. Die. Naturschutz und Reaktorsicherheit)); vgl. ( )

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1 Geothermische Wärmeerzeugung in Deutschland In Deutschland sind gegenwärtig 24 größere Anlagen mit einer installierten Leistung zwischen 100 kw und 20 MW in Betrieb, die Thermalwasser als Energiequelle nutzen. Es handelt sich vor allem um Geothermische Heizzentralen oder Thermalbäder in Kombination mit Gebäudeheizung. Die Wassertemperatur ist jeweils geringer als 110 C. Die gesamte in hydrothermalen Anlagen installierte Leistung der deutschen Anlagen beträgt ca. 50 MW th. Eine große Rolle bei der oberflächennahen geothermischen Wärmeerzeugung spielen Wärmepumpen, von denen im Jahr 2006 etwa neu installiert wurden. Insgesamt wurden im Jahr 2006 rund 1,9 Milliarden Kilowattstunden Wärmeenergie aus Geothermie bereitgestellt größten Anlagen stehen in Neubrandenburg, Waren/Müritz, Neustadt-Glewe (alle Mecklenburg- Vorpommern), Erding und Straubing (Bayern). Das Geothermische Heizwerk in Erding ist 1998 offiziell in Betrieb genommen worden. Seitdem wurde das Versorgungsnetz kontinuierlich erweitert. Dank der steigenden Nachfrage nach Versorgung mit Wärmeenergie aufgrund der Entwicklungen auf dem Öl- und Gasmarkt müssen nun die Kapazitäten ausgebaut werden. Investitionen für die Ausweitung der Fernwärmeversorgung in Höhe von 18,7 Millionen Euro sollen dafür sorgen, dass ab 2009 unter anderem zwei bestehende und ein geplantes Gewerbegebiet sowie zwei geplante neue Wohngebiete mit Erdwärme versorgt werden. Aus den derzeit bekannten Ressourcen hydrothermaler Geothermie könnte laut Geothermischer Vereinigung bis zu 29 % der in der Bundesrepublik benötigten Wärme bereitgestellt werden. Heizkraftwerke könnten auch einen guten Teil des Stromverbrauchs decken. Allerdings ist die geothermische Stromerzeugung stark von den geologischen Gegebenheiten abhängig: Es müssen Wärmereservoirs mit hohen Temperaturen erschlossen werden. In Deutschland sind diese nur vorhanden, wenn man tief genug bohrt. Theoretisch kann überall eine Bohrung mit der nötigen Tiefe erfolgen. Die für den Betrieb erforderlichen Temperaturen zu erschließen, ist ein eher finanzielles und kein technisches Problem. Die Geothermie-Branche rechnet mit einem jährlichen Wachstum von 14 %. Im Jahr 2006 wurden rund 580 Millionen Euro in die Strom- und Wärmeerzeugung durch Geothermie investiert. Etwa Menschen arbeiten bereits direkt oder indirekt für die geothermische Energieversorgung. Beim geplanten geothermischen Kraftwerk in Unterhaching bei München war die Bohrung nach heißem Wasser im September 2004 erfolgreich. In Metern Tiefe sprudelt 120 C heißes Thermalwasser (Quelle: Rödl & Partner, Geothermie Unterhaching GmbH & Co KG). In Landau in der Pfalz befindet sich ein geothermisches Heizkraftwerk im Bau. Die Endtiefe der zweiten Bohrung wurde bei einer Tiefe von Metern am 16. März 2006 erreicht. Läuft alles weiterhin nach Plan, wird das Erdwärmekraftwerk mit einer Leistung von ca. 2-2,5 Megawatt im Jahr 2007 rund Haushalte mit Strom und 300 Haushalte mit Wärme beliefern. 1. Die 1 Quelle: AGEE-Stat (Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien Statistik; BMU (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit)); vgl. ( )

2 Ein geplantes Erdwärmekraftwerk in Offenbach a. d. Queich soll rund 150 C heißes Wasser aus einer Tiefe von etwa Metern nutzen. Der Standort liegt im Oberrheingraben und damit in der geologisch heißesten Zone" Deutschlands. Hier werden Temperaturgradienten von über 50 C pro Meter erreicht. Die im nahen Karlsruhe ansässige HotRock GmbH hat hier die Errichtung eines Fünf-Megawatt-Kraftwerks projektiert. Dies entspricht dem Strombedarf von etwa Haushalten. Ein Kohlekraftwerk gleicher Leistung würde rund Tonnen CO 2 im Jahr ausstoßen. Seit 2001 arbeitet das Geoforschungszentrum Potsdam im brandenburgischen Groß-Schönebeck daran, Erdwärmevorkommen im Norddeutschen Tiefland für die Stromerzeugung nutzbar zu machen. In einer m tiefen ehemaligen Gasbohrung werden seitdem neu entwickelte Verfahren zur Erschließung tiefer Sandsteine entwickelt. Um den Nachweis zu erbringen, dass sich diese Reservoire für einen Betrieb von Erdwärmekraftwerken eignen, wird seit Anfang Mai 2006 eine zweite Bohrung abgeteuft. Gefördert wird das Vorhaben durch das Bundesumweltministerium und das Land Brandenburg Sachsen Nach Recherchen des Sächsischen Landesamtes für Umwelt und Geologie (LfUG) wurden 2005 in Sachsen Wärmepumpen mit einer thermischen Leistung von rund 27 MW betrieben erhöhten sich diese Zahlen auf Wärmepumpenanlagen mit einer thermischen Leistung von rund 55,4 MW. Mit dieser installierten thermischen Leistung kann eine Wärmemenge in der Größenordnung von etwa 100 GWh/Jahr bereitgestellt werden. Die in Sachsen beobachtete Verdopplung der Zahl installierter Wärmepumpen stimmt mit dem bundesdeutschen Trend überein. Der rasante Anstieg erdgekoppelter Wärmepumpenanlagen wird ferner durch die Mitteilung der Firma Gerodur MPM Kunststoffverarbeitung GmbH & Co. KG in Neustadt i. S., einem der führenden Hersteller für Hardware-Komponenten (Erdsonden) der Wärmepumpentechnik, bestätigt. Danach hat sich der Umsatz bei Wärmepumpen zwischen 2005 und 2006 verdoppelt. Große Herausforderungen, aber auch damit verbundene Potenziale, werden in der Qualitätssteigerung und -sicherung bei der Auslegung und Verbauung von Erdwärmesonden gesehen.

3 Die Energieträger: Ist-Stand und Potenzial Abbildung 1: Erdwärmenutzung im Regierungsbezirk Dresden zum nach LfUG (2006)

4 Untersuchungsgebiet Stadt Görlitz Zum Zeitpunkt waren im Stadtbereich Görlitz 21 Erdwärmeanlagen errichtet mit Leistungen zwischen 6,4 kw bis 21 kw (zwei Anlagen > 30 kw). Niederschlesischer Oberlausitzkreis (NOL) Zum Zeitpunkt waren im Bereich NOL 81 Erdwärmeanlagen (private Haushalte) errichtet. Tabelle 1: Erdwärmeanlagen in Gemeinden des NOL (Quelle: Angaben des Landratsamtes des NOL) Stadt/Gemeinde Stadt/Gemeinde Bad Muskau 4 Niesky 5 Reichenbach 5 Rothenburg/OL: 5 5 Weißwasser 5 Boxberg: 0 0 Gablenz 3 Groß Düben: 1 1 Hähnichen 3 Hohendubrau: 4 4 Horka 3 Klitten 3 Kodersdorf 7 Königshain 1 Krauschwitz 4 Kreba-Neudorf 2 Markersdorf 6 Mücka 3 Neißeaue 0 Quitzdorf a. S.: 2 2 Rietschen 1 Schleife 1 Schöpstal 0 Sohland a. R. 1 Trebendorf 0 Uhyst 1 Vierkirchen 4 Waldhufen 4 Weißkeißel 3 Landkreis Löbau-Zittau Zum Zeitpunkt befanden sich im angefragten Bereich 76 Erdwärmeanlagen (private Einfamilienhäuser, 2 Unternehmen, 2 Bildungseinrichtungen), die zwischen 1999 und 2007 (mit Schwerpunkt 2006) errichtet wurden. Das Landratsamt Löbau-Zittau, Fachdienst Planung, Bau, Umwelt gibt die dort bekannte Leistung der Erdwärmepumpen mit 153,4 KW an, wobei die Leistungen der Einzelanlagen zwischen 7,2 bis 57 KW schwanken.

5 Abschätzung der Potenziale für die Wärmeversorgung auf Basis oberflächennaher Geothermie Das Potenzial einer Energiequelle kann grundsätzlich unterschieden werden in : das theoretische Potenzial das technische Potenzial (angebotsseitig und nachfrageseitig) das wirtschaftliche Potenzial das erschließbare Potenzial Theoretisches Potenzial Das theoretische Potenzial bezieht sich auf die theoretisch vorstellbare Obergrenze einer Energiequelle aufgrund des physikalischen Angebotes. Geothermische Energiequellen stehen ganzjährig und ab einer Tiefe von ca. 20 m unter GOK wetter- und klimaunabhängig zur Verfügung. In menschlichen Zeiträumen und unter Berücksichtigung des spezifischen Auskühlungsverhaltens des Bodens, gelten somit geothermische Systeme als unendliche Energiequelle Technisches Potenzial Das technische Potenzial beschreibt denjenigen Anteil des theoretischen Potenzials, das mit Bezug auf ökologische, strukturelle und andere technische und nicht-technische Restriktionen nutzbar ist. Obwohl die Erdwärme ubiquitär zur Verfügung steht, sind die Nutzungsmöglichkeiten von verschiedenen Faktoren abhängig, auf die im Folgenden eingegangen wird. Hydrogeologische und geologische Faktoren Für die Nutzung der oberflächennahen Geothermie stellen der geologische Aufbau sowie die Grundwasserverhältnisse beeinflussende Faktoren dar. Die Beschaffenheit und Struktur des Untergrundes bestimmt ferner die generellen Möglichkeiten für eine Abteufung. Diese Faktoren müssen im Rahmen einer Standortbewertung wegen der wasserrechtlichen Genehmigungsfähigkeit und der spezifischen Auslegung der Anlage berücksichtigt werden. Genehmigungsseitig günstige hydrogeologische Gebiete lassen sich wie folgt charakterisieren 3 : mäßige bis geringe Wasserdurchlässigkeit (kf = 10-4 m/s bis 10-7 m/s) gemäß DIN geeignete Hydrostratigraphie Beschränkung der Nutzung auf den oberen freien Grundwasserleiter Als hydrogeologisch ungünstige Gebiete sind jene zu betrachten, bei denen grundwasserschützende Deckschichten durchteuft werden, (artesisch-) gespannte Grundwasserleiter angebohrt werden, und/oder 2 2 KALTSCHMITT, STREICHER, WIESE (2006) 3 LfUG (2007:19)

6 Kluft-, Karst- und Porengrundwasserleiter vorliegen. Bei technischen Systemen wie der erdgekoppelten Wärmepumpe ist ein möglichst hohes Wärmetransportvermögen des Erdreiches erwünscht. Das Wärmetransportvermögen kann für die Konduktion (Wärmeleitung) durch die substratspezische Wärmeleitfähigkeit λ (in W/(m*K)) und für den instationären Fall durch die Temperaturleitfähigkeit α (m²/s) abgebildet werden. Für die Konvektion (Wärmeübertragung durch Teilchen) kann die hydraulische Leitfähigkeit bzw. der Durchlässigkeitsbeiwert k des Gesteins (m/s) genutzt werden. Die Werte für die Wärmeleitfähigkeit schwanken je nach Substrattyp zwischen 0,4 und 6,0 W/(m*K). In den Anlagen zum vorliegenden Kapitel 5.2) sind Beispiele für Wärmeleitfähigkeiten nach VDI 4640 angegeben. Für die Auslegung, insbesondere für die Ermittlung der Bohrtiefe bei vertikalen Wärmeentzugsanlagen (Erdsonden), sind spezifische Entzugsleistungen zu berücksichtigen, die sich aus den vorher beschriebenen boden- und gesteinsspezifischen Parametern ergeben. Für einfache Fälle (Heizlastung < 30 kw) und entsprechend der spezifischen Entzugsleistung (bei Jahresauslastung von h oder h) schwanken die Richtwerte zwischen 20 und 100 W/m. Diese Richtwerte können aufgrund besonderer Charakteristika (Klüftung, Schieferung, Verwitterungseffekte, etc.) z. T. erheblich von der lokalen Situation abweichen. Beispiele für spezifische Entzugsleistungen nach VDI 4640 für Erdsonden und Erdkollektoren sind in den Anlagen dargestellt. Technologische Faktoren Entsprechend der hydrogeologischen Faktoren werden die Wärmeentzugsanlagen und die notwendige Tiefe der Bohrung ausgelegt. Hierbei spielen Kennzahlen der Wärmequellenanlage (spezifische Wärmeentzugsleistung), die Qualität der Verteiler und Zuleitung (insbesondere deren Eignung für Verwendung von Sole als Wärmeträgermedium) und die Kennzahlen der Wärmepumpe (s. o.) eine grundlegende Rolle. Der Einfluss des Rohrsondenmaterials wird im Vergleich mit den Charakteristika des geologischen Untergrundes als gering eingeschätzt. Studien zum Einfluss unterschiedlicher Sondenmaterialien bzw. konfigurationen wurden seit 1999 am Institut für Ökologie und Umweltschutz an der Hochschule Zittau/Görlitz (FH) in Kooperation mit der Firma Gerodur MPM (Neustadt i. Sachsen) unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. Dr. B. Delakowitz durchgeführt. Rechtliche Anforderungen Für die Nutzung von Erdwärmeanlagen sind im Freistaat Sachsen folgende rechtliche Grundlagen zu beachten: Wasserhaushaltsgesetz (WHG) Sächsisches Wassergesetz (SächsWG) Bundesberggesetz (BBergG) Lägerstättengesetz (LgstG) Wasserrechtliche Anzeigepflicht und wasserrechtliches Erlaubnisverfahren

7 Da die Nutzung geothermischer Energie und die dafür notwendigen Erdaufschlüsse und Bohrungen einen Benutzungstatbestand nach 3 Abs. 1 und Abs. 2 WHG darstellen, bedürfen sie einer behördlichen Erlaubnis bzw. Bewilligung. Dies gilt unabhängig von den bergrechtlichen Vorschriften. Die zuständige Wasserbehörde ist verpflichtet zu prüfen, ob eine erlaubnispflichtige Benutzung vorliegt und diese ggf. bewilligt werden kann und ob besondere Anforderungen zum Schutz des Grundwassers gestellt werden müssen. Im Falle konkurrierender Nutzungsinteressen ist nach 43 Abs. 2 SächsWG dem Schutz des Grundwassers und der Sicherstellung der Trinkwasserversorgung Vorrang einzuräumen. Bergbaurechtliche Bestimmungen Erdwärme gilt in Deutschland als bergfreier Bodenschatz, so dass sich das Eigentum eines Grundstückes prinzipiell nicht auf die Erdwärme bezieht. Zur Nutzung oberflächennaher geothermischer Energie sind außerdem zumeist Bohrungen notwendig (Ausnahme: Erdreichkollektoren). Daher sind Maßnahmen zur Aufsuchung des Bodenschatzes nach 7 BBergG sowie zur Gewinnung entsprechend 8 BBergG anzeige- und ggf. bewilligungspflichtig, insofern sie entweder benachbarte Grundstücke beeinflussen können oder aber die Bohrungen tiefer als 100 m in den Boden eindringen ( 127 Abs. 1 BBergG). Dies ist eine Ursache dafür, dass zumindest in Deutschland Bohrungen tiefer als 100 m zur Nutzung der oberflächennahen Erdwärme eher selten durchgeführt werden. Bei grundstücksübergreifenden Anlagen wird nach der Bohranzeige durch die zuständige Bergbaubehörde (Sachsen: Sächsisches Oberbergamt) ein bergbaurechtliches Genehmigungsverfahren eingeleitet, welches unter Umständen die oben genannten wasserrechtlichen Verfahren beinhalten kann. Unberührt von den Vorschriften des BBergG sind alle Bohrungen unabhängig von der Tiefe nach 4 Abs. 1 des LgstG anzeigepflichtig. Die Anzeige hat mindestens zwei Wochen vor der Bohrung durch den Bohrunternehmer bei der zuständigen geologischen Anstalt (Sachsen: Landesamt für Umwelt und Geologie, LfUG) zu erfolgen. Spätestens sechs Monate nach Niederbringen der Bohrung sind der zuständigen Anstalt die Bohrergebnisse (z. B. Schichtenverzeichnisse) mitzuteilen. Darüber hinaus muss das Bohrgut und weiteres Beobachtungsmaterial durch das beteiligte Bohrunternehmen aufbewahrt werden. Weitere limitierende Faktoren Neben den genannten Faktoren wird das technische Potenzial oberflächennaher Geothermie durch weitere Aspekte beeinflusst. Es kann davon ausgegangen werden, dass nur Flächen genutzt werden können, die sich in unmittelbarer Nähe zur Wärmenutzungsanlage befinden (d. h. Gebäudeflächen und zugehörige Freiflächen), da ansonsten mit vergleichsweise hohen Verlusten beim Wärmetransport zu rechnen ist. In Gebieten mit hoher Bebauungsdichte ist die oberflächennahe Geothermie nur dann nutzbar, wenn die Fläche befahrbar ist und keine anderweitigen Hindernisse (z. B. Bepflanzung etc.) oder Nutzungskonkurrenzen auftreten. Ferner schränken unterirdische Infrastrukturen, wie Versorgungsnetze für Zu- und Abwasser, Gas, Strom und Kommunikation sowie andere Kabeltrassen, die nutzbare Fläche weiter ein. Ein weiterer wichtiger nachfrageseitiger limitierender Faktor sind die tatsächlich lokal anzutreffenden Wärmebedarfe und der Anteil der Fernwärmeversorgung. Im

8 Untersuchungsgebiet ist in den vier Städten Zittau, Löbau, Görlitz und Niesky eine Fernwärmeversorgung vorhanden. Im gesamten Untersuchungsgebiet kann von einem Anteil der Fernwärmeversorgung von 1 bis 2 % ausgegangen werden Wirtschaftliches Potenzial Welcher Anteil des technischen Potenzials auch wirtschaftlich genutzt werden kann, ergibt sich durch die gegebenen energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen und mit Bezug auf die Kostenstruktur konkurrierender Systeme. Die in den letzten Jahren erheblich ansteigenden Preise für fossile Energieträger und die auch damit verbundenen Preisentwicklungen bei der Versorgung mit Endenergie, lassen die Nutzung der Erdwärme als immer attraktiver erscheinen, wofür auch die stetig ansteigende Zahl der installierten Anlagen spricht. Die Investitionskosten in die Wärmequellenanlage, insbesondere die Bohrkosten, die Anschaffung einer geeigneten Wärmepumpe 4 und die Betriebskosten (Anschlussgebühren und Kosten für Elektrizität für Pumpen, Regelungstechnik und Verdichter der Wärmepumpe, Instandhaltung, etc.) liegen derzeit noch deutlich über den Kosten konventioneller Systeme, wobei sich die Amortisationszeiträume aufgrund der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen künftig weiter verkürzen werden. Auf eine quantifizierte Darstellung der Kostenstrukturen zur Nutzung der Erdwärme wird an dieser Stelle verzichtet. Die hierfür nötige Erhebung von allgemeinen Marktdaten und die Analyse von lokal z. T. stark variierenden Parametern und Erhebung lokal-spezifischer Daten sind aufgrund des damit verbundenen hohen Aufwandes nicht im Rahmen dieser Untersuchung durchführbar. Die Verbreitung von erdgekoppelten Wärmepumpensystemen wird durch vielfältige Förderprogramme unterstützt (z. B. durch verschiedene Instrumente und Programme der Kreditanstalt für Wiederaufbau, KfW 5 ) Erschließbares Potenzial Das erschließbare Potenzial bezeichnet den zu erwartenden tatsächlichen Beitrag zur Wärmeversorgung durch Erdwärme. Neben den vorher genannten limitierenden Faktoren sind hier bspw. Herstellkapazitäten, Pfadabhängigkeiten (z. B. Funktionsfähigkeit noch nicht abgeschriebener Konkurrenzsysteme), sowie die Verfügbarkeit von Fachkräften, Qualitätssicherungsverfahren, verfügbare Information und Bewusstsein der Endnutzer von Einfluss. Nach Angaben der Firma Gerodur MPM GmbH ist derzeit eine sehr hohe Nachfrage nach Wärmequellenanlagen und Wärmepumpen zu verzeichnen, wobei die begrenzte Verfügbarkeit qualifizierter Bohrdienstleister eine Restriktion darstellt. Auf Grund der derzeitigen energiepolitischen Rahmenbedingungen und des ansteigenden Umweltbewusstseins bei Bürgern und Entscheidungsträgern kann davon ausgegangen werden, dass für die Anwendung der oberflächennahen Erdwärme noch erhebliche Potenziale erschlossen werden können. 4 Aktuelle Preise für Sole/Wasser Wärmepumpensysteme zur Nutzung der oberflächennahen Geothermie, z.t. mit Speicheranlagen liegen bei ca EUR. 5