tige Energie (elektrischer Strom, Kälte)erzeugt werden soll.

Was man mit der geothermischen Energiemachen wird, hängt in erster Linie von derInfrastruktur von Verbrauchern ab. Gene-rell können Wärme, Kälte und/oder elektri-scher Strom bereitgestellt werden, aller-dings mit unterschiedlichen Gesamtwir-kungsgraden. Da die Wärmequelle in derRegel ganzjährig und konstant verfügbarist, muss das Abnehmerprofil hierzu pas-sen.

Nutzenergie "Wärme":wie beispielsweise Fernheizung, Warm-wasser, Industriewärme. Sofern Heizwär-me benötigt wird, ist die ganzjährige Nut-zung in unseren Breiten stark einge-schränkt. Hohe Investitionskosten für einVerteilnetz, Schwachlastbetrieb im Som-mer und gegebenenfalls ein geothermi-scher Leistungsüberschuss machen "Wär-me" nicht zum Favoriten. Zudem ist eineSpeicherung kaum möglich oder rentabel.

Nutzenergie "Kälte":wie beispielsweise Klimakälte: Kälte istzwar hochwertig, bei Sommerklimatisie-rung jedoch jahreszeitlich schwankendund bei hohen Investitionskosten ähnlichunattraktiv wie die Wärmeversorgung.Anders sieht es bei gewerblicher oderindustrieller Nutzung aus: Hier kann einausgeglichener Betrieb über das Jahrangenähert werden. Ebenso ist eine Spei-cherung auf einfache Weise möglich.Daher gegebenenfalls eine interessanteAnwendung.

Nutzenergie "Elektrischer Strom":Strom wird ganzjährig benötigt und lässtsich vergleichsweise einfach und kosten-günstig verteilen. Die Stromerzeugung ist

daher sehr attraktiv. Auch wenn Stromnicht günstig gespeichert werden kann, istgeothermischer Strom in den großeneuropäischen Verbundnetzen eigentlichimmer unterbringbar und im Rahmen derLiberalisierung des Strommarktes viel-leicht sogar für einen Ökostromanbietervon Interesse.

Kombinierte Nutzenergie:Eine gute Kombination verschiedener Nut-zenergien und Abnahmestrukturen ist diehohe Schule des Energiemanagementsund auch für die Geothermie wichtig. Kannman z.B. Heizung, Warmwasserversor-gung, Klimakälte, gewerbliche/industrielleVerbraucher sowie die Stromerzeugungmiteinander verbinden, dann ist eine opti-male Wirtschaftlichkeit erreichbar. Zusätz-lich können Wasserlieferung, balneologi-sche Anwendungen und Sport- bzw.Freizeitangeboten hinzugezogen werden.

Die Nutzung geothermischer Energie leidetaber immer unter dem vergleichsweiseniedrigen Temperaturniveau der Wärme-quelle. Aus dem Repertoire von Maschi-nen und Anlagen zur Energieumwandlunglassen sich folgende Wärmequellentempe-raturen als Minimum erkennen:

Heizwärme: >50 °C (Wärmeaustaucheroder Wärmepumpe)

Warmwasser: >70 °C (Legionella!)Kälte 1: >85 °C (Absorptionskäl-

teanlagen mit H2O/LiBr,minimale Kaltwassertem-peratur 6 °C)

Kälte 2: >110 °C (Absorptionsanla-gen mit NH3/H2O, minimale Temperatur bis-60 °C)

Strom: >80 °C, möglichst >100 °C

Wärmeaustauscher, Wärmepumpen und Käl-teanlagen werden im Rahmen dieses Beitra-ges nicht weiter diskutiert. Diese einleitendenBemerkungen sollen jedoch dazu dienen, denBlick für die vielfältigen - wenn auch zum Teileingeschränkten - Möglichkeiten zu schärfen.Der Beitrag hebt im weiteren ausschließlichauf die Stromerzeugung mit ORC-Anlagen ab.

NUTZUNG GEOTHERMISCHER ENERGIE

ZUR STROMERZEUGUNG MITTELS ORC

(ORGANIC RANKINE CYCLE)-ANLAGEN

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Joachim Paul

WAS IST EINE

ORC-ANLAGE?

Hat man bislang unter ORC-Anlagen sol-che Stromerzeugungsanlagen ("(Ab)wär-mekraftwerke") verstanden, welche miteinem organischen Arbeitsmittel arbeite-ten ("Organic Rankine Cycle"), so ist manheute auf "Wasser als Arbeitsmittel" verfal-len, da die bislang verwendeten organi-schen Arbeitsmittel (FCKW, Toluol oderähnliches) wegen ihrer umweltschädlichenund/oder toxischen Wirkung nicht mehreingesetzt werden können oder dürfen(unter anderem Ozonschichtschädigung,Treibhauseffekt).

ORC-Anlagen sind heutzutage auf Basis"Wasser als Arbeitsmittel" (R 718) arbeiten-de Maschinen, welche Niedertem-peratur(ab)wärme in mechanische oderelektrische Energie umwandeln können.Das bedeutet, dass aus (Ab)wärme elektri-sche (oder mechanische) Energie wird.

Als Wärme wird im folgenden - hinsicht-lich der Temperatur - "minderwertige"thermische Energie verstanden, die zwi-schen 250 °C und 80 °C anfällt, wobeihöhere Temperaturen durchaus zu verar-beiten sind, gegebenenfalls in einem Kom-biprozess, bei dem konventionelle undORC-Technik hintereinandergeschaltetwerden. Konventionelle Kraftwerksprozes-se lassen sich allerdings bei (niederen)Temperaturen der Wärme und den übli-chen geothermischen Wärmequellen von200 kW bis 50.000 kWtherm nicht mehr oderkaum noch wirtschaftlich betreiben.

In nahezu allen Bereichen der industriellenund kommunalen Energietechnik wird dieentstehende Wärme auf konventionelleWeise in wärmetechnischen Prozessenbereits sinnvoll genutzt. Beispiele hierfürsind rekuperative und regenerative Wär-meaustauscher sowie Wärmepumpen undBrüdenverdichter, die in der Regel betrieb-lich an räumlich und zeitlich aufeinanderabgestimmte wärmetechnische Verfahrenangepasst sind.

Die Umwandlung von Wärme in elektri-sche Energie oder mechanische Energiewie zum Direktantrieb einer Maschine(zum Beispiel Druckluftverdichter) ist wirt-schaftlich, sofern - eigentlich selbstver-ständliche - Grundvoraussetzungen erfülltwerden. Während sich konventionelleDampfkraftprozesse bei den typischerwei-se niederen Temperaturen und relativ klei-

nen Leistungen in technischer und wirt-schaftlicher Hinsicht nicht mehr realisierenlassen, bietet sich die ORC-Anlage an, wel-che ausschließlich mit Wasserdampf arbei-tet und auf diese Weise ökologische undökonomische Sachverhalte ideal kombi-niert.

Technische Kurzbeschrei-

bung des Verfahrens

Im Prinzip unterscheidet sich eine ORC-Anlage in keinem Punkt von einem Dampf-kraftprozess, was auch in dem Namen"Rankine Cycle" verborgen ist. Hierbei han-delt es sich um sogenannte rechtslaufendeKreisprozesse, die an einer definiertenStelle ihres Prozessumlaufes mechanischeArbeit zur Verfügung stellen. Man kann dieORC-Anlagen nach geschlossenen undnach offenen Prozessen unterscheiden(Mischprozesse sind möglich).

Wie das Blockschaltbild in Abbildung 1zeigt, besteht eine "geschlossene" ORC-Anlage im wesentlichen aus einem wär-mebeaufschlagten Verdampfer, einerExpansionsmaschine, einem Kondensator(Verflüssiger) und einer Druckerhöhungs-pumpe (Speisepumpe).

Wie schon bei den Kältemaschinen mitWasser als Kältemittel, lässt sich der ORC-Prozess auch "offen" durchführen, Ver-dampfer und Kondensator können statt alsWärmeaustauscher konventioneller Artalso auch als Direktkontakt-Apparate aus-

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Abbildung 1 Prinzipschaltbild einer ORC-Anlage mit den wesentlichen Bauteilen("geschlossene Anlage")

geführt werden. Obwohl solche Direktkon-takt-Apparate nicht dem allgemeinen Ver-ständnis nach "Verdampfer" oder "Kon-densatoren" sind sowie die Wärmeein-und -auskopplung nicht zwangsläufig mitPhasenänderungsprozessen zu tun habenmuss, wird im weiteren Text - unter Ver-nachlässigung dieser technischen Unter-schiede - von "Verdampfer" und "Konden-sator" gesprochen.

Die Zustandsänderungen und die notwen-digen Bauteile eines geschlossenen ORC-Prozesses sind:

1=>2 polytrope Druckerhöhung desWassers in der Druckerhöhungs-pumpe,

2=>3 isobare Vorwärmung, Verdamp-fung und Überhitzung des Was-sers im Verdampfer,

3=>4 polytrope Entspannung des Was-serdampfes in der Expansionsma-schine (Umwandlung der thermi-schen in mechanische Energie),

4=>1 isobare Enthitzung, Verflüssigungund Unterkühlung des Wasser-dampfes im Kondensator.

Bei einem realen ORC-Prozess sind dieZustandsänderungen in der Drucker-höhungspumpe und in der Expansionsma-schine mit lrreversibilitäten behaftet. Hinzukommt, dass in geschlossenen Prozessendie Wärmeübertragung in allen Wär-meaustauschern durch eine Druckdifferenzdes Fluides gekennzeichnet ist.

Der offene Prozess unterscheidet sich vomgeschlossenen dadurch, dass auf der Wär-mequellenseite entweder Druckwasser ineinem Verdampfer entspannt wird (einsogenannter "Flashprozess") oder Wasser-dampf direkt zur Verfügung steht. Wasser-dampf bzw. Flashdampf wird dem Expan-der zugeführt und auf der Niederdruckseite(Austrittsseite) in einem Direktkondensatorverflüssigt. Danach kann das Wasser wie-der dem wärmeliefernden Prozess zuge-führt werden. Es entfällt damit die Drucker-höhungspumpe, es wird lediglich einePumpe zur Weiterleitung des Kühlwas-ser/Kondensatgemisches benötigt.

Im Mischprozess kann z. B. ein Flashprozess aufder Wärmeseite (offener Prozess) mit einemWärmeaustauscher-Kondensator (indirekte Küh-lung) gekoppelt werden, was eine Vermischungvon Kühlwasser und Kondensat verhindert.

BAUTEILE

UND KOMPONENTEN

Expansionsmaschine

Die Expansionsmaschine dient zurUmwandlung der im Verdampfer aufge-nommenen thermischen Energie inmechanische Energie. Die Güte dieserExpansionsmaschine ist ein Maß dafür,wieviel von der zur Verfügung stehendenEnergie effektiv genutzt werden kann. Beieiner genauen Untersuchung einer Expan-sionsmaschine, speziell bei mehrstufigenMaschinen und zur Beurteilung des Teil-lastverhaltens, sind maschinenspezifischeKennfelder oder genaue Berechnungsver-fahren notwendig.

Generell lassen sich Expansionsmaschinenaufteilen in

• Strömungsmaschinen (Turbinen)• Verdrängermaschinen (Schraubenma-

schinen und Kolbenmaschinen).

Ein wichtiges Kriterium für den Einsatz sol-cher Maschinen in ORC-Anlagen ist nebendem maximalen Druckverhältnis und demmaximal abbaubaren isentropen Enthal-piegefälle pro Stufe auch die maximalzulässige Dampfnässe am Austritt derExpansionsmaschine.

Für die oben beschriebenen zweigrundsätzlichen Arten von Expansionsma-schinen existieren wesentliche Merkmale,was den Einfluss der Dampfnässe auf denBetrieb der Maschinen angeht:

• Für Expansionsturbinen liegt der heutevertretbare Wert bei einem Dampfgehaltvon x = 0,85%

• Bei ölfreiem Betrieb von Schraubenex-pansionsmaschinen gibt es keinerlei Ein-schränkungen im Hinblick auf die maxi-mal zulässige Dampfnässe. Beim Einsatzvon Wasser als Arbeitsmittel bedeutetdies, dass theoretisch überhaupt keineÜberhitzung des Arbeitsmittels notwen-dig ist. Das macht den Einsatz von Was-ser bei relativ niedrigen Heiztemperatu-ren, verbunden mit sehr gutenAnlagennutzungsgraden, möglich.

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• Bei Kolbenexpansionsmaschinen ist eineDampfnässe nach Möglichkeit zu vermei-den. Diese Maschinen werden in derRegel ölgeschmiert betrieben, und esbesteht die Gefahr, dass das Öl mit demWasser eine Emulsion bildet. Nachteiligwirken sich hier auch die hohen thermi-schen Verluste aus, hervorgerufen durchdie wirkungsgradbehafteten Ladungs-wechsel solcher Maschinen. Außerdembesteht durch Rückkompression desNassdampfes in der Niederdruckstufevon mehrstufigen Maschinen die Gefahrder mechanischen Zerstörung.

Dichtungen

Eigentlich sind wegen der totalen Umwelt-freundlichkeit des Wassers als Arbeitsmit-tel im ORC-Prozess keine besonderenMaßnahmen zur Emissionsreduzierung zutreffen, wie dies bei konventionellen ORC-Kreisläufen (mit Kohlenwasserstoffen odergar FCKW) nötig wäre. Dennoch sind eini-ge Besonderheiten zu beachten: Ein Teilder Anlage wird bei Temperaturen unter100 °C im Unterdruckbereich arbeiten(Vakuum), was bei Undichtigkeiten bedeu-tet, dass Luft gezogen werden kann, wenndie Dichtungen (statische und dynamischeDichtungen) leck sind oder werden.

Falschluft im Prozess - besonders, wenn essich um einen geschlossenen Prozess han-delt - bringt nichtkondensierbare Gase(NCG = non-condensible gases) in denKreislauf, welche abgeführt werden müs-sen. Bei den offenen ORC-Prozessen isteine NCG-Abfuhr ohnehin vorzusehen,und diese müsste bei einer kalkuliertenLeckage lediglich die Falschluft mitabführen können (Dimensionierung),während in geschlossenen Prozessen die-se NCGs doch sehr stören würden.

In Anlagenteilen, welche unter Überdruckstehen, würden lecke Dichtungen lediglichdas Arbeitsmittel" Wasser" austreten las-sen, welches umweltfreundlich ist undäußerstenfalls den Betreiber ärgert, wenn"Pfützen" bei der Anlage stören.

Arbeitsmittel ("Kältemittel") Wasser

Bisher wurden in ORC-Anlagen - wie auchin Kälteanlagen - hauptsächlich fluorierteChlorkohlenwasserstoffe (FCKW), verein-zelt auch Kohlenwasserstoffe (KW) oderToluol eingesetzt. Neben den thermophy-sikalischen Eigenschaften spielten anwen-derspezifische Gesichtspunkte, wie Verhal-ten mit Schmiermitteln, Öllöslichkeit undso weiter eine Rolle. Die vollhalogenierten

Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sindmittlerweile verboten und auch die H-FCKW gibt es bei uns nicht mehr in Neuan-lagen. Die Treibhausgase (FKW) sind seitden Klimaschutzkonferenzen von Kyotound Bonn (1999) unter Beobachtung undman muss davon ausgehen, dass sie auchverboten, in der Nutzung stark einge-schränkt oder hinsichtlich Abgaben sehrstark verteuert werden.

Unter den derzeitigen technischen Gege-benheiten ist der Einsatz von umwelt-freundlicheren Stoffen wie Ammoniak unddem absolut umweltverträglichen Wasserin ORC-Prozessen wünschenswert, auchwenn bei Ammoniak hohe Drücke und derBetrieb im überkritischen Bereich eine Rei-he von Erschwernissen mit sich bringenund bei Wasserdampf große Dampfvolu-mina beherrscht werden müssen. Amgeeignetsten ist jedoch immer noch Was-ser, welches keine Umweltbeeinträchti-gung darstellt, billig und unempfindlichgegen Leckage ist und bei niedrigemDruck als ORC-Anlage eine zeitgemäßeund wirtschaftliche Verfahrenstechnik bie-tet. Dass dabei Preis und Wirkungsgrade ingleicher Höhe wie bei den bislang bekann-ten ORC-Anlagen liegen, ist ein besonde-res Verdienst des Wassers als Arbeitsmit-tel.

Umweltschutz und Geothermie

Selbstverständlich entlasten ORC-Anlagendie Umwelt. Sie benötigen keinen Brenn-stoff, sondern wandeln anfallende geo-thermische Wärme in die höchstwertigeEnergieform, nämlich elektrische odermechanische Energie, um. Abgase, Stauboder andere Schadstoffe treten nicht auf.Aber auch vom Arbeitsmittel dürfen keineumweltrelevanten Schädigungen ausge-hen. Dies ist aber bei Verwendung vonWasser sichergestellt und bedarf keinerweiteren Diskussion.

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GESCHLOSSENER

ORC-PROZESS

Verdampfer

Der Verdampfer ist der wichtigste Wär-meübertrager im gesamten ORC-Prozess.Für seine Auslegung ist besondere Sorg-falt notwendig, da nur die von ihm über-tragene thermische Energie in der Expan-sionsmaschine in mechanische Energieumgewandelt werden kann. In der Praxishat sich gezeigt, dass ein wirtschaftlichesMaß dieser Temperaturdifferenz zwischen5 und 10 K liegt. Es hängt von der Qualitätder geothermischen Wärmequelle ab, wieweit man abkühlen soll (Nachnutzung)oder darf (zum Beispiel Ausfällungen vonKalk).

Kondensator

Der Kondensator dient der Wärmeaus-kopplung (Verflüssigung) des dampfförmi-gen Arbeitsmittels. Dies geschieht durchgleichzeitige Wärmeabfuhr. Die freiwer-dende Kondensationswärme wird an einanderes, kälteres Medium abgegeben.Üblicherweise kommen als Kühlmediumsowohl Wasser als auch Luft in Betracht.

Für die Auslegung von Kondensatorensollte beachtet werden, dass möglichstnicht unterkühlt wird. Jede Absenkung derWassertemperatur unter die Kondensati-onstemperatur bedeutet einen zusätzlichenVerlust. Die maximale Leistung eines Kon-densators hängt im wesentlichen von demWirkungsgrad der Expansionsmaschineund - falls vorhanden - von der Effektivitätdes inneren Wärmeaustauschers (Reku-perator) ab. Für die Auslegung bedeutetdies, dass die maximale Leistung für denkleinsten Wirkungsgrad der Expansions-maschine berechnet werden muss. EineMinderleistung hätte einen Druckanstiegim Kondensator zur Folge, verbunden miteiner Verschlechterung des Anlagen-Nut-zungsgrades.

Druckerhöhungspumpe

Als Druckerhöhungspumpe (Speisepum-pe) kommen in der Regel ein- oder mehr-stufige Kreiselpumpen zum Einsatz. Beikleinen Volumenströmen des Arbeitsmit-tels könnten auch Verdrängerpumpen zurAnwendung kommen. In beiden Fällenkann der Antrieb direkt von der Expan-sionsmaschine erfolgen.

Bei dieser Betriebsart sind zusätzlich eineKupplung und ein Elektromotor vorzuse-hen. Die Kupplung dient hierbei zum Tren-

nen von Pumpe und Expansionsmaschine,der Elektromotor wird nur bei der Inbe-triebnahme des Prozesses benötigt.Betreibt man die Druckerhöhungspumpeausschließlich mit einem separaten Elek-tromotor, so ist diese Betriebsweise mitdem Wirkungsgradverlust des Elektromo-tors behaftet. Dieser Energiebedarf wirdbei der Ermittlung der Anlagen-Nettolei-stung in Abzug gebracht. Während bei denbisher verwendeten organischen Arbeits-mitteln dieser Betrag zu einem entschei-denden Faktor für die Effizienz des gesam-ten Kreisprozesses wurde, ist bei Wasserals Arbeitsmittel im ORC-Prozess die sehrgeringe Leistungsaufnahme weder energe-tisch relevant noch sind aufwendige, hoch-effiziente und damit teure Pumpen erfor-derlich.

OFFENER ORC-PROZESS

Verdampfer

Der "Verdampfer" ist in zweierlei Weiseausführbar: Bei Druckwasser, also bei geo-thermischem Wasser unter einem Druck,bei dem keine Verdampfung auftritt, wirddas Wasser in ein "Flashchamber" einge-spritzt, wodurch es auf Grund des dortherrschenden Vakuums verdampft unddieser Dampf der Expansionsmaschinezugeführt werden kann. Die Ausbildungdieses Behälters ist nicht kritisch, wenn-gleich seine Auslegung unter Berücksichti-gung von Wirkungsgrad, Dampfnässe undStrömungsführung sehr unkonventionellist. Sollte bereits Dampf vorliegen, so kanndieser der Expansionsmaschine zugeführtwerden, wobei für die Strömungsführungwieder genaue Überlegungen angestelltwerden müssen.

Kondensator und Ableitung nichtkonden-

sierbarer Gase (NCG)

Der "Kondensator" wird als Behälter aus-geführt, in dem das Kühlwasser und derAbdampf in einem Verhältnis zueinandergemischt werden, damit vollständige Kon-densation des Abdampfes erreicht wird.Die konventionelle Kraftwerkstechnik bie-tet hierfür Beispiele der Ausgestaltung sol-cher Mischkondensatoren (Direktkontakt-Kondensatoren). Dabei müssen die ineinem offenen Prozess auftretenden, nicht-kondensierbaren Gase (NCG) abgeführtwerden, wozu eine entsprechende Einrich-tung, bestehend aus Gebläse und Vakuum-pumpe, gegebenenfalls mit Zwischen-kühler, vorgesehen werden muss. Damitwird der Austrag von Wasserdampf redu-ziert.

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TEMPERATURNIVEAU,

LEISTUNGSBEREICH

UND WIRKUNGSGRAD

Obwohl die ORC-Technik eine sehr univer-sale Anwendung erlaubt, haben sich bis-her typische Einsatzfälle herausgebildet, indenen diese Technik, bei den derzeitigenund den zu erwartenden Energiekosten,besonders wirtschaftlich ist. Man kann dievorzügliche Anwendung an folgenden Kri-terien leicht erkennen:

• Wärme zwischen 250 °C (und höher) und80 °C. An geothermische Wärmequellensind somit Forderungen gestellt, die inSchleswig-Holstein nur schwer erreichtwerden können.

• Wärmeleistung zwischen 200 und50.000 kWtherm pro Einheit.

• Wärme verschiedener Art und Tempera-tur kann gleichzeitig verwendet werden,z. B. neben geothermischer Energie auchzum Beispiel Abgas, Druckwasser,Abdampf.

• Die Kondensator-Schlusskühlung kannmit Luft, Wasser oder Verdunstungs-kühlern durchgeführt werden, ebenso isteine Auskopplung von Fernwärme oderBrauch-Warmwasser ganzjährig oder sai-sonal möglich.

• Durch die Nutzung geothermischer Ener-gie wird weniger CO2 emittiert (Verringe-rung des Strombedarfs).

Eine genaue Angabe über den Wirkungs-grad kann nur fallbezogen gemacht wer-den, aber hier seien einige Anhaltspunktewiedergegeben. Abhängig von der Qua-lität des geothermischen Wassers, vomTemperaturniveau der Wärme und von derWärmeleistung ergibt sich ein Netto-Wir-kungsgrad, wie er im Abbildung 2 darge-stellt ist. Die Darstellung muss bewusstdarauf verzichten, übergenaue Angaben zumachen. Es ist lediglich festzustellen, dassdie geothermische Energie ohne Kostenfür Brennstoff in elektrische oder mechani-sche Energie umgewandelt werden kann.

Der Wirkungsgrad von ORC-Anlagen darfnicht fälschlicherweise mit denen der kon-ventionellen Kraftwerkstypen verglichenwerden - bei ORC-Anlagen sind dieBetriebskosten nicht mit Brennstoffkostenbelastet!

INVESTITIONSKOSTEN

Aus den Erfahrungen mit konventionellenein- und zweistelligen ORC-Anlagen großer(etwa 1.025 kWel) und kleiner (etwa30 kWmech) Leistung kann für ORC-Anlagendie Größenordnung der Investitionskostenfür eine betriebsbereite, vollautomatisierteund überwachungsfreie Anlage - abhängigvon der Netto-Generatorleistung (bezie-hungsweise nutzbaren mechanischen Lei-stung an der Welle) - angegeben werden, wiesie in Abbildung 3 dargelegt ist. Die Band-breite ist wiederum abhängig vom Tempera-turniveau der geothermischen Wärmequelle.

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Abbildung 2:Elektrischer Wirkungsgrad einerORC-Anlage

Abbildung 3:Spezifische Investitionskosten einerORC-Anlage

Es ist anzumerken, dass im Generatorbe-trieb sowohl Inselbetrieb als auch netzsyn-chroner Betrieb möglich sind. Die Einspei-sung in private, kommunale undallgemeine Stromnetze ist technischunproblematisch.

ÜBERSCHLÄGIGE BERECH-

NUNG DER WIRTSCHAFT-

LICHKEIT VON ORC-ANLA-

GEN

Für eine erste, überschlägige Betrachtung,ob sich ORC-Anlagen wirklich "rechnen",empfiehlt sich folgende Vorgehensweise(vergleiche Beispiel in Tabelle 1):

Ermittlung der Wärme-"Qualität"

Wesentlich für den wirtschaftlichen Betriebist, wieviel geothermische Energie konti-nuierlich anfällt (Sockel-Leistung). Da derORC-Prozess mit Wasserdampf betriebenwird, ist besonders Wasser oder Wasser-dampf (Druckwasser) von Interesse, dadieses gegebenenfalls im "offenen" Direkt-kontakt-Prozess eingesetzt werden kann,was ein besonders günstiges Betriebser-gebnis mit sich bringt. Man achte jedochdarauf, dass beispielsweise Kalk ausfallenkann, wenn kohlensaure Wässer entspanntwerden. Der ORC-Prozess mit "Wasser alsArbeitsmittel" arbeitet im Vakuum!

Ermittlung des Ganzjahresbetriebes

Für die Wirtschaftlichkeit einer ORC-Anla-ge ist die Wärmeleistung oder das Tempe-raturniveau weniger entscheidend als dieTatsache, dass möglichst ganzjährig Wär-me verfügbar ist und Strom erzeugt wer-den kann.

Ermittlung des Wirkungsgrades und der

Leistung der ORC-Anlage

Mit der sich ergebenden Wärmeleistunglässt sich aus Abbildung 2 überschlägigder Wirkungsgrad bestimmen. Multipliziertman die Wärmeleistung mit dem Wir-kungsgrad, so erhält man die Nettolei-stung.

Ermittlung der Investitionskosten

Mit der Generatorleistung lassen sich diespezifischen Investitionskosten abschät-zen, wie diese in Abbildung 3 dargestelltsind. Multipliziert man die Generatorlei-stung mit dem Faktor für die spezifischenInvestitionskosten, so erhält man die Inve-stitionskosten der ORC-Anlage.

Bestimmung der Betriebskosten

Da ORC-Anlagen keinen Brennstoff benöti-gen, treten diese in der Kalkulation nichtauf (Hinweis: In manchen Fällen könntejedoch die Wärme mit einem "Arbeits-preis" intern verrechnet werden, das ist beider Kalkulation zu berücksichtigen). Diejährlichen Wartungskosten liegen beiungefähr 2% der Investitionskosten.

Berechnung der Einsparung

Die ermittelte Generatorleistung wird mitder Jahresbetriebsdauer (so hoch wiemöglich!) multipliziert, es ergibt sich dieJahresarbeit der ORC-Anlage in kWh/a. Dadiese Jahresarbeit durch die ORC-Anlageabgedeckt wird, ist der Bezug dieser Ener-gie eingespart; man wird nun den tatsäch-lich eingesparten Arbeitspreis des Stromesheranziehen, um die Jahreseinsparung zuerrechnen. Achtung: Reduzierungen desLeistungspreises (Stromspitzen) unbedingtmit einrechnen! Die Jahreseinsparungwird nun um die Betriebskosten reduziert.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung,

Kapitalrücklaufzeit (statisch)

Man vergleicht nun die Ersparnisse mitden Investitionskosten und kann danachentscheiden, ob die Investition für eineORC-Anlage wirtschaftlich ist. Welche Kri-terien für die betriebswirtschaftlicheBewertung angesetzt werden, muss jederBetreiber selbst entscheiden. Ein Nutzenist volkswirtschaftlich und hinsichtlich derUmwelt auf jeden Fall gegeben!

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ZUSAMMENFASSUNG

ORC-Anlagen können durch die Umwand-lung niedertemperierter geothermischerEnergie in elektrischen Strom die Emissio-nen aus Kraftwerken reduzieren, ohneselbst zu emittieren, da ausschließlichWasser als Arbeitsmittel verwendet wird.Zu dieser umweltgerechten Maßnahmegesellt sich eine Wirtschaftlichkeit, die dasVerfahren überall dort attraktiv macht, wofolgende Voraussetzungen gelten:

- hohe Gleichzeitigkeit,- hohe jährliche Betriebsstundenzahl,- hoher anzulegender Strompreis.

Unter diesen Verhältnissen können ORC-Anlagen eine Kapitalrückflussdauer errei-chen, die zwischen weniger als zwei Jah-ren und bis zu drei Jahren liegt. Durch diealleinige Verwendung von Wasser alsArbeitsmittel ergibt sich auch eine bishernicht gekannte Flexibilität in der maschi-nellen und apparativen Ausrüstung vonAnlagen, wodurch Wirkungsgrad undKosten positiv beeinflusst werden, wieauch auf die speziellen Voraussetzungender geothermischen Wärmequelle undihrer (Nach)-Nutzung Rücksicht genom-men werden kann. Diese Flexibilitäterlaubt es, Wärmeleistungen von etwa200 kW bis 50 MW in einer Maschine zunutzen und elektrischen Strom in einemLeistungsbereich von etwa 30 kW bis5 MW und höher verfügbar zu machen.Durch die Verwendung mehrerer Maschi-nensätze ist nach oben praktisch keineGrenze gesetzt.

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Tabelle 1:Drei Beispielbe-rechnungen fürverschiedene Tem-peraturniveaus

Allgemeines

Erdwärme ist ein Bodenschatz und unter-liegt dem Bergrecht nach Bundesbergge-setz (BBergG) vom 13.08.1980, erschienenim Bundesgesetzblatt (BGBl) I, Jahrgang1990, Seite 1310 ff, geändert am12.02.1990, erschienen im BGBl I, Jahr-gang 1990 S. 215 ff. Steht die Nutzung derErdwärme jedoch im unmittelbarenZusammenhang mit der baulichen Nut-zung eines Grundstückes (beispielsweisefür ein Einfamilienhaus), so stellt dies kei-ne Gewinnung im Sinne des § 4 Abs. 2Nr. 1 Bundesberggesetz dar und unterliegtnicht dem Bergrecht2.

Durchführung erforderlicher

wasserrechtlicher Verfahren zur Nutzung

der Erdwärme1

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Ernst-Adolf

Nahnsen

1 Dieser Beitrag basiert auf dem Manuskript des Vortrages vom 24.02.2000. Ein Runder-lass zu diesem Thema wird zur Zeit vom Ministerium für Umwelt, Natur und Forsten desLandes Schleswig-Holstein vorbereitet (30.05.2001)

2 Schreiben des Oberbergamtes Clausthal-Zellerfeld vom 30.11.1999 an das Landesamtfür Natur und Umwelt des Landes Schleswig-Holstein, Abteilung Geologie/Boden:

Die Anwendbarkeit des Bundesberggesetzes und damit die Zuständigkeit der Bergbehör-de ist nicht von der Teufe einer Bohrung abhängig und damit sind zur Gewinnung vonErdwärme grundsätzlich die oben genannten Verwaltungsverfahren zur Verleihung vonBergbauberechtigungen (Erlaubnis, Bewilligung und Bergwerkseigentum) und Zulas-sungsverfahren für Betriebspläne durchzuführen. Entsprechend der oben genanntenRichtlinie unterliegt die Gewinnung von Erdwärme nur in folgenden Fällen nicht demGeltungsbereich des Bundesberggesetzes:

• Betriebe, die bei Inkraftsetzen des Bundesberggesetzes bereits Erdwärme gewonnenhaben und diese Wärme zu Bade- und Heilzwecken nutzen, sind nach § 169 Absatz 2Bundesberggesetz von dessen Geltungsbereich ausgeschlossen.

• Das Lösen und Freisetzen von Erdwärme in einem Grundstück aus Anlass oder imZusammenhang mit dessen baulicher Nutzung (zum Beispiel Einsatz einer Wärmepum-pe zur Beheizung eines Einfamilienhauses) ist gemäß § 4 Absatz 2 Nummer 1 keinGewinn im Sinne des Bundesberggesetzes. Demgegenüber unterliegt eine Gewinnungvon Erdwärme zur gewerblichen Nutzung dem Geltungsbereich des Bundesberggeset-zes.

(Gesch.-Z.: -20.2-1/99-Allg.25-I)

Soll Erdwärme aus einem nutzbarenGrundwasserleiter gewonnen werden, soist zusätzlich zur bergrechtlichen Genehmi-gung eine wasserrechtliche Erlaubnisbeziehungsweise Bewilligung nach demWasserhaushaltsgesetz in Verbindung mitdem Landeswassergesetz erforderlich. DasWasserrecht greift daher in der Regel nurin dem Bereich der oberflächennahen Geo-thermie bis zu 400 m unter der Gelände-oberfläche (Benutzung eines Gewässers).Dieser Bereich ist daher Gegenstand derfolgenden Ausführungen.

Rechtsgrundlagen

nach Wasserrecht

Das Erfordernis für eine wasserrechtlicheErlaubnis bzw. Bewilligung ergibt sich aus:

• § 2 Wasserhaushaltsgesetz - WHG -

BGBl. Teil I, in der Fassung vom18.11.1996, Seite 1690 ff in Verbindungmit

• dem Landeswassergesetz - LWG -

Gesetz- und Verordnungsblatt Schleswig-Holstein (GVOBl) vom 07.02.1992, Seite81 ff3 sofern eine Benutzung einesGewässers im Sinne des § 3 WHG vor-liegt.

Die Abwicklung des wasserrechtlichenVerfahrens durch die Wasserbehörde ist,soweit es sich nicht aus Abschnitt II desLandeswassergesetzes ergibt, dem

• Landesverwaltungsgesetz - LVwG- GVO-Bl. Schleswig-Holstein vom 4. Juni 1992,Seite 243 ff und gegebenenfalls beierheblichen Eingriffen dem

• Gesetz über die Umweltverträglichkeit-

sprüfung (UVPG), als unselbständigerTeil des verwaltungsbehördlichen Verfah-rens, BGBl. Teil I, Jahrgang 1990,20.02.1990 Seite 205 ff zu entnehmen.

Wasserrechtliches

Verfahren

Allgemein

Sofern eine Benutzung eines Gewässersim Sinne des § 3 WHG vorliegt, ist einAntrag auf eine wasserrechtliche Erlaubnisnach § 7 WHG beziehungsweise Bewilli-gung nach § 8 WHG zu stellen. Die Erlaub-nis wird in der Regel auf unbestimmte Zeiterteilt. Sie ist jedoch widerruflich, wenntriftige Gründe vorliegen. Die Bewilligunggewährt das Recht auf eine bestimmteZeit, in der Regel 30 Jahre. Während die-ser Zeit kann sie nicht widerrufen werden.Der Verfahrensaufwand bei einer Bewilli-gung ist jedoch höher.

Wann wird ein Gewässer benutzt?

Gewässerbenutzungen im Sinne des § 3

WHG Absatz 1 sind:

1. Entnehmen und Ableiten vonWasser aus oberirdischen Gewäs-ser,

2. Aufstauen und Absenken vonoberirdischen Gewässern,

3. Entnehmen fester Stoffe aus ober-irdischen Gewässern, soweit diesauf den Zustand des Gewässersoder auf den Wasserabfluss ein-wirkt,

4. Einbringen und Einleiten von Stof-fen in Küstengewässer,

5. Einleiten von Stoffen in das

Grundwasser,

6. Entnehmen, Zutagefördern, Zuta-

geleiten und Ableiten von Grund-

wasser.

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3 Das LWG des Landes Schleswig-Holstein wurde am 13.06.00 geändert. Im § 10 LWGwird jetzt unterschieden zwischen einer einfachen und einer gehobenen Erlaubnis. Beieiner einfachen Erlaubnis gilt die Erlaubnis als erteilt, wenn die Wasserbehörde nach Ein-gang des Antrages nicht innerhalb von 2 Monaten widerspricht. Bei der Gewinnung vonErdwärme ohne Förderung von Grundwasser liegen unter bestimmten Voraussetzungengemäß Erlass des Ministers für Umwelt, Natur und Forsten des Landes Schleswig-Hol-stein vom 16.10.00 die Voraussetzungen für eine einfache Erlaubnis vor. Nähere Auskünf-te erteilt die zuständige Wasserbehörde.

Als Benutzung gelten auch folgende Ein-

wirkungen im Sinne von Absatz 2:

1. Aufstauen, Absenken und Umleitenvon Grundwasser durch Anlagen,die hierzu bestimmt oder hierfürgeeignet sind.

2. Maßnahmen, die geeignet sind,

dauernd oder in einem nicht nur

unerheblichen Ausmaß schädliche

Veränderungen der physikalischen,

chemischen oder biologischen

Beschaffenheit des Wassers herbei-

zuführen.

3. Maßnahmen, die dem Ausbau einesoberirdischen Gewässers dienen,sind keine Benutzungen. Dies giltauch für Maßnahmen der Unterhal-tung eines oberirdischen Gewäs-sers, soweit hierbei nicht chemischeMittel verwendet werden.

Bei der Nutzung von Erdwärme handelt essich, sofern durch horizontale Kollektor-systeme, Erdwärmesonden oder Energie-pfähle Wärme aus einem Grundwasserstromentzogen wird, um keine Nutzung im her-kömmlichen Sinne. Mit dem Ministerium fürUmwelt, Natur und Forsten als oberste Was-serbehörde besteht jedoch Einvernehmen,dass hier der § 3 Absatz 2 Ziffer 2 WHG anzu-wenden ist, da durch Entzug beziehungswei-se vorübergehende Zuführung von Wärmeaus oder in den Grundwasserstrom eine phy-sikalische Veränderung stattfindet, die gege-benenfalls auch die biologische Beschaffen-heit des Grundwassers ändert (siehe auchFußnote 2).

Eine eindeutige Benutzung ist die direkteEntnahme von Grundwasser zum Entzug vonWärme mittels einer Wärmepumpe und dieanschließende Wiedereinleitung in denGrundwasserstrom im Sinne von § 3 Absatz1 Ziffer 5 und 6.

Es wird in diesem Zusammenhang daraufhingewiesen, dass grundsätzlich das ausdem Grundwasserhorizont entnommeneWasser in den gleichen Grundwasserhori-zont wieder einzuleiten ist.

Antrag auf Erteilung einer

wasserrechtlichen

Erlaubnis

Im Falle einer Benutzung von Grundwas-ser ist bei der unteren Wasserbehörde - in

Schleswig - Holstein "Kreis ............... DerLandrat als untere Wasserbehörde" bzw. inden kreisfreien Städten,"Stadt ...................... Der Oberbürgermei-ster als untere Wasserbehörde" ein Antragauf Erteilung einer wasserrechtlichenErlaubnis zu stellen. Dieser Antrag solltezunächst mindestens folgende Unterlagenenthalten:

Antragsunterlagen für Anlagen

mit Kollektoren:

• Name und Anschrift des Antragstellers• Erläuterung des Vorhabens mit allen rele-

vanten technischen Angaben und Art derNutzung des Grundwasserleiters

• Übersichtskarte im Maßstab 1 : 25.000oder 1 : 10.000 mit Kennzeichnung derLage

• Lageplan im Maßstab 1 : 5.000 mitgenauer Darstellung der Lage und Anga-be der Hoch- und Rechtswerte

• Aufschluss über den Untergrund in Formvon Schichtenverzeichnissen

• in der Regel ein hydrogeologisches Gut-achten

• zeichnerische Darstellung der Nutzungund der technischen Einzelheiten imhydrogeologischen Profil

• bei horizontalen Kollektoren Angabe deshöchsten zu erwartenden Grundwasser-standes in Metern unter Geländeoberkan-te (GOK) und Angabe der geplanten Ver-legetiefe der Rohre in Metern unter GOK(gegebenenfalls sind die Kenntnisse derWasserbehörde zu nutzen, da die Grund-wasserstände größeren Schwankungenunterliegen)

• bei vertikalen Kollektoren Angabe derAnzahl, des Abstandes und der Tiefe derKollektoren in m unter GOK

• bei großen Anlagen Gutachten zum Aus-maß der Temperaturveränderung imGrundwasserleiter

• Bohrverfahren, verwendete Bohrhilfsmit-tel

• technischer Aufbau der Kollektoren undverwendetes Wärmeträgermittel

• Benennung der ausführenden Firmen(Nachweis der Eintragung in die Hand-werkerrolle der Heizungsbauer und / oderder Elektroinstallateure)

Antragsunterlagen für Anlagen

mit Brunnen

(siehe beiliegendes Antragsformular)

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Umweltverträglichkeits-

prüfung

Sofern das Vorhaben erhebliche Auswir-kungen auf den Wirkungspfad Boden - Grundwasser erwarten lässt, istgemäß § 5 des UVPG der voraussichtlicheUntersuchungsrahmen der Umweltver-träglichkeitsprüfung so wie Art undUmfang der beizubringenden Unterlagen(Abbildung 1) mit den betroffenen anderenTrägern öffentlicher Belange (TöB) sowiegegebenenfalls mit Sachverständigen zuerörtern (Scoping).

Anmerkungen:

• In der Regel sind bei den Wasserbehör-den Antragsformulare erhältlich, die Rou-tinefälle abdecken und die u. a. auch Aus-kunft über die erforderlichen Unterlagengeben. Bei kleineren Maßnahmen kannder Antragsumfang gegebenenfalls redu-ziert werden.

• Über den Antragsumfang hinaus kanndie Wasserbehörde gemäß § 113 LWGMaßnahmen zur Beweissicherung anord-nen, wenn andernfalls die Feststellungüber den Zustand einer Sache nachträg-lich nicht mehr möglich ist beziehungs-weise wesentlich erschwert wird.

• Wenn Bohrungen tiefer als 100 m abge-teuft werden sollen, sind sie nach § 127Bundesberggesetz anzuzeigen. In derRegel wird dieses die untere Wasser-behörde für den Antragsteller im Zugeder Beteiligung im Verfahren überneh-men.

• Sofern auch nach Bundesbergrecht einPlanfeststellungsverfahren in Verbindungmit einer Umweltverträglichkeitsprüfungerforderlich sein sollte, hat dieses Verfah-ren Konzentrationswirkung. Die wasser-rechtlichen Belange werden dann in die-

sem Verfahren berücksichtigt, sodass ein besonderes wasserrechtli-ches Verfahren entbehrlich ist.

Entscheidung

über den Antrag

Die Entscheidung über den Antragerfolgt grundsätzlich auf der Grund-lage des § 119 LWG. Hiernach hatdie zuständige Behörde die Verfah-rensvorschriften der §§ 140 sowiedie §§ 136,137 und 143 LVwG zubeachten (förmliches Verfahren). §140 LVwG schreibt das Anhörungs-verfahren vor. Im förmlichen Ver-fahren werden seitens der Wasser-behörde nicht nur dieStellungnahmen der Behörden ein-geholt, deren Belange berührt wer-den, sondern der Antrag ist darüberhinaus auch in den amtsfreienGemeinden und Ämtern, in denensich das Vorhaben voraussichtlich

auswirkt, einen Monat nach vorangegan-gener öffentlicher Bekanntmachung auszu-legen. Jede Person, deren Belange durchdas Vorhaben berührt werden, kann biszwei Wochen nach der Auslegungsfristschriftlich oder zur Niederschrift bei derAnhörungsbehörde Einwendungen gegenden Antrag erheben. Die Anhörungsbe-hörde hat im Falle von vorgetragenen Ein-wendungen diese mit den Einwendern aufeinem Erörterungstermin zu erörtern.Über den Erörterungstermin wird eine Nie-derschrift gefertigt und den Beteiligtenzugestellt. Nach Abschluss des Verfahrenserfolgt ein rechtsmittelfähiger Bescheid.Im Zuge der Entscheidung kann die Was-serbehörde unter anderem Einwendungenmit entsprechender Begründung zurück-weisen, wenn sich diese als nicht haltbarerweisen.

49

Abbildung 1Prüfung, ob eine bestimmte Unterlage nach UVPG erforderlich ist

Die Wasserbehörde kann ohne Durch-

führung eines förmlichen Verfahren (sieheauch Fußnote 2) entscheiden, wenn beiBenutzungen von wasserwirtschaftlichuntergeordneter Bedeutung erheblicheNachteile für andere nicht zu erwartensind. Hiervon wird bei überschaubarenSachverhalten häufig Gebrauch gemacht.

Die Nichtförmlichkeit eines Verwaltungs-verfahren entspricht in diesen Fällen demGrundsatz der Zweckmäßigkeit, derSchnelligkeit und der Billigkeit eines Ver-fahrens. Es ist Amtspflicht der Behörde,das Verfahren mit der gebotenenBeschleunigung durchzuführen.

Im nichtförmlichen Verfahren kann gegendie Entscheidung über den Antrag inner-halb eines Monats Widerspruch eingelegtwerden. Im Falle einer Zurückweisung desWiderspruches kann das Rechtsmittel derKlage genutzt werden.

Sofern die Entscheidung im förmlichen

Verfahren erfolgt ist, kann der Antragstel-ler bzw. ein anderer Betroffener innerhalbeines Monats nach Zustellung Klage beimVerwaltungsgericht erheben.

Schlussbemerkungen

In der Regel sind bei kleineren Vorhabenwie Beheizung von Einfamilienhäusern dieAuswirkungen auf den Wasserhaushalt ins-besondere bei horizontalen und vertikalenKollektorsystemen als gering einzustufen.Nennenswerte Auswirkungen auf den Was-serhaushalt sind erst dann zu erwarten,wenn auf engem Raum mehrere Anlagenbetrieben werden (siehe auch Fußnote 2).

In den letzten 15 Jahren ist das Interesse ander geothermischen Energie sehr zurückge-gangen. In der Zeit von 1976 - 1983 sind inVerbindung mit dem sogenannten"Ölschock" und relativ hohen Heizölpreisenim Kreis Rendsburg-Eckernförde 45 Anlagenmit direkter Nutzung des Grundwassers überWärmepumpen und etwa 10 Anlagen mithorizontalen und vertikalen Kollektorsyste-men erlaubt worden. Sie wurden mit unter-schiedlichem Erfolg betrieben. SchlechteErfahrungen sind insbesondere dortgemacht worden, wo Betreiber die Kostenfür eine ausreichende Erkundung der hydro-geologischen Gegebenheiten sparen wollten.Schwierigkeiten sind vorwiegend aufgetre-ten bei: • der Wiedereinleitung des Wassers in den

Grundwasserhorizont wegen unzureichen-der Dimensionierung des Schluckbrunnens,

• grundwassernahen Standorten (z. B. Was-sereintritt in Kellerräume),

• keinen Kenntnissen über die Grundwasser-fließrichtung (Wiedereinleitung desabgekühlten Wassers in den Grundwasser-oberstrom, was zu einer kontinuierlichenAbsenkung der Grundwassertemperatur biszur Vereisung im Bereich des Entnahme-brunnens geführt hat),

• Erdsonden, bei denen ein schwacherGrundwasserstrom die Wärme im Son-denbereich nicht ausreichend regenerierthat.

Den Antragstellern bzw. deren Planer wirddaher geraten, sich vor Antragstellung mitder zuständigen Wasserbehörde in Verbin-dung zu setzen, um gegebenenfalls vor-handene örtliche Kenntnisse der Hydroge-ologie zu nutzen und daraufhin sinnvollden genauen Umfang der Unterlagenabzustimmen. In dem Vorgespräch kannauch geklärt werden, ob bereits im Umfeldkonkurrierende Nutzungen vorhanden sindsowie ob und in welchem Umfange Be-weissicherungen zu empfehlen sind. Eskommt beispielsweise immer wieder vor,dass benachbarte Hauseigentümer plötz-lich Risse in ihrem Gebäude feststellen, dieangeblich erst in Zusammenhang mit derNutzung der geothermischen Energie auf-getreten sind.

Es ist damit zu rechnen, dass das Interessean der Nutzung der geothermischen Ener-gie mit steigenden Energiepreisen wiederwächst. Grundsätzlich kann davon ausge-gangen werden, dass die Wasserbehördender Nutzung der geothermischen Energiepositiv gegenüberstehen und den Antrag-stellern bei der Durchführung des Antrags-verfahren hilfreich zur Seite stehen.

In diesem Zusammenhang wird daraufhingewiesen, dass nach den Richtliniendes Bundesministeriums für Wirtschaftund Technologie über das Bundesamt fürWirtschaft, Referat II 4, Postfach 5171,65760 Eschborn, (Tel.: 06196 / 404-625)Anträge auf Förderung von Anlagen zurNutzung der geothermischen Energiegestellt werden können.

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KREIS RENDSBURG-ECKERNFÖRDE ....................................., .............................Der Landrat (Ort) (Datum)UMWELTAMT / UNTERE WASSERBEHÖRDEKaiserstraße 824768 Rendsburg

Antrag auf Erteilung einer wasserrechtlichen Erlaubniszur Grundwasserentnahme für eine Wärmepumpenanlage sowie zur Wiedereinleitung desgebrauchten Wassers in den Untergrund nach § 7 des Wasserhaushaltsgesetzes in Verbindungmit den §§ 9, 10 und 108 des Landeswassergesetzes für Schleswig-Holstein

Name Vorname

Beruf Telefon-Nr.

PLZ/Wohnort Straße

Planverfasser Technischer BeraterName, Vorname Name, Vorname

Beruf Beruf

PLZ/Wohnort PLZ/Wohnort

Straße Straße

Telefon-Nr. Telefon-Nr.

Gemarkung Flur Flurstück Eigentümer/Anschrift

Entnahmebrunnen

Schluckbrunnen

Hersteller: Typ:

Heizleistung Kältemittel:

höchstzulässige Betriebsstunden / Tag:

höchstzulässige Betriebsstunden / Jahr:

Wohn- u. Nutzfläche des zu beheizenden Gebäudes:

im Mittel: m3/Std. m3/Tag

maximal m3/Std. m3/Tag

im Mittel m3/Jahr bei rd.Heiztagen

I. Antragsteller

II. Brunnenstandorte

III. Anlagenbeschreibung

IV. Wasserbedarf

- 2 -

Entnahmebrunnen (s. Lageplan)Tiefe m Durchmesser cm Filter von m bis m u. G.

Wasserspiegel in Ruhe m unter Gelände

Wasserspiegel während des Abpumpversuches m unter Gelände

Entnahmemenge m³/Std.

Schluckbrunnen (s. Lageplan)Tiefe m Durchmesser cm Filter von m bis m u. G.

Wasserspiegel in Ruhe m unter Gelände

Wasserspiegel während des Abpumpversuches m unter Gelände

Entnahmemenge m³/Std.

VI. Erklärung des Grundstücksnachbarn (Eigentümer)

Für alle Grundstücke bis zu einem Abstand von 50m von den Brunnen

Mit der beantragten Grundwasserbenutzung bin ich einverstanden. Nach meiner Auffassungkann auf die Durchführung eines förmlichen Verfahrens verzichtet werden.

Flur Flurstück Name und Anschrift des Eigentümers eigenhändige Unterschrift

VII. Anlagen

� Übersichtsplan Maßstab 1 : 25000� Deutsche Grundkarte Maßstab 1 : 5000 (A4 Format)

(mit Kennzeichnung der Brunnenstandorte)� Flurkartenauszug ( Katasteramt) Maßstab 1: 2000

Alle Brunnen im Umkreis von 100m sind in maßstabgerechter Entfernung mit Tiefenan-gaben eingetragen.

� Lageplan Maßstab 1: 500Alle baulichen Anlagen auf dem Grundstück und auf den Nachbargrundstücken sind maßstabgerecht eingetragen. Der Entnahmebrunnen u. der Schluckbrunnen sind mit den genauen Abstandsmaßen eingetragen.

� Brunnenausbauzeichnungen mit Schichtenprofil für den Entnahmebrunnen u. für den Schluckbrunnen.

� Chemische Analyse des Grundwassers� Protokoll u. Diagramm eines Leistungspumpversuches für beide Brunnen.

V. Brunnen

- 3 -

VIII. Erklärung des Antragstellers

Mir ist bekannt, daß die Wasserbehörde weitere Unterlagen und Angaben anfordern kann unddaß die von mir beantragte Erlaubnis nur widerruflich erteilt wird.

____________________________________ (Unterschrift des Antragsstellers)

Stellungnahme und Prüfbemerkungen der unteren Wasserbehörde

Die Errichtung geothermischer Anlagenkann finanziell mittels Förderung oderFinanzierung unterstützt werden. Die För-derung erfolgt durch Bereitstellung nichtrückzahlbarer Gelder, während für eineFinanzierung zinsgünstige Darlehen zurVerfügung gestellt werden.

Da sich die Förder- und Finanzierungspro-gramme relativ häufig ändern oder in ihrerLaufzeit beschränkt sind, kann hier nureine schematische Übersicht gegeben wer-den.

Förderung

Eine Förderung geothermischer Anlagenerfolgt zur Zeit seitens der EuropäischenUnion mit den Programmen "Altener II"und "ESSD". Für Demonstrations- undPilotanlagen mit innovativem Charakterkommt auch eine Förderung durch dieDeutsche Bundesstiftung Umwelt inBetracht.

In Schleswig-Holstein sind Förderprogram-me durch das Ministerium für Finanzenund Energie (MFE) sowie durch die Ener-giestiftung Schleswig-Holstein in Vorberei-tung. Die Schwerpunkte hierbei sind:

• Förderung von Untersuchungen und Stu-dien zur Nutzung geothermischen Ener-gie (MFE)

• Förderung von Wärmenetzen, wobei dieverteilte Wärme zum überwiegenden Teilaus erneuerbaren Energieträgern stam-men muss (Energiestiftung).

Finanzierung

Eine Finanzierung geothermischer Anla-gen ist durch den Bund oder die Geo Ener-gy Group (GEG) möglich.

Bundesdarlehen können über folgendeProgramme in Anspruch genommen wer-den:

• Programm zur CO2-Minimierung der Kre-ditanstalt für Wiederaufbau (KfW)

• Umweltprogramm der Deutschen Aus-gleichsbank (DtA)

• Programm zur Förderung von Demon-strationsanlagen zur Nutzung erneuerba-rer Energien des Bundesministeriums fürUmwelt (BMU)

• Umwelt und Energiesparprogramm derERP

Die Geo Energy Group finanziert weltweitProjekte zur geothermischen Energiever-sorgung, wobei die Konditionen je nachProjekt unterschiedlich sind.

Beratung

Fragen zu Förderungs- und Finanzierungs-möglichkeiten für geothermische Anlagenbeantwortet Ihnen gerne die:

Investitionsbank Schleswig-HolsteinPostfach 1128, 24100 Kiel oderFleethörn 29-31, 24103 KielTel.: 0431-900-0, Fax: 0431-900-3883info@ibank-sh.de

Finanzielle Unterstützung zur Errichtung

geothermischer Anlagen

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Hans

Eimannsberger

Anschrift der Autoren

Dr. Sven ChristensenLandesamt für Natur und Umweltdes Landes Schleswig-HolsteinStellvertretender AmtsleiterHamburger Chaussee 25, 24220 FlintbekTel./Fax: 04347-704-500/502schriste@lanu.landsh.de

Hans EimannsbergerInvestitionsbank Schleswig-Holstein /Ener-gieagentur Dänische Straße 3, 24103 KielTel./Fax: 0431-900-3660/3652

Dr. Ernst HuengesGeoForschungsZentrum PotsdamProjektbereichsleiter Gesteinsphysikund GeothermieTelegrafenberg, 14473 PotsdamTel./Fax: 0331-288-1440/1450huenges@gfz-potsdam.de

Dr. Reinhard KirschLandesamt für Natur und Umweltdes Landes Schleswig-HolsteinAbteilung Geologie/BodenHamburger Chaussee 25, 24220 FlintbekTel./Fax: 04347-704-534/502rkirsch@lanu.landsh.de

Ernst-Adolf NahnsenKreis Rendsburg-Eckernförde,Untere Wasserbehörde Kaiserstraße 8, 24768 RendsburgTel. 04331-202-514Kreis.rdeck@t-online.de

Dr. Joachim Paul Integral EnergietechnikLise-Meitner-Str., 24941 FlensburgTel./Fax: 0461-999-333/399info@energ-ice.com

Dr. Paul-Friedrich SchenckLandesamt für Natur und Umweltdes Landes Schleswig-HolsteinAbteilung Geologie/BodenHamburger Chaussee 25, 24220 FlintbekTel./Fax: 04347-704-563/502pschenck@lanu.landsh.de

Dr.-Ing. Herbert SchneiderAufsichtsratvorsitzender ErdwärmeNeustadt-Glewe GmbHWönnich-Straße 20, 10317 Berlin Tel./Fax: 030-5292350 / 52549205

Wolfgang Storm Fa. Storm KGHolsteiner Str. 9-15, 24768 RendsburgTel./Fax: 04331-5906-11/30

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