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Vortrag auf der "element e" zur 2. Energiemesse im Energiepark Hirschaid.

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Bayerisches Landesamt für Umwelt - Potentiale der oberflächennahen Geothermie

  1. 1. Bayerisches Landesamt für Umwelt Bayerisches Landesamt für Umwelt Oberflächennahe Geothermie - Informationsoffensive Oberflächennahe Geothermie (IOG) Potentiale der oberflächennahen Geothermie Marcellus Schulze, Ref. 104, LfU
  2. 2. Bayerisches Landesamt für Umwelt © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.20152 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Nutzungsarten Geothermie Geothermie kann als Energiequelle zur Erzeugung von Wärme (bzw. Klimatisierung) und Strom genutzt werden. • Tiefe Geothermie: > 400 m – Hydrothermale Geothermie – HDR-Verfahren – Tiefe Erdwärmesonden (>400m) – Bergbauregionen (Grubenwässer) Oberflächennahe Geothermie: < 400 m Erdwärmekollektoren Erdwärmesonden Grundwasser-Wärmepumpen Erdberührte Bauteile 52 m Quelle: Herrenknecht Vertical AG 5 m
  3. 3. Bayerisches Landesamt für Umwelt © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.20153 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Wärmetauschersysteme Oberflächennahe Geothermie Erdwärmekollektor: Rohrregisterfeld in 1,5 m Tiefe Erdwärmesonde: Kunststoffrohr in Bohrung mit Verpressmaterial Grundwasser- Wärmepumpe: Förder- und Schluckbrunnen
  4. 4. Bayerisches Landesamt für Umwelt Geothermische Anlagen in Bayern • Bayern gewinnt Erdwärmeligapreis für größten Zubau an Erdwärmeanlagen 2013. (www.erdwaermeliga.de) • Schätzungsweise existieren 60.000 erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen in Bayern (Oberflächennahe Geothermie). • Im Bayerischen Bodeninformationssystem (BIS) sind17.500 Erdwärmeanlagen erfasst (siehe Abbildung). Davon sind 9.400 Erdwärmesondenanlagen und 8.000 Grundwasser-Wärmepumpenanlagen. • Zurzeit sind 22 Tiefen geothermische Anlagen in Betrieb bzw. in der Ausführung. Zu den Anlagen gehören ca. 100 Bohrungen mit Bohrtiefen bis 5.000 m. © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 4 Grundwasser- Wärmepumpenanlagen Erdwärmesondenanlagen Hintergrund: Geologische Karte 1:500.000
  5. 5. Bayerisches Landesamt für Umwelt Erdwärmenutzung in der Metropolregion © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 5 • Zurzeit sind 2.965 Erdwärmeanlagen mit insgesamt 8.350 Erdwärmebohrungen in der Metropolregion im Bayerischen Bodeninformationssystem (BIS) erfasst. (7.780 Erdwärmesonden und 570 Förder- und Schluckbrunnen). • Bevorzugte Regionen für Erdwärmenutzung: – Siedlungsgebiete – Geologische, hydrogeologisch, geothermisch und wasserwirtschaftlich günstige Gebiete – Ausschlussgebiete: Malmkarst, Wasserschutzgebiete • Bevorzugter Anlagentyp in Metropolregion: Erdwärmesondenanlagen • Tiefe Geothermie nur für Thermen
  6. 6. Bayerisches Landesamt für Umwelt Erdwärmeanlagen für Industrie/ Gewerbe © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 6
  7. 7. Bayerisches Landesamt für Umwelt © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.20157 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Erdwärmesondenfelder LfU: Foto P. Seifert, 2008 LfU: Foto P. Seifert, 2008
  8. 8. Bayerisches Landesamt für Umwelt Erdwärmeanlagen für Industrie/ Gewerbe © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 8
  9. 9. Bayerisches Landesamt für Umwelt Erdwärmeanlagen kommunaler Bereich © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 9
  10. 10. Bayerisches Landesamt für Umwelt © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201510 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Planung und Ausführung von Erdwärmeanlagen 1. Gebäudetyp Erst überschlägige, in fortgeschrittenen Planungsphase genaue Ermittlung des Energiebedarfs 2. Systemwahl Erste, orientierende Standortbewertung für Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren oder Grundwasser-Wärmepumpen Bewertung des Untergrund hinsichtlich geotechnischer Risiken, wasserwirtschaftlicher Eignung ( Lage in WSG, Bohrtiefenbegrenzung, Artesik, Anhydrit, Hohlräume, etc.) 3. Machbarkeitsprüfung 4. Anlagenplanung Dimensionierung nach örtlichen geologischen, hydrogeologischen und geothermischen Bedingungen (Wärmeleitfähigkeiten der Gesteine) 5. Ausführung Wahl des geeigneten Bohrverfahrens (Berücksichtigung Gesteinsverfestigung, Hydraulik (z.B. gespanntes Grundwasser), Hohlräume, etc.)
  11. 11. Bayerisches Landesamt für Umwelt Wasserwirtschaftliche Anforderungen © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 11 Anforderungen werden in Regelwerken, Leitfäden, oder Merkblättern formuliert. 1. Wasserwirtschaftliche Beurteilungskriterien 2. Umsetzung in die Fläche im Informationssystem Oberflächennahe Geothermie 3.
  12. 12. Bayerisches Landesamt für Umwelt Geotechnische Risiken © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 12 Hohlräume2. Sulfatgesteine1. Arteser3. LfU: Gips, Anhydrit-Bohrkern C. Landgraf: Arteser, Thüringen Rhein. Merkur: Kamen LfU: Staufen, Baden-Württemberg Wikipedia: Muschelkalk
  13. 13. Bayerisches Landesamt für Umwelt Geologie Metropolregion Nürnberg © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 13
  14. 14. Bayerisches Landesamt für Umwelt Geologie Metropolregion Nürnberg © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 14 Thermische Nutzung des Untergrundes ist auf den ersten Grundwasserleiter beschränkt: => Bohrtiefenbegrenzung
  15. 15. Bayerisches Landesamt für Umwelt Bohrtiefenbegrenzung © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201515 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Die thermische Nutzung des Untergrundes ist auf den ersten Grundwasser- leiter beschränkt! => Deshalb werden flächendeckende Daten zur Tiefenbegrenzung benötigt. Karst2. Schichtstufenland1. Molasse und Moräne3. Alpen4. Kristallin5. Bohrtiefenbegrenzung für Erdwärmesonden6.
  16. 16. Bayerisches Landesamt für Umwelt © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201516 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Einstufungskriterien für Nutzungsmöglichkeiten Erdwärmesonden • Die Bewertung der geologischen und hydrogeologischen Einheiten erfolgt nach wasserwirtschaftlichen und geotechnischen Kriterien in drei Kategorien.
  17. 17. Bayerisches Landesamt für Umwelt Informationssystem Oberflächennahe Geothermie (IOG) • Das Informationssystem Oberflächennahe Geothermie (IOG) enthält relevante Datengrundlagen zur Erstinformation über die Machbarkeit eines Bauvorhabens, zur Planung einer Erdwärmeanlagen und zur Ausführung der Maßnahme für Bauherren, Fachleute, Ausführende, Hersteller und Behörden. • Das IOG gliedert sich in einen Fachthementeil und eine textliche Standortauskunft. • Die fachliche Entwicklung startet 2008, die technische Entwicklung 2009. • Seit Veröffentlichung im April 2011 ist das IOG eine „Erfolgsstory“. • http://www.lfu.bayern.de/geologie/geothermie _iog/index.htm (auf LfU Homepage) © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201517 Potentiale der oberflächennahen Geothermie
  18. 18. Bayerisches Landesamt für Umwelt © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201518 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Auslegung von Erdwärmesonden (Wärmeleitfähigkeit) 18
  19. 19. Bayerisches Landesamt für Umwelt Daten zur fachgerechten Dimen- sionierung von Erdwärmeanlagen • Für die fachgerechte Dimensionierung von Erdwärmeanlagen werden neben den anlagenspezifischen Kenngrößen gesteinsphysikalische Parameter (z.B. Wärmeleitfähigkeit der Gesteine) benötigt. © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 19
  20. 20. Bayerisches Landesamt für Umwelt © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201520 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Wie sieht die Wärmepumpe im Haus aus? LfU: P. Seifert 2008 Broschüre Oberfl. Geothermie
  21. 21. Bayerisches Landesamt für Umwelt © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201521 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Referenzanlagen Erdwärmekollektor • 184 m² Wohnfläche • KfW 60 Haus • Wärmepumpe mit Heißgaserwärmung 11,3 KW und 2,2 KW Leistungsaufnahme (1,2 KW) Verdichter in Kombination mit Solaranlage • Realer Energiebedarf 12,249 MWh • Fußbodenheizung und Warmwasserbereitung • Erdwärmekollektor (~ 350 m²) • Strom- und Wärmemengenzähler • Temperaturfühler im Bereich des Erdwärmekollektors
  22. 22. Bayerisches Landesamt für Umwelt © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201522 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Referenzanlagen Erdwärmekollektor
  23. 23. Bayerisches Landesamt für Umwelt Referenzanlagen Erdwärmesonde © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 23
  24. 24. Bayerisches Landesamt für Umwelt Leitfaden Energienutzungsplan Energienutzungsplan Informelles Planungsinstrument für Gemeinden zum Thema Energie oberfl. Geothermie als Teilbaustein eines Energiekonzeptes Aufgabe Ermittlung des Wärmebedarfs von Gebäuden und des Energiepotentials des Untergrundes für EWS, EK, GWWP Ziel Ermittlung benötigter Erdwärmesonden oder Erdwärmekollektorfläche für z.B. Wohngebäude © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 24
  25. 25. Bayerisches Landesamt für Umwelt Erdwärmekollektoren - Energienutzungsplan Ermittlungsmethode: Ermittlung des nutzbaren Flächenanteils Ausschlussgebiete: Wasserschutzgebiete, stark geneigte Hänge, Grabbarkeit Bodenart/ Bodentyp Ergebnis Nutzbarer Flächenanteil für Einbau einer Erdwärmekollektoranlage Einbautiefe [m] spez. Entzugsleistung [W/m²] Berechnung für 1800 h/a und 2400 h/a Deckungsgrad des Wärmebedarfs der Gebäude/ Siedlungen © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 25
  26. 26. Bayerisches Landesamt für Umwelt Smart Grid © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015 Potentiale der oberflächennahen Geothermie 26
  27. 27. Bayerisches Landesamt für Umwelt © LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201527 Potentiale der oberflächennahen Geothermie Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Eine CO2-reduzierte Zukunft mit Geothermie!

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