Geothermische Energie

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1 40/2003 H GtE Geothermische Energie Mitteilungsblatt der Geothermischen Vereinigung e.v. Nr Jahrgang/Heft 1 Januar /März 2003 INHALT Seite Große Energiepfahlanlage in der Hansestadt Rostock (Mecklenburg-Vorpommern) in der Realisierung Wulf Brandt,Jürgen Hanschke, Thomas Hanschke, Olaf Kruse, 2 Geothermal Energy in Lund, Sweden. - Before and in the future Leif Bjelm 7 Bergrecht und Erdwärme Gesichtspunkte zur Bemessung von Erlaubnis- und Bewilligungsfeldern Rüdiger Schulz 9 Startschuss für ersten Erdwärmekraftwerk Deutschlands ist gefallen 18 China: Geothermische Energie aus Ölfeld. Machbarkeitsstudie in Deutschland erstellt 18 Todtmoos: Erdwärme für Ferienhotel im Urlaubsparadies 18 Starnberger See: Erdwärme für die Roseninsel 18 Geothermie und Denkmalschutz - Hofschaft Kolfhausen in Wermels-kirchen: Bohrbeginn auf historischem Grund 19 Österreich Einspeisevergütung für geothermischen Strom 19 VDI ehrt Professor Werner Kleinkauf und Dr. Burkhard Sanner 20 Deutscher Geothermie-Preis für Hans-Josef Fell 20 Tagungen - Kongresse - Termine 21 Publikationen und Materialien 22 GtV-Intern 30 1

2 GtE 40/2003 Große Energiepfahlanlage in der Hansestadt Rostock (Mecklenburg-Vorpommern) in der Realisierung 1. Zusammenfassung Auf der Silohalbinsel des Stadthafens der Hansestadt Rostock (Mecklenburg- Vorpommern) entsteht bis Ende 2003 durch Neubau bzw. Modernisierung der ehemaligen Silogebäude (Silo 4 und 5) das architektonisch sowie energietechnisch innovative Businesscenter der Deutschen Immobilien 1. Verwaltungsgesellschaft mbh & Co. KG (DIAG, Rostock). Federführend ist das Architekturbüro Beyer & Partner, Rostock (Entwurf des Businesscenters siehe Abbildung 1). Die Planer hatten schon in den ersten Entwürfen eine Bauteilaktivierung des Businesscenters vorgesehen und damit die Voraussetzung für eine wirtschaftliche thermische Nutzung des Untergrunds geschaffen. Ein Großteil des Wärmebedarfs und der gesamte Kühlbedarf wird zukünftig durch das innovative Heiz- bzw. Kühlsystem in das Gebäude gebracht. Durch die H.S.W. GmbH Rostock wurden für den Standort Möglichkeiten der thermischen Nutzung des Untergrundes zur Bereitstellung von Wärme und Kälte untersucht. Die Nutzung von Grundwasser zur direkten Kühlung des Businesscenters war aus geohydraulischen und bautechnischen Gründen nicht möglich [1]. Die schwierigen Baugrundverhältnisse am Standort (organische Weichschichten bis ca. 15 m Mächtigkeit) erforderten die Realisierung der Gründung von notwendigen peripheren Bauwerken (u.a. Tief-garage) als Pfahlgründung. Hier schlugen die Planer eine geothermische Aktivierung der Gründungspfähle zu Energiepfählen vor. Durch die geothermische Nutzung der ohnehin aus statischen Gründen erforderlichen Pfähle konnte auf die Errichtung eines Erdwärmesondenfeldes verzichtet werden, was mit erheblichen Kosteneinsparungen verbunden ist. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen und der vom Bauherren geforderten erfolgreichen (geo)thermischen Aktivierung aller Energiepfähle wurden spezielle werksgeprüfte Stahlbeton-Fertigpfähle (System Centrum Energiepfahl) eingesetzt. Die ca. 300 jeweils 19 m langen Stahlbetonfertigpfähle wurden mit Rohrleitungen belegt und dienen als Energiepfähle (EPF) zur saisonal wechselnden Gewinnung von Wärme bzw. Kälte aus den oberflächennahen angefahrenen Schichten. Abb. 1: Ansicht des neuen Businesscenters am Stadthafen Rostock im Entwurf (Quelle: DIAG Rostock, Bauherr: Deutsche Immobilien AG. 1. Verwaltungsgesellschaft mbh & Co. KG, Architekt: Beyer & Partner Architekten, Rostock) Ergänzend zur Nutzung von Energiepfählen wird in optimierten Temperaturund Zeitintervallen Oberflächenwasser aus dem Hafenbecken thermisch genutzt. Durch die Kombination von reversibler Wärmepumpenanlage und Bauteilaktivierung wird das Businesscenter auf dieser Grundlage zu jedem Zeitpunkt des Jahres sehr effizient und umweltschonend mit Wärme oder Kälte versorgt [9]. Durch die Nutzung der Energiepfahlanlage zur Bereitstellung von Kälte und Wärme ergeben sich erhebliche Einsparungen bei den Betriebskosten. Für die technische Planung von Energiepfahlanlagen und reversibler Wärmepumpenanlage inkl. Oberflächenwassernutzung zeichnet die ARGE H.S.W. GmbH und AETNA Energiesysteme GmbH verantwortlich. 2. Projektentwicklung Die erklärte Absicht des Bauherrn zur Entwicklung einer wirtschaftlichen und nachhaltigen Energieversorgung war Ende 2001 Anlass für die Aufnahme von Untersuchungen zur Machbarkeit der Nutzung Oberflächennaher Geothermie zum Heizen und Kühlen des Gebäudekomplexes [1], [2], [3], [4] und [7] Die Notwendigkeit der Tiefgründung der zusätzlichen peripheren Gebäudebereiche auf Pfählen zeigte sehr rasch, dass eine geothermische Aktivierung der Pfähle zu so genannten Energiepfählen unter energetischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten Erfolg versprechend ist. Grundlage aller weiterführenden Überlegungen war eine differenzierte Auswertung der geologischen und hydrogeologischen Standortbedingungen durch Impressum Geothermische Energie - Mitteilungsblatt der Geothermischen Vereinigung/GtV, Sitz und Geschäftsstelle: Gartenstr. 36, Geeste Tel.: , Fax: , REDAKTION: Werner Bußmann, Gartenstr Geeste Tel.: , Fax: MITARBEITER DIESER AUSGABE: Leif Bjelm, Wulf Brandt,Jürgen Hanschke, Thomas Hanschke, Olaf Kruse, Rüdiger Schulz FOTOS: DIAG Rostock, H.S.W. GmbH, Oliver Joswig, Erich Mands, Oliver Kohlsch, Ludwig Schindler, Systherma ANZEIGEN: Zur Zeit gilt Anzeigenpreisliste Nr. 4/1 - ab SATZ: Geothermische Vereinigung e.v. Oliver Joswig, Geeste Tel.: , Fax: DRUCK: Offset Feege, An der Schaftrift 22, Meppen, Tel.: , Fax: ISSN Der Bezugspreis für die Geothermische Energie ist im Mitgliedsbeitrag enthalten. die H.S.W. GmbH [1]. Bestandteil der nachfolgend komplexen Untersuchungen waren u.a. die Durchführung eines (ersten) Geothermal Response Tests (AETNA Energiesysteme GmbH) sowie auf Basis der Ergebnisse des Tests durchgeführte analytische und numerische Modellrechnungen der H.S.W. GmbH. Die Anzahl der Energiepfähle ist ausschließlich durch die statischen Erfordernisse bestimmt. Im Ergebnis der Modellrechnungen konnte die von den geologischhydrogeo-logischen Bedingungen abhängige thermische Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems ermittelt werden. Zur vollstän- 2

3 40/2003 GtE digen Abdeckung des Wärme- bzw. Kältebedarfs erfolgt ergänzend die thermische Nutzung von Oberflächenwasser. Mit der Entscheidung des Bauherrn für diese innovative Versorgungslösung Ende Januar 2002 wurden die Planungsarbeiten durch die ARGE H.S.W. / AETNA aufgenommen. Mitte Mai konnte die Ausführungsplanung abgeschlossen und dem Generalauftragnehmer ARBEITSGEMEINSCHAFT Silo 4+5 Billfinger Berger AG/Aug. Prien übergeben werden. Die Bauarbeiten begannen im Frühjahr Anlagenkonzept Die technische Anlage zur Beheizung und Kühlung des zukünftigen Businesscenters umfasst folgende Teilbereiche: - Energiepfahlsystem (264 Stahlbetonfertigpfähle System Centrum Energiepfahl, Einheitslänge: 19 m), - Oberflächenwassernutzung (max. 50 m 3 /h), - Wärmepumpenanlage (reversibel, max. ca. 200 kw Kälteleistung). Eine ergänzende Wärmeversorgung erfolgt über den Anschluss an die Fernwärmeversorgung der Stadtwerke Rostock. Die Verteilung der Wärme und Kälte wird über eine thermische Baukernaktivierung (Betonkern-temperierung) realisiert. Abb. 2: Anteile der einzelnen Wärmequellen an der gesamten Wärmebedarfsdeckung Abb. 3: Anteile der einzelnen Kältequellen an der gesamten Kältebedarfsdeckung Es kann grundsätzlich alternativ Wärme oder Kälte bereitgestellt und über die Baukernaktivierung (BKA) ins Gebäude eingebracht werden (kein gleichzeitiger Heiz- und Kühlbetrieb). Die Anteile der einzelnen Wärme- bzw. Kältequellen sind in Kreisdiagrammen dargestellt (Abbildungen 2 und 3). Eine Besonderheit der in Ausführung befindlichen Energiepfahlanlage ist der Einsatz von Stahlbetonfertigpfählen System Centrum (Centrum Pfähle GmbH, Hamburg). Der hohe Vorfertigungsgrad führte hier zu einem deutlich verminderten Montageaufwand auf der Baustelle und wirkte sich damit kostensenkend aus. Des weiteren entfällt die üblicherweise erforderliche Druckbeaufschlagung der Wärmetauscherrohre bei der Fertigung auf der Baustelle. Aufgrund der werksseitigen Prüfung der Centrum Energiepfähle und der schonenden Rammung mit modernen Hydrorammbären wurde erreicht, dass sämtliche der insgesamt 264 Stück Energiepfähle voll funktionsfähig sind. 4. Einsatz und Bedeutung des Geothermal Response Tests Erdwärmesonden- und Energiepfahlanlagen erfordern eine standortbezogene Planung, um einen wirtschaftlich optimalen Anlagenbetrieb zu gewährleisten. Hierzu gehören u.a. - Untersuchungen der geologischen bzw. hydro geologischen Verhältnisse durch vor Ort erfahrene Hydrogeologen, - Geothermal Response Test (GRT) an einer Erdwärmesonde oder an einem Energiepfahl zur Parameterbestimmung, - numerische thermohydrodynamische Simulation des Wärme- und/oder Kälteentzugs aus dem Erdreich auf Basis der Ergebnisse des GRT (u.a. inverse numerische Parametrisierung) als Grundlage zur optimierten Dimensionierung des Gesamtsystems bzw. zur Darstellung dynamischer Betriebszustände u.a. als Grundlage für das Genehmigungsverfahren und für größere Objekte als Basis einer Umweltverträglichkeitsbewertung. Die Durchführung (und Auswertung) eines GRT hat sich in den vergangenen 3 Jahren in Deutschland als wichtiges Instrument zur Qualitätssicherung bei größeren Erdwärmesondenanlagen entwickelt [5] und ist inzwischen fester Bestandteil der Planung geworden. Sicherheits-zuschläge (die zu einer unnötigen Verteuerung der Anlagen führen), aber auch Unterdimensionierungen gehören der Vergangenheit an. Bei dem hier beschriebenen Bauvorhaben in der Hansestadt Rostock konnten erstmals an einem Standort unter vergleichbaren Bedingungen eine Erdwärmesonde und ein Energiepfahl mit einem GRT vermessen werden [7], [8]. Abbildung 4 zeigt den freigelegten Pfahlkopf eines Centrum Energiepfahls bei Durchführung des GRT im August In beiden Fällen wurde Wärme ins Erdreich einge-tragen. Die gemessene Temperatur-Antwort ist in Abbildung 5 gegenübergestellt Die beim Energiepfahl deutlich geringere Neigung ist ein Maß für die höhere thermische Übertragungsleistung. Die Unterschiede haben ihre Ursache u.a. in den systembedingt differierenden geometrischen Abmessungen von Erdwärmesonde (Doppel-U-Rohr-Sonde 32 x 2,9 mm) und Energiepfahl (Kantenlänge: 350 mm) sowie in der systembedingt differierenden Qualität der (thermischen) Anbindung an das umgebende Gebirge. Eine um bis zu 25 % höhere Wärme- bzw. Kälteausbeute des untersuchten Energiepfahls ist u.a. auch Ergebnis energetisch motivierter Untersuchungen zu verschiedenen wirtschaftlichen Konfigurationen der Wärmetauscherrohre im Centrum Energiepfahl. 3

4 GtE 40/2003 Abb. 4: Freigelegter Kopf eines Centrum Energiepfahls in Vorbereitung der Durchführung des Geothermal response tests (GRT: AETNA Energiesysteme GmbH, Foto: H.S.W. GmbH) Abb. 6: Baufeld mit eingebrachten Energiepfählen und Horizontalanbindung (Foto: HSW) 6. Projektverantwortliche Abb. 5: Ergebnisse der Geothermal response tests an einer Erdwärmesonde und einem Energiepfahl (Quelle: AETNA Energiesysteme GmbH [4]) Als Resümee ist festzuhalten, dass der optimierte Centrum Energiepfahl sehr gute energetische Eigenschaften aufweist. Eine thermische Aktivierung der aus statischen Erfordernissen notwendigen Gründungspfähle zum Heizen und Kühlen sollte demnach in der Phase der Projektentwicklung grundsätzlich Berücksichtigung finden bzw. im Komplex der Gesamtversorgungsaufgabe bezüglich der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit geprüft werden. 5. Stand der Realisierung Schon Ende September 2002 waren sämtliche 264 Energiepfähle problemlos eingebracht. Die Horizontalanbindung der Energiepfähle wurde im November 2002 fertiggestellt und ist bereits von der Gründungsplatte überdeckt. Gegenwärtig wird die zweite Ebene des Rohbaus des Businesscenters hergestellt. Der gesamte Bau wird voraussichtlich Mitte März 2004 fertiggestellt sein. Im Sommer 2003 wird die Geoenergiezentrale im Haustechnikraum des Businesscenters installiert sein. Abbildung 6 zeigt einen Teil des Baufeldes mit den ausgeführten Energiepfählen und der hier bereits realisierten horizontalen Rohrleitungsanbindung. 7. Literatur [1] Geologisch-hydrogeologische Recherche Standortbereich Silohalbinsel Rostocker Stadthafen. H.S.W. Ingenieurbüro GmbH, Rostock,

5 40/2003 GtE [2] Studie zur Versorgungsvariante Energiepfahlanlage, H.S.W. Ingenieurbüro GmbH, Rostock [3] Konzept zur kombinierten Nutzung des Energiepfahlsystems/Oberflächenwasser. H.S.W. GmbH, Rostock und AETNA Energiesysteme GmbH, Wildau, [4] Planungsunterlagen Businesscenter Stadthafen Rostock. H.S.W. GmbH, Rostock und AETNA Energiesysteme GmbH, Wildau. Januar-Mai [5] Stand der Entwicklung und Anwendung des Thermal-Response-Tests. Walter Eugster et al. 7. Geothermische Fachtagung in Waren (Müritz) [6] Pfahlstatik und konstruktive Details des Centrum Energiepfahls. Centrum Pfähle GmbH, Hamburg, 27. Mai [7] Geothermal response test an einer Erdwärmesonde, Stadthafen Rostock. Auftraggeber: H.S.W. Ingenieurbüro GmbH, Rostock. Unveröffentlichter Bericht. AETNA Energiesysteme GmbH. 14. Januar [8] Geothermal response test an einem Centrum Energiepfahl, Stadthafen Rostock. Unveröffentlichter Bericht. Auftraggeber: Centrum Pfähle GmbH, Hamburg. AETNA Energiesysteme GmbH. 14. Januar [9] Ausführungsplanung Energiepfahlanlage + Oberflächenwassernutzung Silohalbinsel Rostock, H.S.W. Ingenieurbüro GmbH Rostock und AETNA Energiesysteme GmbH, Wildau, Autoren Dipl.-Ing. Wulf Brandt, AETNA Energiesysteme GmbH, Wildau. Dipl.-Geol. Jürgen Hanschke, H.S.W. Ingenieurbüro GmbH, Rostock. Dipl.-Ing. (FH) Olaf Kruse, AETNA Energiesysteme GmbH, Wildau. Dipl.-Ing. Thomas Hanschke, H.S.W. Ingenieurbüro GmbH, Rostock. Wildau und Rostock im Februar ANZEIGE 5

6 GtE 40/2003 ANZEIGE 6

7 40/2003 GtE Geothermal Energy in Lund, Sweden. - Before and in the future By Leif Bjelm, professor. Lund Institute of Technology, Sweden. Department of Engineering geology. Background Geothermal energy is not new for the City of Lund. Already late1984 the first geothermal heat pump plant was put in operation and in 1986 a second heat pump was connected. The project has been very successful from technical, economic and environmental points of view. It is therefore not surprising that Lunds Energi AB (LE) again goes for more geothermal energy when expanding their heat production. The Department of Engineering Geology at Lund Institute of Technology ( LTH ) brought about the first geothermal concept and also took part in the design of the first geothermal plant in Lund. The department has ever since that followed the production and has supported LE in the subsurface maintenance work continuously going on. The new geothermal concept, Deep Geothermal in Lund, also proposed by LTH is now under way to be explored. In mid October the drillings started towards a depth of 3500 meters and to the upper roots of the Tornquist zone. District heat production summary LE produce about 930 GWh annually. The heat production today is based on heat pumps converting energy from geothermal water and sewage water, on bio-mass combustion, on a gas turbine power and heat plant, on electric, natural gas- and oil fired hot water boilers. Outline of the existing geothermal energy production system The geothermal liquid has an initial temperature of about 22 C and is pumped to the central district heat production plant. The total flow in the district heat system is about 1600 m 3 /h. When the geothermal heat energy has been transmitted over the plate heat exchangers the temperature of the geothermal water is around 2-4 C and subsequently re-injected back to the geological environment. from where it came. The geothermal heat pumps deliver about 42 MW of district heat with a temperature of about 75 to 80 C. This temperature level is sufficient for the demand during 6 to 7 months of the year. During the rest of the year the temperature is boosted by gas and oil fired boilers. Till now the geothermal plant has reduced the use of oil roughly corresponding to m 3. The project has been very successful from technical, economic and environmental points of view. It is therefore not surprising that Lunds Energi AB again goes for more geothermal energy when expanding their heat production. The new geothermal project in Lund In mid 2000 Engineering Geology started a new geothermal research concept based on much deeper drilling and utilisation of geothermal water of > 100 C stored in a deep-seated fractured deformation zone.. The production will take place from fractures at about 3500 m depth. The production zone is actually a very large tectonic deformation zone, the Tornquist zone, which is one of the major geological structures in northern Europe. During 2001 extensive reflection seismic surveys was carried out in an area due east of the City of Lund. The investigations have confirmed the deformation zone with intensive reverse faulting along a horst ridge close to Lund. Complementary seismic investigations were carried out during fall This was done in order to enhance the structural understanding and in order to define possible drill sites for the new geothermal project in Lund. Important parts of the geological evaluations has been carried out in co-operation with the Swedish Geological Survey and its local office in Lund. In brief the geological setting from surface to about m is sedimentary deposits resting on a basement of gneiss. The sedimentary deposits are mainly limestone, sandstone, shale and siltstone. The total salinity of the geothermal water in the sedimentary section can be as much as %. When entering the fractured gneiss the salinity declines. The temperature gradient in the area is about 35 C/km indicating that one can expect about 125 C at a depth of 3,5 km which is the anticipated drilling depth for the new project. Down to about 2400 meters conventional rotary drilling with mud will be used. The additional 1100 meters of the well will be drilled in the fractured gneiss making up the host rock in the deformation zone. The main drilling procedure for this part of the well will be performed as an under balanced foam drilling operation powered by a number of air compressors. The project also includes a couple of R&D-tasks. For example we will investigate the applicability of an innovative drilling technique. This will be done in the upper part of the crystalline basement. The technique is called mud hammer drilling implying that the piston in the hammer tool is activated by means of hydraulic force instead of compressed air. The drilling technique is developed by Wassara AB in Sweden. Hydraulic hammers have been extensively used in the mining industry in northern Sweden. The new development includes much larger hammers and tools and is aimed at petroleum exploration and geothermal energy exploration. The project in Lund will therefore be an interesting operation as the test with mud hammer drilling aims at improving the drilling performance in hard rock formations. Penetration rate capabilities is one major aspect to evaluate in the test. Energy and environment From an energy production point of view it is anticipated to pump about 100 kg/sec with a temperature of C. The energy system analyses show that as much as 250 GWh/year can be extracted from the high temperature part and 140 GWh/year from the low temperature part. The district heating system in Lund will then in total get about 65% of it s energy from geothermal energy. The new geothermal energy system will reduce the use of geothermal energy from the old heat pump concept. The economy, based on those figures, is very favourable indicating a pay-back time of between 3 and 5,5 years. The environmental gain is also obvious. The Deep Geothermal energy project in Lund will replace the use of imported fossil fuels for domestic geothermal energy. The project has a potential of reducing the emission of CO 2 with as much as ton/year. This is about 50% of the release during a normal year. NOx emissions will be reduced by 50 ton/year corresponding to about 40% of the release during a normal year The sulphur emissions will be reduced by about 10 tons/year which is about 70% of the release during a normal year. The system design is presented below. 7

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9 40/2003 GtE Bergrecht und Erdwärme Gesichtspunkte zur Bemessung von Erlaubnis- und Bewilligungsfeldern Rüdiger Schulz Erdwärme als bergfreier Bodenschatz In Deutschland wird das Aufsuchen, Gewinnen und Aufbereiten von Bodenschätzen durch das Bundesberggesetz (BBergG) vom 13. August 1980 geregelt. Zu unterscheiden ist zwischen grundeigenen und bergfreien Bodenschätzen. Bergfreie Bodenschätze sind volkswirtschaftlich wichtige Bodenschätze, zu denen insbesondere die für die Energiegewinnung verwendbaren Bodenschätze gehören. Sie werden abschließend im 3 BBergG aufgezählt. Bergfrei bedeutet, dass sich das Eigentum an einem Grundstück nicht auf eventuell im Bereich dieses Grundstück befindliche Bodenschätze erstreckt. Wer in einem definierten, mit Koordinaten festgelegten Gebiet (Feld) einen bestimmten bergfreien Bodenschatz aufsuchen (erkunden) will, benötigt hierfür eine bergrechtliche Erlaubnis; wer diesen Bodenschatz abbauen (gewinnen) will, benötigt eine bergrechtliche Bewilligung oder das Bergwerkseigentum ( 6ff BBergG). Erdwärme gilt in Deutschland als bergfreier Bodenschatz. In 3, Abs. 3, letzter Satz BBergG heißt es: Als bergfreie Bodenschätze gelten: 2.b) Erdwärme und die im Zusammenhang mit ihrer Gewinnung auftretenden anderen Energien (Erdwärme). Damit wird klargestellt, dass Erdwärme sich nicht im Eigentum des Grundbesitzers befindet, sondern der Allgemeinheit (dem Staat) gehört und folglich dem Bergrecht unterliegt. Die 100 m Grenze Nach 127 BBergG müssen alle Bohrungen, also nicht nur Bohrungen auf bergfreie Bodenschätze, die mehr als hundert Meter in den Boden eindringen sollen, der zuständigen Bergbehörde angezeigt werden. Somit besteht ein allgemeiner Konsens, dass bei Erdwärme-Projekten mit Bohrungen von mehr als 100 m Teufe in jedem Fall ein bergrechtliches Verfahren durchzuführen ist; vgl. dazu BOLDT & WELLER (1984) und VDI- Richtlinie Nicht ganz eindeutig hinsichtlich der bergrechtlichen Relevanz ist die Nutzung von Erdwärme aus Teufen von weniger als 100 m. Die Entscheidung, ob in diesem Fall ein Erdwärme-Projekt überhaupt bergrechtlich relevant ist, ist letztendlich durch das Gesetz nicht geregelt. Hier hat sich eine Verwaltungspraxis der Länderbergbehörden herausgebildet, die auch die landesspezifischen Gesichtspunkte berücksichtigt. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Nutzung von Erdwärme mit Systemen, die nicht tiefer als 100 m sind, auf dem eigenen Grundstück nicht dem Bergrecht unterliegt. Dabei wird auf eine wichtige Ausnahmeregelung des BBergG Bezug genommen, die im 4, Abs. 2 BBergG versteckt ist: Gewinnen (Gewinnung) ist das Lösen oder Freisetzen von Bodenschätzen ; ausgenommen ist das Lösen oder Freisetzen von Bodenschätzen 1. in einem Grundstück aus Anlaß oder im Zusammenhang mit dessen baulicher oder sonstiger städtebaulicher Nutzung Vorausgesetzt wird bei dieser Ausnahmeregelung, dass keine gewerbliche Nutzung der Energie über die Grundstücksgrenze hinaus erfolgt und dass die energetische Nutzung des Untergrundes (Abkühlung) nicht die Temperaturverhältnisse in einem Nachbargrundstück beeinflusst. Bergrecht und Nutzungsarten der Erdwärme Bekanntlich kann geothermische Energie je nach Angebotstemperatur und Trägermedium in ganz unterschiedlicher Weise genutzt werden (z. B. SCHULZ & WORMBS 1992). Die Bandbreite reicht von der indirekten Nutzung mit Hilfe von Wärmepumpen über die direkte Nutzung zu Heizzwecken und zur Balneologie oder als Prozesswärme in Industrie und Landwirtschaft bis hin zur Elektrizitätsgewinnung, die auch in Deutschland ein großes Potential besitzt, wie die neue Studie für den Deutschen Bundestag zeigt. (PASCHEN et al. 2003). Das BBergG stellt ausdrücklich fest ( 4, Abs. 3, letzter Satz): ; die Nutzung der Erdwärme ist einer Weiterverarbeitung gleichzustellen. Damit wird klar gesagt, dass die eigentliche Nutzung der Erdwärme nicht als Gewinnung oder Aufbereitung zu verstehen ist und damit gem. 2 BBergG dieser Teil nicht dem Bergrecht unterliegt. Bergrechtlich ist es irrelevant, ob die geförderte Erdwärme für balneologische Zwecke, für Beheizung oder zur Elektrizitätsgewinnung verwendet wird. Insbesondere stehen also das Thermalbad, die Geothermische Heizzentrale oder ein Erdwärmekraftwerk nicht unter Bergrecht. Erlaubnis- und Bewilligungsfelder Wer bergfreie Erdwärme erkunden will, bedarf der Erlaubnis; wer Erdwärme nutzen will, bedarf der Bewilligung oder was wohl in der Praxis nicht vorkommen wird des Bergwerkseigentums. Die Abgrenzung dieser Bergbauberechtigungen erweist sich für die Erdwärme als nicht trivial, denn im Gegensatz zu den anderen bergfreien Bodenschätzen kann man bei der Erdwärme aus bekannten Gründen nicht den klassischen Lagerstättenbegriff verwenden. Für die Bemessung von Bergbauberechtigungen auf Erdwärme sind daher besondere Kriterien heranzuziehen, die die praktische Umsetzung bergrechtlicher Vorgaben durch die Länder-Bergbehörden unter Berücksichtigung der Interessen potenzieller Erdwärmenutzer sowie der angewandten Techniken der Erdwärmeerschließung ermöglichen. Mit der Erarbeitung dieser Kriterien wurde vom Bund-Länder- Ausschuss Bergbau ein Ad-hoc-Arbeitskreis Bemessung von Erdwärmefeldern beauftragt. Der Abschlussbericht des Ad-hoc- Arbeitskreises ist als Anhang (mit Anlage) diesem Artikel beigefügt. Der Bericht ist mittlerweile vom Bund-Länder-Ausschuss Bergbau verabschiedet und gilt als Empfehlung für alle Bergbehörden; damit ist auch eine weitgehende bundeseinheitliche Vorgehensweise gewährleiste. Da der Bericht umfassend und aus sich selbst heraus verständlich die Kriterien für die Bemessung von Bergbauberechtigungen zur Aufsuchung und Gewinnung von Erdwärme beschreibt, kann an dieser Stelle auf einen weiterführenden Kommentar verzichtet werden. Es sollen hier nur noch einmal kurz das prinzipielle Vorgehen geschildert werden. Die vorbereitenden Tätigkeiten zur Umsetzung eines Erdwärme- Projektes einschließlich des Abteufens der Erschließungsbohrung(en) sind typische Tätigkeiten einer Aufsuchung und erfordern eine bergrechtliche Erlaubnis. Das Erlaubnisfeld ist nach dem der Bergbehörde vorzulegenden Arbeitsprogramm (vgl. 11 Nr. 3 BBergG) zu bemessen. Als Abgrenzungskriterien können z. B. die Lage seismischer Profile, Lokationen für ge- 9

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11 40/2003 GtE plante Bohrungen einschließlich Alternativstandorte oder Gebiete geowissenschaftlicher Untersuchungen herangezogen werden. Das Erlaubnisfeld sollte relativ großflächig angelegt werden, um ein ausreichendes potenzielles Untersuchungsgebiet zu haben. Andererseits sind von den Bergbehörden enge Maßstäbe anzulegen, wenn konkurrierende Aufsuchungsinteressen nicht auszuschließen sind. Der Antragsteller muss in seinem Arbeitsprogramm auch darlegen, dass die vorgesehenen Aufsuchungsarbeiten in einem angemessenen Zeitraum erfolgen. Wenn nach einer erfolgreichen Erkundungsphase das geothermische Projekt in die Produktionsphase übergehen soll, muss eine Bewilligung auf Erdwärme vorliegen. Das Bewilligungsfeld wird in der Regel ein Teilgebiet des Erlaubnisfeldes sein. Als Grundkriterium für die Bemessung des Bewilligungsfeldes wird der zu erwartende Abkühlungsbereich herangezogen. Gerade für einen Dublettenbetrieb ist dies ein sinnvoller Ansatzpunkt; dieses Kriterium bedeutet für den Antragsteller meist keinen zusätzlichen Aufwand, denn der Abstand zwischen den Bohrungen wird durch Modellrechnungen oder abschätzungen festgelegt. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen ist der Betreiber selbst interessiert, dass innerhalb der geplanten Lebensdauer der geothermischen Anlage keine wesentliche Temperaturerniedrigung an der Produktionsbohrung eintritt. Eine Prognose des zeitlichen und räumlichen Verlaufs der Abkühlung ist deshalb unerlässlich. Die flächenhafte Ausdehnung der Abkühlung bildet die Grundlage für die Bemessung des Bewilligungsfeldes. Möglicherweise bestehende Anlagen in der Nachbarschaft müssen in geeigneter Weise in diese Überlegungen mit einbezogen werden. Als Bemessungsgrundlage ist neben der (bergrechtlich relevanten) Ausdehnung des Abkühlungsbereiches auch der (wasserrechtlich relevante) hydraulische Absenkungstrichter zu berücksichtigen. Darauf hinzuweisen ist, dass von den genannten beiden Prinzipien (Abkühlungsbereich, Absenkungstrichter) abgewichen werden kann, wenn die Ermittlung dieses Bereiches nur mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand möglich ist oder wenn sie zu unverhältnismäßig großen Bewilligungsfeldern führen würde. Das Bewilligungsfeld soll somit Schutz und Planungssicherheit für die eigene Anlage bieten und andererseits durch eine Beschränkung des Feldes gewährleisten, dass eine sinnvolle, wirtschaftliche Nutzung der Erdwärme im geeigneten Abstand nicht verhindert wird. Die Tiefe als Abgrenzungskriterium Die Erschließung von Erdwärme kann je nach geothermischen Gegebenheiten in unterschiedlichen Tiefen und mit verschiedenen Techniken erfolgen. So ist in besonders erdwärmehöffigen Gebieten (z.b. Oberrheingraben, süddeutsches Molassebecken) für die Zukunft vorstellbar, dass in demselben Gebiet (Feld) geothermische Energie in unterschiedlichen Tiefenstockwerken gewonnen wird; folgendes Szenario ist denkbar: Für eine kleine Einfamilienhaussiedlung wird oberflächennahe Erdwärme mit erdgekoppelten Wärmesonden (Tiefe bis 200 m) gewonnen. Ein tiefer Thermalwasseraquifer (1500 m Tiefe) wird mittels einer Dublette für die Wärmeversorgung einer Kleinstadt und für ein Thermalbad genutzt; mit einem prognostizierten Abkühlungskörper und einem hydraulischen Absenkungstrichter wird ein Feld mit einer Fläche von einigen Quadratkilometern beschrieben. Unter diesen beiden geothermischen Nutzungshorizonten liegt in einer Tiefe von 4 bis 6 km das Kluftsystem eines Hot-Dry-Rock-Projektes für ein Erdwärmekraftwerk zur Stromerzeugung. Diese drei Projekte wären unter entsprechenden geologischen und technischen Voraussetzungen realistisch gleichzeitig und ohne gegenseitige Beeinflussung zu betreiben. Nach aktueller Verwaltungspraxis, gestützt auf 4 Abs. 7 i.v. mit 7 und 8 jeweils Abs. 1, 1. Halbsatz BBergG, ist mit der Erteilung einer Bewilligung auf Erdwärme jegliche Erschließung von Erdwärme durch Dritte in diesem Bewilligungsfeld ausgeschlossen, unabhängig davon, ob sich die einzelnen Erdwärme-Anlagen in irgendeiner Weise beeinflussen. Deshalb kann das Problem auftreten, dass eine gleichzeitige Gewinnung trotz technischer Trennbarkeit nicht möglich ist. Wer zuerst ein Bewilligungsfeld erhält, hat Anrecht auf die geothermische Energiegewinnung in allen Tiefen, selbst wenn er sie nicht nutzen will oder kann. Diese Problem hat auch der Arbeitskreis erkannt und in seinem Bericht dargestellt (Anhang: Abschnitt 3). Er zeigt als einen möglichen Lösungsweg die privatrechtliche Einigung der unterschiedlichen Antragsteller auf. Eine gleichzeitige Gewinnung von Erdwärme aus unterschiedlichen Nutzungshorizonten wäre dann mit Zustimmung des Berechtigungsinhabers möglich. Allerdings kann der Berechtigungsinhaber seine Zustimmung verweigern oder durch unzumutbare Forderungen verhindern, bzw. eine weiteres Projekt verzögern. Um dem Ziel des Bundesberggesetzes nach einer optimalen Nutzung von Bodenschätzen gerecht zu werden, regt die GtV an, dass bei der Bemessung von Erlaubnis- und Bewilligungsfeldern für die Erdwärme auch eine Begrenzung auf Tiefenabschnitte erfolgen kann. Dazu wäre eine Änderung des 4, Abs. 7 BBergG notwendig. Der bisherige Text (7) Feld einer Erlaubnis, Bewilligung oder eines Bergwerkseigentums ist ein Ausschnitt aus dem Erdkörper, der von geraden Linien an der Oberfläche und von lotrechten Ebenen nach der Tiefe begrenzt wird, soweit nicht die Grenzen des Geltungsbereichs dieses Gesetzes einen anderen Verlauf erfordern. sollte wie folgt ergänzt werden: Ein Feld zur Aufsuchung und Gewinnung von Erdwärme kann durch Horizontalebenen in der Tiefe begrenzt werden. Dies wäre eine Kann -Bestimmung; Felder zur Aufsuchung und Gewinnung von Erdwärme können, müssen aber nicht notwendigerweise in der Tiefe begrenzt werden. Die bisherige Praxis der Feldeserteilung würde durch den Änderungsvorschlag nicht eingeschränkt. Danksagung Allen Mitgliedern des Ad-hoc-Arbeitskreises Bemessung von Erdwärmefeldern danke ich für die anregenden Diskussionen und das stete und offene Interesse, das sie dem Anliegen der Erdwärmenutzung entgegengebracht haben; dieser Dank gilt besonders dem Leiter des Arbeitskreises, Herrn BD Schick (Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Baden-Württemberg, Freiburg), und dem Obmann für das Markscheiderwesen, Herrn Präsident Schmidt (Sächsisches Oberbergamt, Freiberg). Herr BR Döhner (Sächsisches Oberbergamt, Freiberg) stellte freundlicherweise den Bericht des Ad-hoc-Arbeitskreises Bemessung von Erdwärmefeldern (Anhang mit Anlage) zur Verfügung. Literatur BOLDT, G. & WELLER, H. (1984): Bundesberggesetz - Kommentar. Berlin (de Gruyter). 11

12 GtE 40/2003 ANZEIGE BUNDESBERGGESETZ (BBerg) vom 13. August 1980 (BGBl. I S.1310) zuletzt geändert durch Gesetz vom 26. Januar 1998 (BGBl. I S.164). PASCHEN, H., OERTEL, D. & GRÜNWALD, R. (2003): Möglichkeiten der geothermischen Stromerzeugung in Deutschland. - Sachstandsbericht, Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag, Arbeitsbericht 84: 129 S.; Berlin (TAB). SCHULZ, R. & WORMBS, J. (1992): Geothermik - ein Überblick. - In: SCHULZ, R. et al. (Hrsg.): Geothermische Energie - Forschung und Anwendung in Deutschland: 12-23; Karlsruhe (C.F. Müller VDI-RICHTLINIE 4640: Blatt1 Thermische Nutzung des Untergrundes Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte; Dezember Dr. R. Schulz, Dir. u. Prof., Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben (GGA), Stilleweg 2, D Hannover; Anhang: Bund-Länder-Ausschuss Bergbau Der Obmann für das Markscheidewesen Erarbeitung von Kriterien für die Bemessung von Bergbauberechtigungen zur Aufsuchung und Gewinnung von Erdwärme Bericht des Ad-hoc-Arbeitskreises Bemessung von Erdwärmefeldern Einleitung 1.1 Erdwärme als bergfreier Bodenschatz Erdwärme (im engeren Sinne) und die im Zusammenhang mit ihrer Gewinnung auftretenden anderen Energien - zusammengefasst unter dem Begriff Erdwärme (im weiteren Sinne) - gelten nach 3 Abs. 3 Satz 2 BBergG als bergfreie Bodenschätze. Der bergrechtliche Begriff Erdwärme (hier im engeren Sinne) orientiert sich an der Definition des synonymen Begriffes Geothermische Energie in VDI-Richtlinie 4640 Blatt 1: Erdwärme ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde. Der Begriff Erdwärme umfasst das gesamte Wärmepotenzial (im physikalischen Sinne) unterhalb der Erdoberfläche. Somit stellt jede unterirdische Erschließung einer thermischen Energiedifferenz grundsätzlich eine Erschließung von Erdwärme im bergrechtlichen Sinne dar. Ausgenommen vom Erdwärmebegriff ist nach dieser Definition die Erschließung der Wärmeenergie von Oberflächengewässern und Meeren. Grundsätzlich bedarf gemäß 6 BBergG derjenige, der Erdwärme aufsuchen will, der Erlaubnis, der Erdwärme gewinnen will, der Bewilligung oder des Bergwerkseigentums. Die Abgrenzung einer Bergbauberechtigung nach der Geometrie der Lagerstätte ist für Erdwärme nicht unmittelbar möglich, da Erdwärme kein stofflicher Bodenschatz ist und somit eine konkrete Lagerstätte geothermischer Energie nicht ausweisbar ist. 12

13 40/2003 GtE Erdwärme weist folgende Besonderheiten gegenüber klassischen (stofflichen) Bodenschätzen auf: - Erdwärme ist im gesamten Erdkörper verfügbar, wobei Maxi ma der Potenzialverteilung als sogenannte geothermische Anomalien in Erscheinung treten. - Erdwärme stellt eine vergleichsweise kurzfristig regenerierbare Energiequelle dar. - Erdwärme ist nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich. Für die Bemessung von Bergbauberechtigungen auf Erdwärme sind daher besondere Kriterien heranzuziehen, die die praktische Umsetzung bergrechtlicher Vorgaben durch die Länder-Bergbehörden unter besonderer Berücksichtigung der Interessen potenzieller Erdwärmenutzer sowie der angewandten Technologie der Erdwärmeerschließung ermöglichen. 1.2 Aufgabenstellung durch den Bund-Länder-Ausschuss Bergbau Der Bund-Länder-Ausschuss Bergbau beauftragte auf seiner 117. Sitzung am den Obmann für Markscheidewesen, Präsident Schmidt, mit der Erarbeitung von Kriterien für die Bemessung der Felder zur Aufsuchung und Gewinnung von Erdwärme (TOP 3 des Ergebnisprotokoll der 117. Sitzung vom ). 1.3 Bearbeitung der Aufgabenstellung Am konstituierte sich nach interner Vorbereitung unter der Leitung von Präsident Schmidt in Freiberg/Sachsen der Ad-hoc-Arbeitskreis Bemessung von Erdwärmefeldern, in dem wegen der Aktualität der Thematik Vertreter aller Länder-Bergbehörden mitarbeiteten. Mit der Federführung im Arbeitskreis wurde BD Schick, Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Baden-Württemberg, beauftragt. Erfahrungen auf den Gebieten Geothermische Energie und Lagerstätten brachten Prof. Schulz, Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben, und GR Pasternak, Niedersächsisches Landesamt für Bodenforschung, in den Arbeitskreis ein. Dem Direktorenkreis der Staatlichen Geologischen Dienste und dem Bund-Länder-Ausschuss Geologie wurde berichtet. Sitzungen des Arbeitskreises fanden statt am 25./ in Bad Bergzabern, am in Trier, am 22./ in Hannover und am in Koblenz. Hinsichtlich der Bemessung von Bergbauberechtigungen auf Erdwärme gibt es bislang keine Vorgaben des Bund-Länder-Ausschusses Bergbau. 1.4 Zweck der erarbeiteten Kriterien Die erarbeiteten Kriterien bieten Hilfestellung sowohl bei der Erstellung von Anträgen auf Erteilung von Bergbauberechtigungen auf Erdwärme als auch bei der bergbehördlichen Prüfung und Bearbeitung dieser Anträge. Sie dienen als Orientierung, wie eine Bergbauberechtigung für eine Erdwärmeerschließung räumlich abzugrenzen ist. Die Entscheidung, ob ein Projekt überhaupt bergrechtliche Relevanz besitzt, bleibt der von landesspezifischen Gesichtspunkten geprägten Verwaltungspraxis der Länderbergbehörden vorbehalten. So wird z.b. im Freistaat Bayern die Geringfügigkeitsschwelle gegenwärtig bei einer installierten Wärmeleistung von 0,2 MW gesehen. Darüber hinaus wird auf die Ausnahmen vom Gewinnungsbegriff gemäß 4 Abs. 2 Nr. 1 BBergG (bauliche Nutzung) hingewiesen. Die definierten bzw. prognostizierten Parameter und die Modellberechnungen, die bei der Festlegung der Grenzen von Bergbauberechtigungen entsprechend den lokalen Bedingungen verwendet wurden, sind durch den Antragsteller im Arbeitsprogramm gemäß 12 Abs. 1 Nr. 4 BBergG darzustellen. 2 Begrenzung von Feldern der Bergbauberechtigungen auf Erdwärme 2.1 Erlaubnisfelder Ein Erlaubnisfeld für die Aufsuchung ist nach den im Arbeitsprogramm des Antragstellers (vgl. 11 Nr. 3 BBergG) beschriebenen Aufsuchungsarbeiten hinreichend zu bemessen. So können als Abgrenzungskriterien beispielsweise die Lage seismischer Profile, Alternativstandorte für Bohrungen oder das Gebiet geowissenschaftlicher Kartierungen und Untersuchungen herangezogen werden. 2.2 Bewilligungsfelder Ein Bewilligungsfeld soll den jeweiligen Erdwärme-Gewinnungsbereich möglichst vollständig erfassen. Aufgrund der Nicht-Stofflichkeit der Erdwärme ist als Gewinnungsbereich grundsätzlich derjenige Bereich anzusehen, aus dem die Energie entzogen bzw. bezogen wird. Die Ausdehnung dieses Bereiches hängt maßgeblich ab von geologischen und hydrogeo-logischen Bedingungen sowie von der angewandten Technologie der Erdwärmegewinnung. Nachfolgend dargestellte Untergliederung und Grundprinzipien zur Bemessung von Erdwärmefeldern werden in der Anlage detailliert erläutert. Alternativ zu diesen Grundprinzipien, die auf der modellhaften Abgrenzung von Gewinnungsbereichen basieren, ist es ersatzweise zulässig, ein Bewilligungsfeld nur in unmittelbarer Umgebung der Bohrlokationen (Ansatzpunkt und grundrissliche Projektion des Bohrlochverlaufes) festzulegen. Zusätzlich kann das Bewilligungsfeld je nach lokaler Situation den Bereich der dazugehörenden oberirdischen technischen Anlagen umfassen. Diese alternative Feldbemessung ANZEIGE 13

14 GtE 40/2003 Untergliederung der Erdwärmegewinnung Grundprinzipien zur Bemessung von Erdwärmefeldern Bohrlochsysteme zur Entnahme des natürlich vorkommenden Wärmeträgermediums (Sole / Wasser) - ohne Reinjektion hydraulischer Absenkungstrichter um die Förderbohrung - mit Reinjektion hydraulischer Absenkungstrichter um die Förderbohrung plus Abkühlungsbereich um die Reinjektionsbohrung Bohrlochsysteme mit künstlicher Einbringung und Wiederentnahme des Wärmeträgermediums (z.b. Hot-Dry-Rock-Verfahren) Abkühlungsbereich Systeme ohne Stoffentnahme (z.b. Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren) Abkühlungsbereich Sonstige Erdwärmeerschließungen (z.b. Nutzung von Tunnel- und Grubenwasser, schwelende Bergehalden, Kavernenlaugen) Einzelfallregelunge kann insbesondere dann erforderlich sein, - wenn bei Bohrlochsystemen zur Entnahme des natürlich vorkommenden Wärmeträgermediums eine ausreichende Modellierung mangels der Kenntnis von Bestimmungsgrößen nicht oder nur mit unverhältnismäßigem Aufwand möglich ist, - wenn die modellierten Gewinnungsbereiche unverhältnismäßig großflächig wären und dadurch eine sinnvolle und planmäßige Gewinnung in angrenzenden Bereichen gefährdet würde oder - bei oberflächennahen Sondenfeldern. In den Fällen, in denen sowohl Sole (Kriterium für die Einstufung der Sole als bergfreien Bodenschatz ist die hinsichtlich ihres Salzgehaltes vorhandene Eignung zur großtechnisch möglichen Herstellung von Salz. In der Praxis wurde bereits eine Salzgewinnung aus Sole mit einem Salzgehalt von 1 % Sole wirtschaftlich betrieben [vgl. 27. Referentenbesprechung zum BBergG].) als auch Erdwärme gewonnen werden, ist eine gemeinsame Bergbauberechtigung auf beide Bodenschätze erforderlich. Zusätzlich können Fälle der Mitgewinnung von Erdwärme bei der Solegewinnung sowie von Sole bei der Erdwärmegewinnung auftreten. 2.3 Bergwerkseigentum Ggf. können für die Begrenzung von Bergwerkseigentum die für Bewilligungsfelder geltenden Kriterien angewendet werden. ANZEIGE 2.4 Wärmespeicherung Gemäß 4 Abs. 9 BBergG ist ein Untergrundspeicher eine Anlage zur unterirdischen behälterlosen Speicherung von Gasen, Flüssigkeiten und festen Stoffen mit Ausnahme von Wasser. Die unterirdische Speicherung von (Wärme- )Energie unterliegt danach nicht den Vorschriften des Bundesberggesetzes. Eine bergrechtlich relevante Gewinnung von Erdwärme ist gegeben, wenn aufgrund der Wärmebilanz Speicherung / Entnahme bei der Wärme-Entspeicherung mit einem Anteil geogener Erdwärme zu rechnen ist. Je nach geologischer Situation und angewendeter Technologie wären dann die entsprechenden Feldesbemessungskriterien sinngemäß anzuwenden. 3 Die Tiefe der Erdwärmeerschließung - Ein Abgrenzungskriterium? Die Vorschriften des BBergG dienen u.a. dazu, die Aufsuchung und Gewinnung von Bodenschätzen zu ordnen und zu fördern. Diesem Ziel dient auch die Erteilung oder Verleihung von Bergbauberechtigungen. In 4 Abs. 7 BBergG erfolgt die Legaldefinition für Felder von Bergbauberechtigungen: Feld einer Erlaubnis, Bewilligung oder eines Bergwerkseigentums ist ein Ausschnitt aus dem Erdkörper, der von geraden Linien an der Oberfläche und von lotrechten Ebenen nach der Tiefe begrenzt wird. Die Erschließung von Erdwärme erfolgt in der Praxis in Abhängigkeit von den geothermischen Gegebenheiten mit unterschiedlicher Technologie in unterschiedlicher Tiefe. So ist unter Berücksichtigung der Siedlungsdichte in besonders erdwärmehöffigen Gebieten (Oberrheingraben, Regionen des Alpenvorlandes) beispielsweise ein Projektszenario für die Zukunft vorstellbar, bei dem ein Thermalaquifer in 1500 m Tiefe mit einem prognostizierten hydraulischer Absenkungstrichter über eine Fläche von mehreren Quadratkilometern unter einer oberflächennahen Erschließung von Erdwärme genutzt wird und darunter in einer Tiefe von 4 bis 6 km das Kluftsystem eines Hot-Dry-Rock- Projektes liegt. 14

15 40/2003 GtE Diese drei Projekte wären unter entsprechenden geologischen und technischen Voraussetzungen realistisch gleichzeitig und ohne gegenseitige Beeinflussung zu betreiben. In der Praxis kann daher das Problem auftreten, dass eine gleichzeitige Gewinnung trotz technischer Trennbarkeit nur mit Zustimmung des Berechtigungsinhabers möglich ist. Anlage zum Bericht des Ad-hoc-Arbeitskreises Bemessung von Erdwärmefeldern Kriterien zur Bemessung von Bewilligungsfeldern für die Gewinnung von Erdwärme Bohrlochsysteme zur Entnahme des natürlich vorkommenden Wärmeträgermediums (Sole / Wasser) ohne Reinjektion Beschreibung Über vertikale oder abgelenkte Bohrungen werden die natürlich im Untergrund vorkommenden Wärmeträgermedien (Thermal-)Wasser oder (Thermal-)Sole gefördert. Das abgekühlte Trägermedium wird nicht in den Untergrund zurückgeführt, sondern oberflächlich abgeleitet (Kanalisation, Vorflut). Beeinflussung des Erdwärmepotenzials Durch die Entnahme von Thermalwasser / -sole wird in der Regel keine Temperaturveränderung im Aquifer hervorgerufen. Die Abgrenzung eines Abkühlungskörpers um eine Entnahmebohrung ist nicht möglich. Ein direktes Maß für den Umfang der Erdwärmegewinnung ist die Entnahmemenge von Wasser bzw. Sole, durch die im Aquifer ein Bereich abgesenkten hydrostatischen Druckes entsteht ( Hydraulischer Absenkungstrichter ) Bemessung des Bewilligungsfeldes Geschlossenes Polygon, das die grundrissliche Projektion des Bereiches, in dem das Druckpotenzial des Aquifers durch die Entnahme des Wärmeträgermediums Wasser bzw. Sole abgesenkt wird ( Hydraulischer Absenkungstrichter ), umschließt. Als hydraulischer Absenkungstrichter ist wegen des mit zunehmendem Abstand von der Entnahmebohrung exponentiell abnehmenden Druckgradienten der Bereich anzusetzen, in dem der hydrostatische Druck um mehr als einen bestimmten Grenzbetrag vom ungestörten hydrostatische Druck des betreffenden Aquifers abweicht. Dieser Grenzbetrag kann z.b. als Druckdifferenz oder als Prozentwert, bezogen auf den ungestörten hydrostatischen Druck, angegeben werden. Er ist durch den Antragsteller entsprechend den lokalen Bedingungen darzustellen, hierbei können die Zuverlässigkeit der Modellrechnungen oder Kenntnisse über den Verlauf des Druckgradienten berücksichtigt werden, Voraussetzung für die Anwendung dieses Abgrenzungskriteriums ist eine hinreichend zuverlässige Modellierung der hydraulischen Verhältnisse im Aquifer, aus der der Absenkungsbereich in Abhängigkeit von der geplanten Entnahmemenge abgeleitet werden kann Bohrlochsysteme zur Entnahme des natürlich vorkommenden Wärmeträgermediums (Sole / Wasser) mit Reinjektion Beschreibung Über vertikale oder abgelenkte Bohrungen werden die natürlich im Untergrund vorkommenden, geothermisch erwärmten Wärmeträgermedien Wasser oder Sole gefördert. Das abgekühlte Trägermedium wird über eine oder mehrere weitere Bohrungen zurückgeführt. Meist werden die Anlagen als sogenannte Dublette mit jeweils einer Entnahme- und Injektionsbohrung ausgeführt. Beeinflussung des Erdwärmepotenzials Im Einzugsbereich der Förderbohrung entstehen dieselben Bedingungen wie bei den Systemen mit Entnahme des natürlichen Trägermediums ohne Reinjektion. Zusätzlich entsteht um die Reinjektionsbohrung ein durch Vermischung von natürlicher Thermalsole oder Thermalwasser mit dem reinjizierten abgekühlten Trägermedium ein Abkühlungsbereich im Aquifer. Bemessung des Bewilligungsfeldes Geschlossenes Polygon, das die im Abschnitt 1.3 beschriebenen Bereiche sowie zusätzlich den aus der mathematischen Modellierung des Systems berechneten Abkühlungsbereich in seiner maximal zu erwartenden Ausdehnung umschließt. ANZEIGE 15

16

17 40/2003 GtE ANZEIGE ANZEIGE 17

18 GtE 40/2003 Startschuss für ersten Erdwärmekraftwerk Deutschlands ist gefallen Berlin - Das erste Erdwärmekraftwerk Deutschlands wird im Herbst 2003 im mecklenburgischen Neustadt-Glewe in Betrieb gehen. Die Bewag, ein Unternehmen der Vattenfall Europe AG, entwickelte das Projekt und gab das Herzstück, die Turbine mit einer elektrischen Leistung von über 200 Kilowatt, jetzt bei der GET GmbH Unterlemnitz (Thüringen) in Auftrag. In die Anlage werden insgesamt rund Euro investiert. Das neue Kraftwerk wird mit 98 C heißem Wasser aus Meter Tiefe gespeist. Das Wasser gibt seine Energie über Wärmetauscher an den Turbinenkreislauf ab. Da dies für die Kraftwerkstechnik zur Stromerzeugung eine relativ niedrige Temperatur ist, wird ein organischer Stoff als Turbinendampf genutzt, der bereits bei ca. 30 C siedet. Zum Vergleich: Wasser siedet bei 100 C. Das Erdwärmekraftwerk wird nach Angaben der Bewag über 500 Wohnungen der Einwohner zählenden Kleinstadt Neustadt-Glewe voll mit Strom versorgen können. Die LanGeo GmbH, ein Tochterunternehmen der Energie-Südwest AG Landau (Rheinland-Pfalz) managt das umweltfreundliche Kraftwerksprojekt. Vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit wird es gefördert. Hintergrundinfos: Geothermie oder Erdwärme zählt zu den erneuerbaren Energien. Dabei wird die Wärme im Erdinneren genutzt, die mit zunehmender Tiefe steigt. In Mitteleuropa nimmt die Temperatur um etwa 3 Celsius pro 100 Meter Tiefe zu. Grundlage für Geothermie ist eine wasserführende Gesteinsschicht im Erdinneren. Diese Voraussetzung erfüllt der Standort Neustadt-Glewe, wo seit 1994 ein geothermisches Heizwerk zur Fernwärmeversorgung betrieben wird. In der Provinz Shandong liegt Shengli, Chinas zweitgrößtes Ölfeld. Mit seinen km2 entspricht es fast der Fläche der Niederlande Menschen fördern jedes Jahr 27 Millionen Tonnen des begehrten Rohstoffs und verarbeiten ihn weiter. Mit dem Öl kommt heißes Wasser. Gemeinsam wird beides an die Oberfläche gepumpt und dort von einander getrennt. Das Öl geht in die Weiterverarbeitung und das Wasser hat immer noch 65 C. Eigentlich zu schade zum Wegkippen, sollte man meinen. In der Nähe eines der Bohrfelder liegt ein Wohngebiet. Hier werden derzeit m2 durch ein Fernwärmenetz beheizt, sollen es in naher Zukunft werden. Wärme wird derzeit von einem mit Schweröl betriebenen Heizkessel erzeugt. Die kluge Überlegung war, die Verfeuerung von Öl zu reduzieren, indem man zukünftig zusätzlich die im Wasser enthaltene "Abfallenergie" nutzt. Dazu mussten jedoch zunächst eine Reihe von Fragen geklärt werden, für die das Shengli Oilfield Bureau den fachlichen Rat bei den deutschen Geothermie-Spezialisten der EWS Erdwärme-Systemtechnik, Delbrück einholte. Welche Energiemengen lassen sich überhaupt aus dem Wasser entziehen und in das neue Fernwärmenetz einspeisen? Wie wirkt sich die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe des Wassers (Chemismus) auf den Betrieb des geothermischen Anlagenteils aus? Wie kann durch die geothermische Wärme das vorhandene Heizwerk ersetzt werden? Welche technischen Voraussetzungen müssen geschaffen werden? Wie hoch sind die voraussichtlichen CO2-Einsparungen? Nach Vorgesprächen vor Ort reiste im Juni 2002 eine hochrangige Delegation aus China nach Deutschland an. Anhand vorhandener Anlagen, wie etwa dem neuen Gebäudekomplex der Deutschen Flugsicherung in Langen, konnte man sich von den hohen Standards der technischen Konzepte hierzulande überzeugen, die auf einen seit fast zwei Jahrzehnte andauernden Forschungs- und Entwicklungsprozess beruhen. Der Kooperationsvertrag wurde daher auch am in Frankfurt unterzeichnet. Inzwischen wurde eine erste Machbarkeitsstudie erarbeitet, welche die möglichen Varianten zur Nutzung des Ölbegleitwassers untersucht. Als das energetisch, ökologisch und wirtschaftlich günstigste System entwickelten die beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure eine Kombination aus Thermalwasser, Spezialwärmetauscher, Wärmepumpen und einem Blockheizkraftwerk. Diese findige Verbindung ermöglicht es, den für den Betrieb der Wärmepumpe benötigten Strom direkt vor Ort herzustellen. Im Winter wird die Abwärme des BHKW in das Fernwärmenetz eingespeist, sommertags wird sie dazu genutzt, das Öl vor dem Transport durch die Pipeline vorzuwärmen. Dies ermöglicht eine bessere Pumpbarkeit und damit verbunden eine geringere Stromaufnahme der Förderpumpen. Der dann selbst erzeugte Strom kann zum Betrieb der Förderpumpen im Ölfeld eingesetzt werden. Über das neue System werden mehr als 55% der benötigten Heizleistung von jährlich Megawattstunden bereitgestellt. Damit würde nicht nur die Verschwendung einer bislang ungenutzten Energieressource beendet und der Ausstoß klimaschädlicher Emissionen erheblich reduziert, sondern auch noch ein Beitrag zur wirtschaftlichen Verbesserung des Gesamtsystems geliefert werden können. China: Geothermische Energie aus Ölfeld. Machbarkeitsstudie in Deutschland erstellt Shengli Ölfeld, Shengli Fernwärmeversorgungsgebiet Todtmoos: Erdwärme für Ferienhotel im Urlaubsparadies Wieder einmal sind Wirtschaftlichkeit und saubere Luft eine höchst sinnvolle Verbindung eingegangen: Das neue Ferienhotel "Fünfjahreszeiten" im Schwarzwälder Urlaubsparadies Todtmoos heizt künftig mit Erdwärme. Ende Januar, mitten im Winter also, rückten die Bohrgeräte an. Bis zum 17. März waren 10 Erdwärmesonden (EWS) mit einer Tiefe von jeweils 250 m abgeteuft. Etwa 2,5 bis 3 Tage brauchte man also, um das jeweilige Loch in den Untergrund zu bringen. Gekoppelt werden sie die EWS mit zwei Wärmepumpen mit einer Heizleistung von jeweils 90 kw.die Planung lag in den Händen des Büros systherma, Starzach-Felldorf, die Bohrungen wurden durchgeführt von der Foralith Erdwärme AG aus St. Gallen (Schweiz). HAKA GERODUR lieferte die Materialien für die einzubauenden Erdwärmesonden. Bohrarbeiten Ferienhotel "Fünfjahreszeiten" Starnberger See: Erdwärme für die Roseninsel Im Starnberger See liegt die als Ausflugsziel beliebte zur Gemeinde Feldafing gehörende Insel Wörth, populär bekannt unter dem Namen Roseninsel. Im Gärtnerhaus soll ein Museum entstehen. Aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen wird dafür eine Erdwärmesondenanalge insalliert.die rund 100 m Tiefen Sonden dienen während der Heizperiode zur Wärmeversorgung und übernehmen im Sommer direkt über eine Umwälzpumpe die Klimatisierung des zukünftigen Mu- 18

19 40/2003 GtE seums. Ausschlaggebend für die Bayerische Schlösser- und Seenverwaltung waren neben ökologischen Überlegungen vor allem wirtschaftliche Gründe. Da bei Hoch wasser Überschwemmungen befürchtet werden müssen, wurde auf den Einbau eines Öl- oder Gastanks verzichtet, da die Verschmutzung des Seewassers befürchtet wurde. Die Kosten wären durch die Befüllung mit einem Tankschiff zudem in die Höhe getrieben worden. Der Bau einer unteriridischen Gasleitung vom Festand her verbot sich wegen der zu erwartenden hohen Investitionen. Zudem sind die Sonden selbst von der Oberfläche her nicht sichtbar und beeinträchtigen das Gesamtbild des historischen Ensembles, im Gegensatz etwa zu einem oberirdischen Gastank, nicht (WB) Geothermie und Denkmalschutz - Hofschaft Kolfhausen in Wermelskirchen: Bohrbeginn auf historischem Grund Das große Fachwerkhaus steht unter Denkmalschutz erstmals urkundlich erwähnt, reicht seine erhaltene Bausubstanz bis in das späte 17. Jahrhundert zurück. Trotzdem möchten die neuen Besitzer natürlich nicht auf den Wohnkomfort des 21. Jahrhunderts verzichten. Verzichtet werden soll aber auf eine konventionelle Wärmeversorgungstechnik. In der Hofschaft Kolfhausen in Wermelskirchen im Bergischen Land geht man dafür einige innovative Wege. Das große Gebäude wird in Zusammenarbeit mit den örtlichen Denkmalschutzbehörden saniert und modernisiert. Der Charakter des Hauses bleibt außen und innen erhalten. Die fünf Wohneinheiten, die hier entstehen, erstrecken sich über drei Etagen. Anfallendes Oberflächenwasser (Regenwasser) wird in einem unterirdischen Tank gesammelt und steht im Haus als Brauchwasser oder draußen zur Gartenbewässerung zur Verfügung. Sensibel muss auch mit der Wärmeversorgung umgegangen werden. Zumal eine konventionelle Heizung nicht in Frage kommt. Der Bauherr entschied sich für die Installierung einer Erdwärmesondenanlage. Dafür müssen 6 Bohrungen mit einer Tiefe von je ca. 90m m niedergebracht werden. Die gesamte Heizleistung beträgt 36 kw. Bohrungen fallen nur während der Bohrarbeiten auf. Später sind sie "unsichtbar". Was in den Bohrung an Wärmenergie gewonnen wird, wird gesammelt und zu einer Wärmepumpe in den Keller geführt. Das etwa Kühlschrank große Gerät beansprucht wenig Platz. Den Rest übernimmt die Fußbodenheizung. Neubauten sind Erdwärmesondenanlagen Stand der Technik. Für den Altbau- und Sanierungsbereich werden sie gerade erst entdeckt. In Zeiten, in denen Klimaschutz, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit eine immer größere Rolle Spielen müssen, kommt der heizungstechnischen Erneuerung des vorhandenen Baubestands eine besondere Bedeutung zu. Zum Gesamtensemble gehören noch drei neu zu erbauende Einfamilienhäuser, die architektonisch an ihre Umgebung angepasst werden. Auch sie werden mit Erdwärme versorgt. Dafür werden 5 weitere Bohrungen am Standort niedergebracht. Die Gesamtenwicklung des Vorhabens liegt bei der LS-Concept, Wermelskirchen, die Planung der Erdwärmesondenanlagen in den Händen der EWS Erdwärme-Systemtechnik, Delbrück Österreich Einspeisevergütung für geothermischen Strom Seit Anfang Januar gilt auch für Österreich eine landesweit einheitliche Regelung für die Einspeisevergütung von den aus erneuerbaren Energiequellen erzeugten Strom. Die Einspeiseverordnung legt fest, dass dieser zu einem Fixpreis von den Stromanbietern gekauft und in das allgemeine Netz eingespeist werden muss. Die Stromanbieter legen die Kosten auf alle Kunden um. Die Verordnung gilt jedoch nur bis 2004 und enthält mehrere Deckel. Für geothermisch erzeugten Strom ist ein Einspeisevergütung von 7 Cent vorgesehen. ANZEIGE Die Wärme wird zwar aus dem relativ oberflächennahen Boden entzogen, hat aber bereits einen langen Weg durch die Erdkruste hinter sich. Sie würde sich bald darauf im Weltraum verflüchtigen. Bevor das geschieht, wird sie also noch einmal zur Raumheizung und zur Brauchwassererwärmung eingesetzt. Geothermische Energie ist eine beständige und nachhaltige Quelle, die dann zur Verfügung steht, wenn der Nutzer sie braucht. Voraussetzung ist, die Anlage ist so geplant, dass sie nicht mehr Energie aus dem Untergrund entnimmt, als ihr dort dauerhaft zufließt. Bei 19

20 GtE 40/2003 VDI ehrt Professor Werner Kleinkauf für besondere Leistungen Ehrung im Rahmen des Workshops Geothermische Stromerzeugung Prof. Dr.-Ing. Werner Kleinkauf erhielt die Ehrenmedaille des VDI. Die VDI-Gesellschaft Energietechnik (VDI-GET) verlieh die Auszeichnung im Rahmen des Workshops Geothermische Stromerzeugung am in Potsdam. Kleinkauf ist Leiter des Fachgebietes Elektrische Energieversorgungs-systeme am Institut für Elektrische Energietechnik der Universität Kassel. Seit 1995 ist er Obmann des Fachausschusses Regenerative Energien in der VDI-Gesellschaft Energietechnik. Darüber hinaus engagiert er sich besonders bei der Information der Öffentlichkeit über die Wertung und Bedeutung der Regenerativen Energien im Rahmen des VDI. VDI ehrt Dr. Burkhard Sanner für besondere Leistungen Ehrung im Rahmen des Workshops Geothermische Stromerzeugung Dr. Burkhard Sanner erhielt die Ehrenmedaille des VDI. Die VDI-Gesellschaft Energietechnik (VDI-GET) verlieh die Auszeichnung im Rahmen des Workshops Geothermische Stromerzeugung am in Potsdam. Sanner arbeitet am Institut für Angewandte Geowissenschaften der Justus- Liebig-Universität Gießen. Der VDI würdigt Sanner für seine langjährige Mitarbeit als Obmann des Richtlinienausschusses VDI 4640 Thermische Nutzung des Untergrundes, Blatt 1, 2, 3 und 4 der VDI-Gesellschaft Energietechnik und für sein ehrenamtliches Engagement im VDI. Er hat sich insbesondere durch die Weiterverbreitung der Arbeitsergebnisse nicht nur im deutschen, sondern auch im fremdsprachlichen Raum und in internationalen Gremien verdient gemacht. Die Richtlinie VDI 4640 ist heute ein Standardwerk und dient unter anderem als Basis für Leitfäden und Merkblätter von Behörden und geologischen Landesämtern. ANZEIGE P E R S O N A L I A Deutscher Geothermie-Preis für Hans-Josef Fell Mit dem Deutschen Geothermie-Preis ehrt die Geothermische Vereinigung e. V. (GtV) in besonderen Fällen Persönlichkeiten des öffentlichen Lebens geehrt, die sich in hervorragender Weise um die Entwicklung der Nutzung geothermischer Ressourcen verdient gemacht haben. Er wurde im Jahr 2002 zum ersten Mal vergeben. Preisträger wurde der Sprecher für "Forschung und Technologie" der Bundestagsfraktion von Bündnis 90/Die Grünen, Hans-Josef Fell. Der Preis wurde Herrn Fell am im Rahmen der 7. Geothermischen Fachtagung in Waren (Müritz) überreicht. In seiner Laudatio führte der Vorsitzende der GtV, Dr. Burkhard Sanner, aus, dass es Hans-Josef Fell durch sein Engagement gelungen sei, die Geothermie in die Bundespolitik zurückzuholen und der Nutzung dieses unerschöpflichen, nachhaltigen Energieträgers die entscheidenden neuen Impulse zu vermitteln. Dabei wusste sich Fell immer wieder auch gegen hate Widerstände erfolgreich durchzusetzen. "Ohne seinen hartnäckigen Einsatz," so Sanner, "wäre der in den letzten Jahren begonnene und immer mehr an Fahrt gewinnende Aufbruch innerhalb der Geothermie, in ihren Forschungseinrichtungen und in den Unternehmen, kaum möglich gewesen. Der Preis wird 2002 durch den "Hartsteinbohrer" symbolisiert. Es handelt sich um einen im buchstäblich harten Einsatz erprobten, "erfolgreichen" Bohrmeißel. In einem kurzen Redebeitrag stellte Fell klar, dass auch in den kommenden Jahren die über das Zukunfts-Investitions-Programm erfolgreich begonnenen Forschungsaktivitäten vor allem im Bereich der geothermischen Stromversorgung weiter vorangetriebem werden können und der Bund dafür weiterhin Forschungsmittel zur Verfügung stellen wird. 20

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