Potenziale zur Nutzung Oberflächennaher Geothermie mit Erdwärmesonden in der Region Donau-Iller

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1 Potenziale zur Nutzung Oberflächennaher Geothermie mit Erdwärmesonden in der Region Donau-Iller

2 In Zusammenarbeit mit Mit freundlicher Unterstützung der European Institute for Energy Research Emmy-Noether-Str. 11 D Karlsruhe Energie Baden-Württemberg AG Durlacher Allee Karlsruhe Der Bericht einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung ist ohne Zustimmung des Herausgebers unzulässig. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

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4 INHALTSVERZEICHNIS 1. Erdwärme hat Potenzial 2 2. Energie aus der Tiefe 3 3. Aktuelle Situation in der Region Donau-Iller 5 4. Die Geologie der Region Donau-Iller 7 5. Geothermische Potenzialkarten für die Region Donau-Iller 8 6. Risiken und Einschränkungen Bau und Betrieb von Erdwärmesonden Ansprechpartner Fördermöglichkeiten und gesetzliche Grundlagen Fachbegriffe Abkürzungen Quellenverzeichnis 21 1

5 1. Erdwärme hat Potenzial Der geplante Ausstieg aus der Nutzung der Kernenergie, die begrenzte Verfügbarkeit fossiler Energieträger wie Erdöl, Erdgas und Kohle, die Abhängigkeit von Energieimporten und nicht zuletzt die globale Erwärmung machen die Förderung und Entwicklung regenerativer Energiequellen zu einer der bedeutendsten Zukunftsaufgaben. Wenn auch der Anteil der Erdwärme an der Energiegewinnung derzeit im Vergleich zu anderen Erneuerbaren Energien noch relativ gering ist, bildet sie doch einen wichtigen Baustein der zukunftsorientierten, dezentralen Wärmebereitstellung. Auch zur Stromgewinnung kann sie langfristig in geeigneten Gebieten einen Beitrag leisten. Erdwärme steht im Gegensatz zu fossilen Energieträgern nach menschlichen Maßstäben nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Sie ist ganzjährig und bedarfsgerecht einsetzbar, unabhängig von Sonneneinstrahlung oder Wind. Erdwärmenutzung kann Auswirkungen auf das Grundwasser haben. Der Grundwasserschutz sollte deshalb bei allen Geothermievorhaben an erster Stelle stehen. Foto: Agentur für Erneuerbare Energien, Berlin Die vorliegende Broschüre zum Potenzial der Oberflächennahen Geothermie in der Region Donau-Iller soll vor allem eine Orientierungshilfe für die Kommunen bei der Wohn- und Gewerbeflächenausweisung sein, aber auch die Öffentlichkeit über die Möglichkeiten der Nutzung von Erdwärmesonden in der Region informieren. Anhand von Wärme- und Kälteentzugsarbeit werden die Standortpotenziale für Erdwärmesonden in der Region Donau-Iller unter Berücksichtigung der Belange des Grundwasserschutzes und weiterer Einschränkungen aufgezeigt. Abschließend wird über rechtliche Grundlagen, Fördermöglichkeiten und Ansprechpartner in der Region informiert. 2

6 2. Energie aus der Tiefe Tiefe Geothermie Die Nutzung Tiefer Geothermie erfolgt i. d. R. ab einer Tiefe von ca. 400 m zur indirekten Stromerzeugung, direkten Wärmeversorgung oder auch schon seit langem in Thermalbädern. Unterschieden werden Hydrothermale Energiegewinnung, d.h. die Nutzung von Thermalwasser, und die Petrothermale Energiegewinnung, die ihren Schwerpunkt in der Nutzung heißer, trockener Gesteine hat. Eine wirtschaftliche Nutzung setzt günstige geologische Verhältnisse mit ausreichend hohen Temperaturen voraus. Die Grenze der derzeit wirtschaftlich bzw. technisch nutzbaren Tiefen Geothermie liegt bei rund m Tiefe StMUG; 2011). Oberflächennahe Geothermie Oberflächennahe Erdwärme ist für zahlreiche Einsatzbereiche eine sinnvolle Alternative zu fossilen Brennstoffen. Einfamilienhäuser können damit genauso beheizt werden wie ganze Wohnsiedlungen, Büro- und Verwaltungsgebäude, kommunale Einrichtungen oder Werkhallen. Zunehmend findet sie zudem im Bereich der Klimatisierung und Energiespeicherung Anwendung. Auch im Verkehrssektor wird Erdwärme mittlerweile gegen Vereisung von Fahrbahnen, Brücken und Bahnsteigen eingesetzt. Geothermische Energie ist zu einem Drittel die Restwärme aus Zeiten der Erdentstehung. Zwei Drittel der Energie werden durch radioaktive Zerfallsprozesse im oberen Erdmantel erzeugt. Ganz oberflächennah tragen auch Anteile aus der Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche und dem Wärmekontakt mit der Luft zum Erdwärmepotential bei. Abbildung: Agentur für Erneuerbare Energien, Berlin 3

7 Erdwärmesonden gehören zu den häufigsten Anwendungen Oberflächennaher Geothermie. Sie werden in bis zu 400 m tiefen Vertikalbohrungen installiert. Die durchschnittliche Bohrtiefe beträgt i. d. R. jedoch nur rd. 100 m. In die Bohrung werden Kunststoffrohre Sonden) eingeführt und mit einem geeigneten Material verpresst. Die Sonden sind mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt. Dabei handelt es sich meist um ein Wasser-Frostschutzmittel- Gemisch, zum Teil werden auch Gase eingesetzt. In den Wasserschutzgebieten Baden- Württembergs darf nur reines Wasser als Wärmeträger verwendet werden, um Verunreinigungen des Grundwassers vorsorglich zu vermeiden. Die Sonden transportieren die Wärme -5 C bis 10 C) aus der Tiefe nach oben und geben sie an eine Wärmepumpe ab. Dort wird die Temperatur soweit erhöht, dass damit eine Heizung betrieben sowie ggf. Warmwasser erzeugt werden kann 35 C bis 55 C). Rund ein Drittel bis ein Viertel der erzeugten Heizenergie wird von der elektrisch betriebenen Wärmepumpe zugeführt. Auch andere geothermische Systeme bieten verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Besonders in Gebieten mit günstigen hydrogeologischen Eigenschaften und geringem Grundwasserflurabstand sind Grundwasserwärmepumpen eine effiziente Alternative zu Erdwärmesonden. Sie entnehmen über einen Förderbrunnen das Grundwasser aus dem obersten Grundwasserstockwerk. Anschließend wird dem Grundwasser über eine Wärmepumpe direkt die Wärme entzogen und dann das um ca. 3 bis 5 C abgekühlte Wasser über eine zweite Bohrung wieder abstromig in denselben Grundwasserleiter zurückgeführt. Wichtig ist dabei, einen ausreichenden Abstand der Brunnen zu beachten, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Die Wirtschaftlichkeitsgrenze von Grundwasserwärmepumpenanlagen liegt bei einer Brunnentiefe von rd. 20 bis 50 Metern. Bei ungünstiger chemischer Beschaffenheit des Grundwassers müssen Entnahme und Wiedereinleitung in einem geschlossenen System erfolgen und die Anlage muss mit einem Zwischenkreislauf betrieben werden. Damit wird die chemische Veränderung des Grundwassers z.b. durch den Kontakt mit Luft verhindert. Bei der Anlage von Grundwasserwärmepumpen sind außerdem mögliche grundwasserstromabwärts gelegene Unterlieger zu beachten, um evtl. dort bereits bestehende Anlagen nicht in ihrer Funktionsfähigkeit zu beeinträchtigen. Erdwärmekollektoren sind in Bezug auf den Grundwasserschutz weniger problematisch als Erdwärmesonden oder Grundwasserwärmepumpen. Sie bestehen aus Kunststoffrohren, die großflächig waagerecht in einer Tiefe von 1 bis 2 Metern verlegt werden und dem Untergrund Wärme entziehen. Sie wird ebenfalls einer Wärmepumpe zugeführt. Die Verlegefläche sollte allerdings 1,5 bis 2-mal größer sein als die zu beheizende Wohnfläche. Für Energiepfähle werden während der Bauphase bei Pfahlgründungen Wärmetauscherrohre integriert. Mit diesem relativ geringen Mehraufwand kann später eine kostengünstige Erdwärmenutzung erfolgen. 4

8 3. Aktuelle Situation in der Region Donau-Iller Oberflächennahe Geothermie Von den warmen Quellen bei Munderkingen im Alb-Donau-Kreis über die Thermalbäder in Biberach, Blaustein, Bad Buchau oder Bad Wörishofen bis hin zu den zahlreichen bisher errichteten Erdwärmesondenanlagen reichen die Beispiele für Erdwärmenutzung in der Region Donau-Iller. Anfang 2009 gab es in der Region mehr als 1800 Erdwärmesondenanlagen Erhebung des RVDI; 2009). Die folgende Abbildung zeigt ihre räumliche Verteilung. Erdwärmesonden in der Region Donau-Iller - Stand 2009 Laichingen ) Günzburg ) Leipheim ) ULM Blaubeuren ) ) NEU-ULM ) ) Ehingen Krumbach ) ) ) Illertissen Laupheim ) Riedlingen ) Biberach Mindelheim ) Bad ) MEMMINGEN Wörishofen ) Standorte von Erdwärmesonden Erdwärmesonde ) Oberzentrum ) Mittelzentrum Regionsgrenze Landkreisgrenze Digitales Geländemodell: SRTM Fachdaten: Erhebungen RVDI 2009/ 2010 Maßstab: Kilometer 5

9 Neben zahlreichen kleineren Erdwärmesondenanlagen, die vor allem zum Heizen von Einfamilienhäusern eingesetzt werden, gibt es in der Region auch einige Beispiele für größere Anlagen, welche die Erdwärme nutzen. So wurden beispielsweise beim Neubau des EnBW- Verwaltungsgebäudes in Biberach über 30 Erdwärmesonden eingebaut, die etwa 60 % des Jahresheizbedarfs und rd. 90 % des jährlichen Kühlbedarfs des gesamten Gebäudes decken Wochenblatt Biberach; 2007). Tiefe Geothermie Für den bayerischen Teil der Region Donau-Iller wird im Energieatlas Bayern der Bereich südlich der A 96 als Gebiet mit günstigen geologischen Verhältnissen für eine hydrothermale Wärmegewinnung eingestuft. Der Bereich nördlich der A 96 bis etwa in Höhe der Stadt Krumbach wird als Gebiet mit weniger günstigen Verhältnissen für die hydrothermale Wärmegewinnung bewertet. In der Regel ist sie hier aber mit Hilfe von Wärmepumpen trotzdem möglich. Eine Eignung zur hydrothermalen Stromgewinnung ist im Energieatlas Bayern für den bayerischen Teil der Region nicht ausgewiesen StMUG, 2011). Für den baden-württembergischen Teil der Region werden nach einer Untersuchung des Landesamtes für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Freiburg LGRB) für den Regionalverband Bodensee-Oberschwaben von bei der auch der südliche baden-württembergische Teil der Region Donau-Iller erfasst wurde - die für die Stromproduktion entscheidenden Grundwassertemperaturen nicht erreicht. Die Untersuchung erstreckt sich von der südlichen Grenze der Region Donau-Iller bis etwa in Höhe der Stadt Erbach. Seitens der Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm SWU) bestehen Überlegungen, mit Hilfe mehrerer etwa m tiefer Bohrungen Thermalwasser zur Stromgewinnung und Wärmeerzeugung zu nutzen. Ein von der SWU beim LGRB in Auftrag gegebenes Vorgutachten bestätigt, dass die geothermische Energiegewinnung aus technischer Sicht theoretisch realisierbar wäre Südwestpresse; 2011). Die folgenden Ausführungen beziehen sich ausschließlich auf die Oberflächennahe Geothermie, die in der Studie des Europäischen Institutes für Energieforschung EIFER) im Detail untersucht wurde. 6

10 4. Die Geologie der Region Donau-Iller Die Effizienz der Nutzbarkeit von Erdwärme hängt von den thermischen Eigenschaften des Untergrundes ab. Diese werden wesentlich von der Gesteinsabfolge, d.h. von der Geologie sowie der Anwesenheit des Grundwassers bestimmt. Die vielfältige Geologie der Region Donau-Iller wird durch zwei große Naturräume, die Schwäbische Alb im Nordwesten und die Donau-Iller-Lech-Platte im Süden und Südosten charakterisiert. Donau-Iller-Lech-Platte Tertiäre Sedimentgesteine Molasseschichten) Würmzeitliche Schotter Niederterrasse) Würmzeitliche Moränensedimente Rißzeitliche Schotter Hochterrasse) Rißzeitliche Moränensedimente Moränensedimente des älteren Pleistozäns Deckenschotter des älteren Pleistozäns Junge Talfüllung Moor und Torf Laichingen Leipheim Ehingen Blaubeuren Schwäbische Alb Donau Riß Blau Erbach Laupheim Ulm Neu-Ulm Iller Illertissen Günzburg Günz Mindel Krumbach Zusam Schwäbische Alb Riedlingen Oberjura Weißer Jura) und Jura ungegliedert Löss und Lehm Kilometer Grundlage: Geologische Karte von Baden-Württemberg1: , 2002 Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Baden-Württemberg Donau-Iller-Lech-Platte Biberach Voralpines Hügel- und Moorland Rot Memmingen Mindelheim Wertach Bad Wörishofen Im Bereich der Schwäbischen Alb wird die Region von den Kalksteinschichten der Jura-Zeit vor ca. 150 bis 200 Millionen Jahren geprägt. Die Donau-Iller-Lechplatte ist geographisch gesehen Teil des Molassebeckens, das im letzten Stadium der Entwicklung der Alpen in der Kreidezeit durch starke Absenkungen am Alpenrand entstand. Durch stetige Absenkungs- und Ablagerungsvorgänge bildete sich eine schwach geneigte Aufschüttungsebene, auf der sich abwechselnd Süßwasser- und Meeresmolasse ablagerten. Charakteristisch für das Molassebecken ist die ungleichmäßige Verteilung und Mächtigkeit der unterschiedlichen Molasseschichten, die heute im Untergrund als Sandsteine, Kalke und Mergel bis in 5 km Tiefe reichen. In den Kaltzeiten wurde dieses Gebiet durch die alpinen Gletscher überformt. Über die Molasseschichten lagerten sich eiszeitliche Sedimente und Schotter ab und die Landschaft erhielt ihren heutigen Formenschatz aus Grund- und Endmoränen, Seen und Mooren. 7

11 5. Geothermische Potenzialkarten für die Region Donau-Iller Um für die komplexe Geologie der Region Donau-Iller das Potenzial zur Nutzung von Erdwärme zu bewerten, wurden in einem Gutachten des Europäischen Institutes für Energieforschung EIFER) aus Karlsruhe, auf Basis eines berechneten dreidimensionalen geologischen Untergrundmodells die Wärmeleitfähigkeit, die Wärmeentzugsleistung und die Kälteentzugsleistung flächendeckend ermittelt. Diese bildeten die Grundlage für die Erstellung von Potenzialkarten zur Entzugsarbeit, die jeweils für die Tiefenintervalle 0 bis 100 m, 0 bis 150 m und 0 bis 200 m vorliegen. Datengrundlagen für das geologische 3-D-Modell waren ein digitales Höhenmodell des Untersuchungsgebietes, geologische Karten der Region, Schichtlagerungs- und Schichtmächtigkeitskarten sowie Bohrdaten des Landesamtes für Geologie, Rohstoffe und Bergbau LGRB) Baden- Württemberg und des Landesamtes für Umwelt LfU) Bayern. Nach Aufbereitung der Daten wurde mit Hilfe einer GIS-Software das geologische 3D- Modell durch Interpolation erstellt. Für jede der interpolierten geologischen Schichten des Modells wurden dann der Gesteinsart entsprechend Wärmeleitfähigkeitswerte zugewiesen, die auf der VDI-Richtlinie Blatt 4640 bzw. anderen Veröffentlichungen basieren. Für jedes Tiefenintervall ermittelte EIFER anschließend unter Berücksichtigung der Mächtigkeiten die durchschnittliche Wärmeleitfähigkeit, die in einem 100-Meter-Raster dargestellt wird. Über Wärme- und Kälteentzugsleistung als Zwischenschritt wurde dann die Entzugsarbeit abgeleitet, d.h. die Kilowattstunden, die pro Meter und Jahr dem Boden bei langfristigem Betrieb entzogen werden können. Basis zur Ermittlung der Entzugsarbeit ist eine Standarderdwärmesonde mit einem Wasser-Glykol-Gemisch als Trägerflüssigkeit gemäß VDI Innerhalb der Wasserschutzgebiete der Zone III in Baden-Württemberg sind diese Sonden jedoch nicht zugelassen. Hier darf nur Wasser als Wärmeträger eingesetzt werden. Aus diesem Grund ist die Entzugsarbeit in diesen Bereichen um ca. 40 % verringert, was in den Karten berücksichtigt wurde. Die Geologie in der Region Donau-Iller ist sehr komplex und die Datengrundlagen für beide Bundesländer sind nicht immer einheitlich. Bei der Erstellung des geologischen Modells ergeben sich deshalb einige mögliche Fehlerquellen. So ist eine exakte Zusammenfassung nach homogenen Einheiten aufgrund der starken Variationen in der Gesteinsabfolge nicht möglich. Dementsprechend sind auch die Werte für die Spezifische Entzugsleistung und die Wärmeleitfähigkeit den einzelnen Schichten nicht immer exakt zuweisbar. Es wurde deshalb mit gemittelten Werten gearbeitet. Die Werte für die Wärmeleitfähigkeit und die Entzugsleistung des Gesteins können örtlich je nach Verwitterungsgrad, Klüftung, Grundwasserführung u. ä. stark variieren. Das konnte im Arbeitsmaßstab nicht mit berücksichtigt werden. Weitere Ungenauigkeiten könnten sich aus den Datengrundlagen 8

12 ergeben, die in ihrer räumlichen Dichte, Genauigkeit und Auflösung sehr unterschiedlich sind. So war es aufgrund begrenzter Datengrundlagen schwer z. B. die Süßbrackwassermolasse in der Graupensandrinne entlang der Donau abzugrenzen. Die Potenzialkarten berücksichtigen aufgrund ihrer Kleinmaßstäbigkeit nicht die mittlere Jahrestemperatur der Erdoberfläche. Bei der Planung und Auslegung von Erdwärmesonden sollte diese mit einbezogen werden. Eine höhere mittlere Jahrestemperatur an der Erdoberfläche kann zu einer Verkürzung der Sondenlänge führen. Dies ist jedoch vom konkreten Standort abhängig und im Potenzial zur Entzugsarbeit deshalb nicht berücksichtigt worden. Die Potenzialkarten sind bereichsscharfe Themenkarten zur Erdwärmenutzung mit Erdwärmesonden, die keine detaillierte standortspezifische Aussage erlauben. Die Potenziale zur Nutzung von Erdwärme mittels Grundwasserwärmepumpen wurden nicht untersucht. In einigen Bereichen der Region, insbesondere bei geringeren Grundwasserflurabständen, sind Grundwasserwärmepumpen dem Einbringen von Erdwärmesonden vorzuziehen. Die Potenzialkarten orientieren sich an der VDI-Richtlinie Blatt 4640, gehen von Mittelwerten aus und berücksichtigen zwar die Grundwassersättigung, jedoch keine Grundwasserströmungen. Es wird deshalb dringend empfohlen, zur Planung einer Erdwärmesonde einen Fachplaner hinzuzuziehen. Die Anlage von Erdwärmesonden in der Region Donau-Iller setzt eine Genehmigung voraus. Ansprechpartner sind im Anhang aufgeführt. Die folgenden Karten zur Wärme- und Kälteentzugsarbeit zeigen einen Überblick über die räumliche Verteilung und Größe der zu erwartenden Potenziale für die ganze Region im Tiefenintervall bis 100 m und einer Betriebsstundenzahl von h pro Jahr. Die gewählte Betriebsstundenzahl bezieht sich auf die Erzeugung von Wärme für Heizung und Warmwasser. Die spezifische jährliche Wärmeentzugsarbeit wird in der Einheit kwh/m*a) angegeben und sollte optimalerweise zwischen 100 und 150 kwh/m*a) liegen. Von diesen Werten kann abgewichen werden, wenn in die Sonden im Sommer die Wärme eingeleitet wird, die man den Gebäuden zur Kühlung entzieht. Die folgende Tabelle ordnet die Potenziale den entsprechenden Wärme- bzw. Kälteentzugsarbeitswerten in Anlehnung an die VDI-Richtlinie Blatt 4640 zu EIFER Karlsruhe; 2010): Potenzial Wärmeentzugsarbeit in kwh/m*a Kälteentzugsarbeit in kwh/m*a Gering < 75 < 30 Mittel Hoch Sehr hoch > 150 > 60 9

13 Potenziale zur Nutzung Oberflächennaher Geothermie mit Erdwärmesonden in der Region Donau-Iller Potenzial - Wärmentzugsarbeit für das Tiefenintervall m und Betriebsstunden Sehr hoch Gering Laichingen Leipheim Blaubeuren Günzburg Ulm Neu-Ulm Erbach Ehingen Laupheim Illertissen Krumbach Riedlingen Biberach Mindelheim Bad Wörishofen Wasserschutzgebiete Zone I - keine Erdwärmesonden erlaubt Zone II - keine Erdwärmesonden erlaubt Zone III - i.d.r. keiner Erdwärmesonden erlaubt Maßstab km ± Memmingen Oberzentrum Mittelzentrum Regionsgrenze Landkreisgrenzen Gemeindegrenzen Geobasisdaten: Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Baden-Württemberg Bayerische Vermessungsverwaltung Potenziale: Europäisches Institut für Energieforschung Karlsruhe, 2010 WSG: LUBW; 2011, WWA Kempten 2011; WWA Donauwörth 2011 Hinweise: Die Karte stellt das Potenzial zur Erdwärmenutzung mit Erdwärmesonden in der Region dar. Die Karte ist eine bereichsscharfe Themenkarte, die keine standortspezifische Aussage erlaubt. Sie ist nach VDI-Richtlinie 4640 standardisiert, geht von Mittelwerten aus und berücksichtigt keine Grundwasserströmungen und Oberflächentemperaturen. Die Region Donau-Iller besitzt eine sehr komplexe Geologie und unterschiedliche Grundwasserverhältnisse. Es wird dringend empfohlen, zur Planung von Erdwärmesonden in der Region einen Fachplaner hinzuzuziehen. Die Karte ersetzt nicht die Genehmigung und den Fachplaner für die Anlage von Erdwärmesonden 10

14 Potenzial - Kälteentzugsarbeit für das Tiefenintervall m und Betriebsstunden Sehr hoch Gering Laichingen Blaubeuren Leipheim Günzburg Ulm Neu-Ulm Erbach Ehingen Laupheim Illertissen Krumbach Riedlingen Biberach Memmingen Mindelheim Bad Wörishofen Wasserschutzgebiete Zone I - keine Erdwärmesonden erlaubt Zone II - keine Erdwärmesonden erlaubt Zone III - i.d.r. keiner Erdwärmesonden erlaubt Datenquellen Oberzentrum Mittelzentrum Regionsgrenze Landkreisgrenzen Gemeindegrenzen Maßstab km ± Geobasisdaten: Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Baden-Württemberg Bayerische Vermessungsverwaltung Potenziale: Europäisches Institut für Energieforschung Karlsruhe, 2010 WSG: LUBW; 2011, WWA Kempten 2011; WWA Donauwörth 2011 Hinweise: Die Karte stellt das Potenzial zur Erdwärmenutzung mit Erdwärmesonden in der Region dar. Die Karte ist eine bereichsscharfe Themenkarte, die keine standortspezifische Aussage erlaubt. Sie ist nach VDI-Richtlinie 4640 standardisiert, geht von Mittelwerten aus und berücksichtigt keine Grundwasserströmungen und Oberflächentemperaturen. Die Region Donau-Iller besitzt eine sehr komplexe Geologie und unterschiedliche Grundwasserverhältnisse. Es wird dringend empfohlen, zur Planung von Erdwärmesonden in der Region einen Fachplaner hinzuzuziehen. Die Karte ersetzt nicht die Genehmigung und den Fachplaner für die Anlage von Erdwärmesonden 11

15 Die Potenzialkarte zur Wärmeentzugsarbeit zeigt, dass vor allem im Bereich südlich der Donau ein sehr hohes Potenzial zur Erdwärmenutzung zu erwarten ist. Im Bereich der Schwäbischen Alb und der übrigen Wasserschutzgebiete ergibt sich ein geringeres Potenzial für die Entzugsarbeit. Dies ist vor allem darin begründet, dass im Bereich der Wasserschutzgebietszone III in Baden-Württemberg nur Wasser als Wärmeträgerflüssigkeit eingesetzt werden darf. Dadurch reduziert sich die Wärmeentzugsleistung um rund 40 % und damit auch die dargestellte Entzugsarbeit. Diese baden-württembergische Regelung wurde auch auf die bayerischen Wasserschutzgebiete übertragen, um ein vergleichbares Bild für die Region zu erhalten. Das Nutzungspotenzial im übrigen Teil der Region bewegt sich zwischen hoch und mittel. Die Karte zur Kälteentzugsarbeit verdeutlicht das Potenzial der Nutzung von Erdwärmesonden zur Klimatisierung von Gebäuden im Sommer. Diese einfache und preiswerte Möglichkeit der Kühlung führt zudem zu einer verbesserten Regeneration des Untergrundes und kann damit ggf. sogar die eigentlich notwendige Bohrtiefe verringern. 12

16 6. Risiken und Einschränkungen Beim Bau und Betrieb von Erdwärmesonden können Beeinträchtigungen des Grundwassers wie Trübungen, mikrobiologische Verunreinigungen, Austritt der Wärmeträgerflüssigkeit ins Grundwasser oder Durchbohren von Trennschichten nicht ausgeschlossen werden. Deshalb dürfen in Baden-Württemberg und Bayern Erdwärmesonden nicht in Wasserschutzgebieten der Schutzzone I und II errichtet werden. In Bayern gilt dies auch für die Schutzzone III A. Unter bestimmten Bedingungen ist der Bau von Erdwärmesonden mit Ausnahmegenehmigung in Bayern in der Schutzzone III B möglich, in der Regel ist ihre Errichtung aber in der Wasserschutzgebietszone III verboten. Neben den ausgewiesenen Schutzgebieten spielen zahlreiche hydrogeologische Kriterien für die Zulässigkeit der Anlage von Erdwärmesonden eine Rolle. Fotos: RVDI So ist der Bau von Erdwärmesonden in Baden-Württemberg im engeren Zustrombereich sensibler Grundwasservorkommen auch außerhalb von Wasserschutzgebieten nur in Ausnahmefällen zulässig. Als hydrogeologisch bzw. geologisch ungünstig für die Erdwärmesondennutzung werden in Baden-Württemberg gespannte Grundwasserleiter, tiefere Grundwasserstockwerke, oberflächennahes Grundwasser, Kluft- und Karstgrundwasser, Bereiche leicht löslicher Gesteine z.b. Sulfate), Bereiche mit Gips- und Anhydritvorkommen sowie Organische Böden eingestuft. Diese Kriterien spiegeln sich unter anderem auch in den Bohrtiefenbeschränkungen des LGRB wieder. In Bayern ist das Durchbohren von stockwerkstrennenden Schichten bei mehreren Grundwasserstockwerken nicht zulässig. Es darf zudem nicht in artesisch gespannte Grundwasserleiter eingegriffen werden. Nur in Ausnahmefällen dürfen Erdwärmesonden in Gebieten mit bestehenden Grundwassernutzungen mit Trinkwasserqualität oder in Überschwemmungsgebieten eingebaut werden. Als hydrogeologisch ungünstig werden in Bayern auch gespannte oberflächennahe Grundwasserleiter, Kluft- und Karstgrundwasserleiter sowie Schotterkörper eingestuft. Genauere und ständig aktualisierte Informationen zu Einschränkungen und Bohrrisiken können im Internet dem Energieatlas Bayern und für Baden-Württemberg dem Informationssystem ISONG des LGRB sowie den Leitfäden der beiden Bundesländer entnommen werden siehe 13

17 weitere Informationen im Quellenverzeichnis). Bei der Planung einer Anlage müssen diese Informationen unbedingt berücksichtigt werden. In beiden Bundesländern sind zudem die unmittelbaren Standortverhältnisse z. B. auch im Hinblick auf Altlasten, Rutschungsgefährdung, Zonen starker tektonischer Auflockerung sowie Gasführung im Untergrund für jede einzelne Anlage zu prüfen. Diese Kriterien werden in den Potenzialkarten nicht berücksichtigt. Die folgende Ergebniskarte stellt das Potenzial der Erdwärmenutzung unter Berücksichtigung der aktuellen wasserwirtschaftlichen Einschränkungen durch Wasserschutzgebiete, die Bohrtiefenbeschränkungen des LGRB Freiburg bis 200 m Tiefe und die Einschränkungen aus dem Energieatlas Bayern dar. Abgebildet werden Bereiche, auf denen eine Erdwärmenutzung aufgrund von wasserwirtschaftlichen Ausweisungen definitiv nicht möglich ist. Dazu gehören in Bayern und Baden-Württemberg die Wasserschutzgebietszonen I und II. In Zone III der Wasserschutzgebiete ist die Anlage von Erdwärmesonden ebenfalls nicht erlaubt, im Einzelfall können jedoch Ausnahmegenehmigungen erteilt werden. Grundsätzlich wird davon ausgegangen, dass in beiden Bundesländern eine wasserrechtliche Erlaubnis notwendig ist und jede Erdwärmesonde von den Fachbehörden einzeln geprüft wird. Die Bohrtiefenbeschränkungen des LGRB für den baden-württembergischen Teil der Region werden für das Tiefenintervall von 0 bis 100 m auf der Ergebniskarte schraffiert gekennzeichnet, da das ermittelte Potenzial in diesen Bereichen i. d. R. nicht genutzt werden kann. Seit August 2011 darf bis auf weiteres in Baden-Württemberg entsprechend eines Erlasses des Ministeriums für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft die maximale Länge der Erdwärmesonden nicht mehr über den ersten Grundwasserleiter hinausreichen. Nach intensiven Verhandlungen über den notwendigen Versicherungsschutz und die Festlegung von Leitlinien zur Qualitätssicherung von Erdwärmesonden durch das Ministerium, wurde angekündigt, den Erlass zur Tiefenbegrenzung voraussichtlich wieder aufzuheben Landesportal BW, ). Im bayerischen Teil der Region erhalten die Flächen eine Schraffur, die im Energieatlas Bayern als voraussichtlich nicht möglich für die Erdwärmenutzung ausgewiesen sind. Aufgrund des neuen Bayerischen Wassergesetzes und verlagerter Zuständigkeiten im wasserrechtlichen Verfahren haben sich neue Anforderungen an die Bewertung und Darstellung der hydrogeologischen und geologischen Einheiten in Bayern ergeben, die eine Überarbeitung notwendig machen. Nach Auskunft des bayerischen Landesamtes für Umwelt wird diese Überarbeitung frühestens 2012 fertiggestellt und anschließend im Energieatlas Bayern veröffentlicht. 14

18 Ergebniskarte Laichingen Blaubeuren Leipheim Ulm Neu-Ulm Günzburg Erbach Ehingen Laupheim Illertissen Krumbach Riedlingen Biberach Memmingen Mindelheim Bad Wörishofen Entzugsarbeit für das Tiefenintervall m und Betriebsstunden geringes Potenzial mittleres Potenzial hohes Potenzial sehr hohes Potenzial Oberzentrum Mittelzentrum Regionsgrenze Landkreisgrenzen Gemeindegrenzen Einschränkungen für den Bau einer Erdwärmesondenanlage aufgrund von wasserwirtschaftlichen Einschränkungen keine Nutzung erlaubt WSG-Zone I und II) aufgrund wasserwirtschaftlichen Einschränkungen Nutzung nur im Ausnahmefall erlaubt WSG-Zone III) Einschränkungen in Bayern "Einzelfallprüfung durch die Fachbehörde" gemäß Energieatlas Bayern im gesamten bayerischen Regionsteil notwendig "voraussichtlich nicht möglich" gemäß Enegieatlas Bayern Datenquellen Einschränkungen in Baden-Württemberg Wasserrechtliche Erlaubnis ist im gesamten baden-württembergischen Regionsteil notwendig Bohrtiefenbeschränkungen in Baden- Württemberg im Tiefenintervall m Die Einschränkungen geben den Stand September 2011 wieder. In beiden Bundesländern erfolgen derzeit Überarbeitungen. Aktualisierungen können zukünftig im ISONG bzw. im Energieatlas Bayern nachverfolgt werden. Geobasisdaten: Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Baden-Württemberg Bayerische Vermessungsverwaltung Potenziale: Europäisches Institut für Energieforschung Karlsruhe, 2010 Bohrtiefenbeschränkungen: Regierungspräsidium Freiburg, Landesamt für Geologie und Rohstoffe, 2010 Einschränkungen Bayern: Energieatlas Bayern, Stand August 2011 und Auskunft LfU, 2011 Wasserschutzgebiete: LUBW; 2011, WWA Kempten 2011; WWA Donauwörth 2011 Maßstab km Hinweise: Die Karte stellt das Potenzial zur Erdwärmenutzung mit Erdwärmesonden in der Region dar. Die Karte ist eine bereichsscharfe Themenkarte, die keine standortspezifische Aussage erlaubt. Sie ist nach VDI-Richtlinie 4640 standardisiert, geht von Mittelwerten aus und berücksichtigt keine Grundwasserströmungen und Oberflächentemperaturen. Die Region Donau-Iller besitzt eine sehr komplexe Geologie und unterschiedliche Grundwasserverhältnisse. Es wird dringend empfohlen, zur Planung von Erdwärmesonden in der Region einen Fachplaner hinzuzuziehen. Die Karte ersetzt nicht die Genehmigung und den Fachplaner für die Anlage von Erdwärmesonden ± 15

19 7. Bau und Betrieb von Erdwärmesonden Dem Bau der Erdwärmesonde muss eine genaue Fachplanung vorausgehen, die den Wärmebedarf des Gebäudes ermittelt, daraus die notwendige Wärmeentzugsleistung des Untergrundes ableitet und so die richtige Sondenanzahl und -länge sowie die passende Wärmepumpe bestimmt. In der Regel muss der Einbau von Erdwärmesonden bei der zuständigen Kreisverwaltungsbehörde in Bayern oder der unteren Verwaltungsbehörde z.b. Landratsamt) bzw. bei Sonden über 100 m Länge auch beim Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau in Baden-Württemberg angezeigt werden. Die Art der Genehmigung hängt vor allem von der Tiefe der Erdwärmesonden ab und ist je nach Bundesland unterschiedlich. Einen Überblick gibt folgende Tabelle: Genehmigung von Erdwärmesonden Baden-Württemberg Bayern Zuständigkeit allgemein Untere Verwaltungsbehörden, Landratsämter Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau LGRB) Kreisverwaltungsbehörde bis 100 m und grundstücksbezogen Antrag auf wasserrechtliche Erlaubnis Bohranzeige nach Lagerstättengesetz Erlaubnispflicht nach BayWG; Bohranzeige über 100 m und grundstücksbezogen Antrag auf wasserrechtliche Erlaubnis, sofern keine Betriebsplanpflicht besteht Bohranzeige nach BbergG und Lagerstättengesetz bergrechtlicher Freigabebescheid oder Betriebsplanpflicht Erlaubnispflicht nach BayWG und Bohranzeige nach BBergG unter oder über 100 m und grundstücksübergreifend Antrag auf wasserrechtliche Erlaubnis Antrag auf bergrechtliche Genehmigung nach BbergG Erlaubnispflicht nach BayWG und Bohranzeige ggf. nach BbergG) In der Bohranzeige sind neben zahlreichen Informationen zur geplanten Anlage auch die zu erwartende Schichtfolge und die Grundwasserverhältnisse zu erläutern. In Bayern muss dort, wo die hydrogeologischen Verhältnisse nicht ausreichend bekannt sind, vorab eine Aufschlussbohrung durchgeführt werden. Beim Bau von Erdwärmesonden sind die technischen Vorschriften und Regeln insbesondere der VDI-Richtlinie 4640, Blatt 1 und 2 einzuhalten. Wichtige Hinweise zum Genehmigungsverfahren und zur Qualitätssicherung der Bauausführung enthalten die Leitfäden der beiden Bundesländer. In Baden-Württemberg erscheinen im Oktober 2011 zudem die Leitlinien Qualitätssicherung Erdwärmesonden LQS-EWS) des Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft. Im Interesse des Grundwasserschutzes ist eine sorgfältige geologisch-hydrogeologische Aufnahme 16

20 der Bohrung und Dokumentation der Ergebnisse erforderlich Umweltministerium Baden- Württemberg 2005). Aufgrund der abwechslungsreichen Geologie in der Region und den starken Variationen in der Gesteinsfolge ist die Planung und Ausführung von Erdwärmesonden immer von einem Fachplaner möglichst unter Hinzuziehung eines mit der lokalen Geologie vertrauten Geologen durchzuführen. Fachplaner und Fachbetriebe sorgen zudem für die optimale Einstellung und Steuerung der Anlagen, um deren langfristigen Betrieb ohne Schäden zu gewährleisten. Foto: EnBW 17