Grundlagen der Erdwärmenutzung Kurs Erdwärmenutzung 2009, Departement Bau, Verkehr und Umwelt

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Chantal Schuster
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1 Erdwärmenutzung im Kanton Aargau Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Teil 1: Grundlagen der Erdwärmenutzung Textmasterformate durch Klicken bearbeiten Entwicklung Zweite Ebene Erdwärmenutzung (Aargau) Hintergründe Dritte Erdwärmeboom Ebene Standpunkt Vierte BFE (Bundesamt Ebene für Energie) Prinzip Wärmepumpe»Fünfte Ebene Anlagearten Kurs Kurs Erdwärmenutzung 2009, KsenijaJurinak, Abteilung für für Umwelt Seite 1 Quelle: Seite 2 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 1

Ebene Standpunkt Vierte BFE (Bundesamt Ebene für Energie) Prinzip Wärmepumpe»Fünfte Ebene Anlagearten Kurs Kurs

2 Entwicklung Erdwärmenutzung (Aargau) Bewilligungen EWS Jahresmittel Heizölpreis ( l) Seite 3 Heizölpreise Schweiz seit 2000 (Preisangabe in CHF/100 l für l) Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Quelle: Bundesamt für Statistik Seite 4 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 2

3000-6000 l) 160.00 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 0.

3 Hintergründe Erdwärmeboom Steigender Ölpreis (ca. 137 Dollar pro Barrel, Juli 2008) Förderbeiträge für Erdwärmenutzung Lange Lebensdauer (Amortisierung Investitionskosten) Erhöhter Stellenwert Umwelt (Klimaerwärmung, CO 2 -Reduktion) Anstehende Ölheizungssanierungen Besser gedämmte Gebäudehüllen (z. B. Minergie) Verbesserte Wärmepumpentechnik Bestehende Haustechnik nutzbar (Radiatoren, Fussbodenheizung) Raumgewinn (Abbruch Heizöltank) Seite 5 Standpunkt Bundesamt für Energie (BFE) Vorteile Geothermie Bandenergie, bedarfsgerecht abrufbar Emissionsfreie Energiequelle Erneuerbare, nachhaltige Energie Einsatz für Wärme- und Kältegewinnung Geringer Platzbedarf an der Erdoberfläche Wirtschaftliche Energieerzeugung Langfristige Energieperspektiven Produktion der Wärme am Ort des Bedarfs Seite 6 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 3

4 Prinzip Wärmepumpe Quelle: Seite 7 Entwicklung Erdwärmeeintrag (kw) Entnahmeleistung (kw) Seite 8 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 4

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 2000 2001 2002 2003 2004

5 Arten von Erdwärmenutzung Oberflächennahe Geothermie (ca C) Erdwärmesonden Erdwärmesondenfelder Grundwasserwärmenutzung Erdwärmekörbe, Erdregister Energiepfähle Mitteltiefe Geothermie: Tiefe Aquifere, Thermalwasser (ca C) Aquifer = grundwasserführende Schicht Tiefe Geothermie (ca C) Seite 9 Entwicklung von Erdwärmenutzung (4) Quelle: Grafik S. Cattin, CREGE Seite 10 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 5

Energiepfähle Mitteltiefe Geothermie: Tiefe Aquifere, Thermalwasser (ca.

6 Erdwärmesonde Quelle: Seite 11 Erdwärmesonde Heizen und Kühlen möglich Bei seriöser Planung langfristige Investition Bohrarbeiten 1-2 Tage inkl. Auf- und Abbau der Bohrmaschine Bohrtiefe m, je nach Wärmebedarf (für EFH meist eine Bohrung) Platzierung auf Grundstück Beachtung Grenzabstände Nähe Technikraum (Wärmeverlust minimieren) Verbindungsschacht zum Technikraum, Tiefe 1-1,5 m Verfüllung mit Bentonit-Zement-Suspension Anlage nach Einbau nicht mehr sichtbar In Grundwasserschutzzonen nicht erlaubt Seite 12 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 6

Auf- und Abbau der Bohrmaschine Bohrtiefe 100-300 m, je nach Wärmebedarf (für EFH meist eine Bohrung) Platzierung auf Grundstück Beachtung

7 Durchschnittliche Bohrtiefe seit Bohrtiefe (m) Seite 13 Duplex-Erdwärmesonde Ø25 / 32 / 40 / 50 mm PE 100 / PN 16 nahtlos 100 bis 300 m Tiefe Leistung ca. 50 W/m Lebensdauer > 100 Jahre Spülung Bohrloch mit Luftdruck / Klar-Wasser Hinterfüllung mit Zement-Bentonit-Injektion Abdichtung des Bodens Wärmeankopplung zum Erdreich Standardmischung: 100 kg Bentonit, 200 kg Zement, 900 l Wasser ergibt 1000 l Injektion Seite 14 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 7

50 W/m Lebensdauer > 100 Jahre Spülung Bohrloch mit Luftdruck / Klar-Wasser Hinterfüllung mit Zement-Bentonit-Injektion Abdichtung des

8 Verschiedene Entzugsleistungen Allgemeine Richtwerte Betriebsstunden Wärmepumpe (pro Jahr) Schlechter Untergrund (ungesättigte Zone) Lockergesteine (feucht) Festgesteins-Untergrund (Sedimentgesteine) Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit (kristallines Grundgebirge) Spezifische Entzugsleistung ca. (W/m) 1800 h h Quelle: Abriss der Ingenieurgeologie, Spektrum Seite 15 Entwicklung von Erdwärmenutzung (4) Quelle: Grafik S. Cattin, CREGE Seite 16 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 8

Grundgebirge) Spezifische Entzugsleistung ca.

9 Erdwärmesondenfelder Quelle: Seite 17 Erdwärmesondenfelder Grössere Gebäude Grösseres Erdspeichervolumen Zusammenschluss mehrerer Erdwärmesonden Eine oder mehrere Wärmepumpen In Grundwasserschutzzonen nicht erlaubt Beispiele: Hotel The Dolder Grand in Zürich Chestonag Automation AG in Seengen Seite 18 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 9

Zusammenschluss mehrerer Erdwärmesonden Eine oder mehrere Wärmepumpen In

10 Entwicklung von Erdwärmenutzung (4) Quelle: Grafik S. Cattin, CREGE Seite 19 Grundwasserwärmenutzung Quelle: Seite 20 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 10

11 Grundwasserwärmenutzung Höhere Leistungen als bei Erdwärmesonden Grosse Liegenschaften Nutzung begrenzt (Grösse und Mächtigkeit Grundwasserkörper) Einfluss über Grundstücksgrenzen Risiko für Trinkwasser Instandhaltung notwendig Kühlung bedingt möglich und kostenpflichtig In Grundwasserschutzzonen nicht erlaubt Seite 21 Anforderungen Grundwasserwärmenutzung Positionierung Entnahme- und Rückgabeanlage Umliegende Nutzungen Bohrlochausbau Versickerung Hoher Sand- oder Siltanteil im Wasser (Zwischenkreislauf) Zusammensetzung des Grundwassers Ergiebigkeit Wasser (Grundwasserspiegel) Seite 22 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 11

Seite 21 Anforderungen Grundwasserwärmenutzung Positionierung Entnahme- und Rückgabeanlage Umliegende Nutzungen Bohrlochausbau Versickerung Hoher Sand- oder

12 Erdwärmekörbe Quelle: Seite 23 Erdwärmekörbe In der Schweiz wenig bekannt (viel Platzbedarf) Basis der Erdwärmekörbe >2 m über höchstem Grundwasserspiegel Zylindrische Form oder Konische Formen Tiefe ca. 5 m In Grundwasserschutzzonen S1 und S2 nicht erlaubt Seite 24 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 12

der Erdwärmekörbe >2 m über höchstem Grundwasserspiegel Zylindrische Form oder

13 Energiepfähle (Geostrukturen) Quelle: Seite 25 Erdpfähle, Geostrukturen Heiz- und Kühlzwecke mit Fundationspfählen Unterschiedliche Energiepfahlsysteme Nur für Neubauten Herausforderungen Energiesystem als Ausgangsbasis für Bauplanung Berechnungen der Langzeitwirkung bei Wärme- und Kältenutzung Beispiel Terminal E, Flughafen Zürich Seite 26 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 13

Energiepfahlsysteme Nur für Neubauten Herausforderungen Energiesystem als Ausgangsbasis für

14 Entwicklung von Erdwärmenutzung (4) Quelle: Grafik S. Cattin, CREGE Seite 27 Mitteltiefe Geothermie, Hydrothermal-Anlagen Tiefe Aquifere nutzen, falls vorhanden (1-3 km) Bei >100 C kann Strom produziert werden Dublettenbohrung (Produktionsbohrung, Reinjektionsbohrung) Bei Thermalwasserversorgung für Heilbäder "Kaskadenprinzip" Beispiele: Thermalbad Bad Schinznach AG (Badebetrieb, Beheizung Bad, Beheizung Treibhäuser) Riehen (BS): 64 C warmes Wasser aus 1500 m Tiefe, Einspeisung in Wärmeverbund Seite 28 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 14

Strom produziert werden Dublettenbohrung (Produktionsbohrung, Reinjektionsbohrung) Bei Thermalwasserversorgung für Heilbäder

15 Entwicklung von Erdwärmenutzung (4) Quelle: Grafik S. Cattin, CREGE Seite 29 Tiefe Geothermie 4-6 km Tiefe im kristallinen Grundgebirge (bis 200 C) Stromproduktion und gleichzeitige Wärmeerzeugung Prinzip Durchlauferhitzer 2 Bohrungen (Produktionsbohrung, Injektionsbohrung) Strom und Wärme als Bandenergie Beispiele: Deep Heat Mining, Basel ( Projektstillstand ) EU-Projekt in Soultz-sous-Forêts, Elsass (Frankreich) Seite 30 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 15

gleichzeitige Wärmeerzeugung Prinzip Durchlauferhitzer 2 Bohrungen (Produktionsbohrung, Injektionsbohrung) Strom und

16 Prinzip Basel: Deep Heat Mining Foto: Quelle: Grafik M. Häring, Geothermal Explorers Ltd. Seite 31 Zusammenfassung Erdwärmenutzungsarten Quelle: Bericht Geothermische Energie im Kanton Zürich vom AWEL Seite 32 Ksenija Jurinak, Abteilung für Umwelt 16

Seite 31 Zusammenfassung Erdwärmenutzungsarten Quelle: Bericht

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