Das Dokument behandelt die Potenziale der oberflächennahen Geothermie in Bayern, einschließlich der verschiedenen Nutzungsarten wie Erdwärmesonden und Grundwasserwärmepumpen. Rund 60.000 erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen sind in Bayern vorhanden, während die Metropolregion über 2.900 Erdwärmeanlagen verfügt. Es werden Kriterien und Verfahren zur Planung und Ausführung von Erdwärmeanlagen erläutert, um die geothermische Energie effizient zu nutzen.

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. 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. 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. 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. 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. Bayerisches Landesamt für
Umwelt
Erdwärmeanlagen für Industrie/ Gewerbe
© LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015
Potentiale der oberflächennahen Geothermie
6

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. Bayerisches Landesamt für
Umwelt
Erdwärmeanlagen für Industrie/ Gewerbe
© LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015
Potentiale der oberflächennahen Geothermie
8

9. Bayerisches Landesamt für
Umwelt
Erdwärmeanlagen kommunaler Bereich
© LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015
Potentiale der oberflächennahen Geothermie
9

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. 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. 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. Bayerisches Landesamt für
Umwelt
Geologie Metropolregion Nürnberg
© LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015
Potentiale der oberflächennahen Geothermie
13

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. 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. 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. 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. Bayerisches Landesamt für
Umwelt
© LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201518
Potentiale der oberflächennahen Geothermie
Auslegung von Erdwärmesonden (Wärmeleitfähigkeit)
18

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. 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. 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. Bayerisches Landesamt für
Umwelt
© LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.201522
Potentiale der oberflächennahen Geothermie
Referenzanlagen Erdwärmekollektor

23. Bayerisches Landesamt für
Umwelt
Referenzanlagen Erdwärmesonde
© LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015
Potentiale der oberflächennahen Geothermie
23

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. 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. Bayerisches Landesamt für
Umwelt
Smart Grid
© LfU/ Marcellus Schulze / 22.03.2015
Potentiale der oberflächennahen Geothermie
26

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!