Nutzung und Abkühlung des Bergwassers am Lötschberg-Basistunnel

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Theodor Lorentz
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1 Nutzung und Abkühlung des Bergwassers am Lötschberg-Basistunnel XI Internationaler Geologenkongress, Bozen, Sarntal, Reinswald, Brenner Basistunnel, das Jahrtausendprojekt Dr. Peter Hufschmied 1

2 Übersicht Lötschberg-Basistunnel und Ableitung des Bergwassers Kander Überleitpumpwerk Lötschberg- Basistunnel Scheitelpunkt Vom Scheitelpunkt im Tunnel wird das Bergwasser nach Norden in die Kander und nach Süden in die Rhone abgeleitet Rhone 2

3 Übersicht Geologie 3

4 Auflagen aus dem Plangenehmigungs- g g verfahren 1. Begrenzung der Drainage von Bergwasser auf 195 l/s aus den Kalken der Doldenhorn Decke und 39 l/s aus dem Autochthon Nord (AuN) (Grund: Schutz von Feuchtgebieten und Wasserrechten) 2. Temperaturerhöhung in der Kander durch die Einleitung von Bergwasser wird von den Behörden auf max. 0.5 C begrenzt (Grund: Schutz der Kander als Laichgewässer der Seeforelle) Ableitung des Bergwassers in die Kander Flysch Kalke der Doldenhorn Decke AuN Kristallin keine Begrenzung 195 l/s 39 l/s keine Begrenzung 4

5 Doldenhorn-Decke: Decke: prognostizierte und tatsächliche Fels- temperaturen sowie Temperaturen der Bergwasserzuflüsse 1-3: Beispiele für typische Bergwasserzuflüsse

6 Beispiel 1: starker Bergwasserzufluss aus einem Ankerbohrloch, km Dieser Bergwasserzufluss von rund 20 l/s wurde nach dem Auffahren des Tunnels durch ein Ankerbohr- loch im Rahmen der Ausbruchsicherung aufgeschlossen. Das Bergwasser wurde gefasst und kontrolliert abgeleitet. 6

7 Beispiel 2: Reduktion des Bergwasserzuflusses durch Gebirgsinjektionen, km Vorausbohrungen mit einer Länge von 250 m. Karstzone mit Gebirgswasserdruck 40 bar und Wasserzufluss 100 l/s pro Bohrloch wurde entdeckt. In die Vorausbohrungen wurden 60 m 3 Injektionsgut mit dem Druck bis zu 100 bar injiziert. Mit insgesamt 42 Injektionsbohrungen mit der Länge von m (total m) wurden rund 240 m 3 Injektionsgut mit einem Druck von 80 bar injiziert. Kosten CHF 3.7 Mio. Dauer: 6 Wochen für die Weströhre und 2 Wochen für die Oströhre. Resultat der Injektionsarbeit: Restwasserzufluss während des Vortriebs total 5 l/s. Tunnel West Bohren und Injizieren vom Tunnel Ost Richtung Tunnel West um die Länge der Bohrlöcher zu reduzieren. Tunnel Ost 7

8 Injektionsschirm km Vorausbohrungen aus Tunnel West Injektionsbohrungen 1. Etappe aus Tunnel West Injektions- bohrungen 1. Etappe aus Tunnel Ost Injektions- bohrungen 2. Etappe aus Tunnel West 8

9 Beispiel 3: Bergwasserzufluss aus einer Störungszone mit Karströhre km m 9

10 Typische Bergwasserwerte Messgrösse Warmwasser km 27'218 Kaltwasser km 27'218 Bergwasser Frutigen (Helke) Parameter Schüttung l/s ca. 120 Temperatur C ph Sauerstoff mg/l Alkalinität mmol/l Gesamthärte mmol/l TOC mg/l C org Na mg/l K mg/l Ca mg/l Mg mg/l Sr mg/l Cl mg/l SO4 mg/l NO3-N N mg/l < < <

11 Veränderung der Bergwasserströmung g im Bereich Gasterntal durch den Basistunnel Eleva ation [m a.s.l.] A A Gastere Valley Gastere Section A - A' [m] Bergwasserströmung ohne Scheiteltunnel (LCT) und Basistunnel (LBT) Ele evation [m a.s.l.] A A Gastere Valley Warmwasserasser Kaltwasser LBT LCT LBT Gastere LBT LCT/LAT LBT Section A - A' [m] Bergwasserströmung mit Scheiteltunnel (LCT) und Basistunnel (LBT) aus: Pesendörfer (2006): Hydrogeologic Exploration and Tunneling in a Karstified and Fractured Limestone Aquifer (Lötschberg Base Tunnel, Switzerland) 11

12 Massnahmen zur Verhinderung einer übermässigen Erwärmung der Kander Massnahmen Umsetzung BLS AT: Reduktion des Bergwasserzuflusses durch Gebirgsinjektionen BLS AT: Einleitung des Bergwassers in einen Gewässerabschnitt mit höherer Wasserführung BLS AT: Überleitung von Bergwasser über den Scheitelpunkt in die Rhone BLS AT: Künstliche Abkühlung (Abkühlteiche, Kühlturm, Kältemaschinen) Diese Variante wurde durch Privatinitiativen ersetzt. Privatinitiative: Projekt Tropenhaus Frutigen Privatinitiative: Nahwärmeverbund im Bahnhofquartier Frutigen Abdichtung der Störungszone km Reduktion des Zuflusses von > 100 l/s auf 5 l/s Bau einer Freispiegelleitung von 1 km Länge für die Einleitung in die Engstlige Überleitpumpwerk bei QV 38, Nutzung freier Abflusskapazität in der Bergwasserleitung Süd. Kostengünstige Lösung Ist verbunden mit hohen Investitions- und Betriebskosten und/oder grossem Flächenbedarf. Abkühlung des Bergwassers im Rahmen einer Produktion von wärmeliebenden Fischen und tropischen Früchten Abkühlung des Bergwassers mit einer Wärmepumpe zur Gebäudeheizung 12

13 Abflussmengen der Kander nach Zusammenfluss mit der Engstlige 3 /s] Abf fluss [m Synthetische Ganglinien Kander / Schwandi Abfluss Mittelwert Max-Wert Min-Wert Januar Jahrestag Dezember 13

14 Zulässige Einleittemperaturen bei minimalen Abflussverhältnissen in der Kander 30 Zulässige Einleittemperatur Engstlige g ohne Abkühlung für Minimale Abflusswerte Kander/Schwandi wahrscheinliche Bergwasser- temperatur (20 C) Zul. Einleit ttemperat ur [ C] l/s 130 l/s 150 l/s 170 l/s 190 l/s 210 l/s [Oktober - April] 14

15 Wärmeenergie welche dem Bergwasser vor der Einleitung in die Kander entzogen werden muss 10 Dem Bergwasser (150 l/s, 20 C am Portal Helke) zu entziehende Wärmeenergie bei typischen Abflusswerten (synthetische Ganglinien gemäss Aufzeichnungen ) ergie [MW W] Wärmeen trockener/kalter Winter mit wenig Abfluss in Kander und Engstlige durchschnittliches Jahr nasser Winter mit grossem Abfluss in Kander und Engstlige g Qmin Qmittel Qmax Januar Jahrestag Dezember 15

16 Konzept für die Bergwassereinleitung e e g ohne bzw. mit Abwärmenutzung durch Dritte Fall 1: ohne Abwärmenutzung Engstlige/ Kander ca. 90 l/s Frutigen Bergwasseranfall Basistunnel Nord ca. 150 l/s Scheitelpunkt Rhone Raron Fall 2: mit Abwärmenutzung Überleitpumpwerk QV 38 im Winter aktiv ca. 60 l/s l/s Tropenhaus und Nahwärmeverbund Überleitpumpwerk QV 38 als Rückfallebene 0-30 l/s 16

17 Tropenhaus mit Aquakultur Frutigen Betriebsgebäude und Besucherzentrum Biologisches Ausgleichsbecken Gewächshaus mit Plantage und Indoor Fischzucht Gastronomie Aquakultur mit 40 F il db k 40 Freilandbecken Aufzuchtgebäude 17

18 Nachhaltige Nutzung in einer Polykultur mit Stoffkreislauf im Projekt und in der Region Sonnenenergie Genutzte Abwärme Tunnel-, Kühl- oder Regenwasser und thermische Energie (Lötschberg-Basistunnel) Bewässerung Stoffkreislauf Fischfutter Aquakultur Plantage Früchte, Gewürze, Topf- pflanzen biolog./therm. Ausgleichsbecken Fische und Schalentiere Region Gekühltes Wasser (Kander) Abwasser und Abfallstoffe 18

19 Ökonomische Standbeine des Projekts Forschung, Entwicklung, Ausbildung Auf dem Gebiet der tropischen Plantagen und der Aquakultur Produktion Gewächshaus h und Freiland Plantagen Tropische Früchte Aquakultur Stör, Flussbarsch Publikumsbereich, Ausstellung Besucherrundgang Gastronomie Kälte-Contracting t ti Verarbeitung/ Verkauf Wärme-Contracting ti Veredelung Gewährleistung der Einleitbedingungen g durch Kühlung des warmen Wassers (Nutzung der thermischen Energie) Schlachten, Filettieren, Räuchern, Herstellen von Kaviar und Fertigprodukten; Verarbeitung Früchte Direktverkauf vor Ort, Verkauf an: - Gastronomie - Detailhandel - Grosshandel Bereitstellung von Wärme für Tropenhaus und Dritte Partner: BKW FMB Energie AG 19

20 Produkte Warmwasser-Aquakultur: Produktion von 45 Tonnen Sibirischem i Stör, 20 Tonnen Flussbarsch und 2-3 Tonnen Störkaviar pro Jahr Plantagenbetrieb (Polykultur mit Flussbarsch): Produktion von Tonnen tropischer Früchte (mit späterer Erweiterungsmöglichkeit auf 80 Tonnen pro Jahr) Verarbeitung und Veredelung der Produkte vor Ort: Herstellung von Frischprodukten, Räuchern von Fischfleisch und Herstellung von Fertig- produkten in einer für die Besucher/Konsumenten einsehbaren Anlage Erlebnisbereich: Die Produktionsanlagen und ein Besucherzentrum werden als Erlebnisbereich mit Wissensvermittlung gestaltet und Eintritt zahlenden Besucher (ca pro Jahr) gezeigt Gastronomie: Es wird eine Gastronomie mit 100 festen Sitzplätzen, erweiterbar auf 250 Sitzplätze in Zusammenarbeit mit dem lokalen Gast- gewerbe betrieben b (Tagungen, Firmenausflüge, Vereins- und Familienanlässe usw.) Nachhaltige Produktion nach Bio-Richtlinien: Die Produktion erfolgt nach den Grundsätzen des biologischen Landbaus 20

21 Tropische Plantagen im Gewächshaus h Bilder aus dem Tropenhaus Ruswil (Pilotprojekt) 21

22 Produkte aus dem Plantagenbereich Hauptprodukte: Papaya, Karambole, Zwerg- bananen, Guaven, Kumquat Ergänzende Produkte: Feigen, Passionsfrucht, Mango, Lychee, Antemoya, Cherimoya, Gewürz-, Zier- und Topfpflanzen, Bananenblätter Veredelungsprodukte: Konfitüren, Fruchtsäfte, Speiseeis 22

23 Zucht von Sibirischen i Stören (Acipenser baerii) Pilotversuch in Zusammenarbeit mit KTI/CTI, Förderagentur für Technische Innovation und Zentrum für Fisch- und Wildtiermedizin der Universität Bern 23

24 Verarbeitung und Veredelung von Störfleisch 24

25 Nahwärmeverbund Frutigen 25

26 Wärmenutzung u durch Contracting (Nahwärmeverbund) e und Tropenhaus (Abkühlung) Wärmenutzung Contracting (EIZ, Wandfluh, Tropenhaus, Reserve) sowie Tropenhaus (ohne Wind) 8 7 Wärme enutzung [MW] Lufttemperatur (Tagesmittelwert in C) Ausgleichbecken (1000 m2) Fischbecken (4320 m2) Gewächshaus (5000 m2) Contracting (Leistung Wärmepumpe) p 26

27 Nutzen des Projekte Tropenhaus für die Region und den Kanton Bern Schutz der Kander als Aufstiegs- und dlaichgewässer der Seeforelle vor unzulässiger Erwärmung Schaffung von 20 neuen Arbeitsplätzen und Erwerbs- möglichkeiten in Landwirtschaft und Gewerbe der Bergregion Kandertal Förderung von Gastgewerbe und Tourismus Imagewerbung für das Kandertal und das Berner Oberland durch eine attraktive Idee mit grosser Ausstrahlungskraft Schaffung von Know-how in den Bereichen Forschung, Entwicklung und Ausbildung, das auch bei anderen Projekten eingesetzt werden kann. 27

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