Grundwasser und oberflächennahe Geothermie. Auswirkungen bei Planung und Betrieb

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1 Grundwasser und oberflächennahe Geothermie Auswirkungen bei Planung und Betrieb Hannover, Dipl. Ing. M. Wieschemeyer

2 Inhalt Grundlagen Grundwasserbewegung und Thermal Response Test Planungsbeispiele Auswirkungen eines EWS-Feldes auf den Aquifer Zusammenfassung

3 Grundlagen Energiepotentiale im Aquifer 50 W/m kwh/a 14 m/a Abstandsgeschwindigkeit bezogen auf eine 100 m Sonde

4 Auswirkungen der Grundwasserbewegung auf den Geothermal Response Test Fließgeschwindigkeit: 25 m/a Fließgeschwindigkeit: 0 m/a Fließgeschwindigkeit: 250 m/a Fließgeschwindigkeit: 100 m/a

5 Auswertung der GW Modell Response Test Fließgeschwindigkeit eff. Wärmeleitfähigkeit Differenz Quotient 0 m/a 2,0 W/mK 25 m/a 2,2 W/mK 0,2 0, m/a 2,4 W/mK 0,4 0, m/a 2,7 W/mK 0,7 0, m/a 3,9 W/mK 1,9 0, m/a 5,7 W/mK 3,7 0, m/a Fließgeschwindigkeit + 0,75 W/mK (scheinbare Erhöhung)

6 Planungsbeispiel I Ziel: Bewertung der Auswirkungen einer zu hoch ausgewerteten Wärmeleitfähigkeit durch Grundwasserbewegung Planungsbeispiel Heizen: 34 Wärmebedarf: 250 MWh/a32 30 COP: Abstand: 6 m Tiefe: max. 100 m geothermischer Wärmefluss: 0.08 W/m² Wärmekapazität: kj/m³k 10 8 Wärmeleitfähigkeit: 2,0 W/mK 6 4 Grundwasserfließgeschwindigkeit: m/a, 25 m/a bzw. 50 m/a Grundlast [MWh] JAN FEB MÄ R APR MAI JUN JUL A UG SEP OKT NOV DEZ JAN

7 EED Berechnungen mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2,0 W/mK ( v A =0 m/a) M&P Geonova GmbH Berechnungsergebnisse: Feld mit 48 EWS Temp. bei Spitzenlast im negativen Bereich ( 0,5 C) 3 Fluid-Mitteltemperatur [ C] Grundlast Spitzenlast 0 JAN FEB MÄR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ Jahr 25

8 EED Berechnungen mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2,2 W/mK ( v A =25 m/a) M&P Geonova GmbH Berechnungsergebnisse: Feld mit 48 EWS Temp. bei Spitzenlast im positiven Bereich (0,6 C) Fluid-Mitteltemperatur [ C] JAN FEB MÄR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ Jahr 25

9 EED Berechnungen mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2,4 W/mK ( v A =50 m/a) M&P Geonova GmbH Berechnungsergebnisse: Feld mit 48 EWS Temp. bei Spitzenlast im positiven Bereich (1,1 C) Fluid-Mitteltemperatur [ C] JAN FEB MÄR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ Jahr 25

10 feflow Berechnungen mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2,0 W/mK ohne Grundwasserbewegung Berechnungsergebnisse: Feld mit 49 EWS Temp. bei Spitzenlast im negativen Bereich ( 0,7 C) EED und feflow Berechnungen stimmen weitestgehend überein

11 feflow Berechnungen mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2,0 W/mK und Grundwasserbewegung 25 m/a (längs) Berechnungsergebnisse: Feld mit 49 EWS Temp. bei Spitzenlast im negativen Bereich ( 0,2 C) Temp. niedriger als mit EED Grundwasser Konvektiver Wärmetransport mit anströmenden GW geringer als berechneter Wärmetrans. mit EED Erhöhung um 3 EWS notwendig Ergebnis ist schlechter als mit EED (2,2 W/mK)

12 feflow Berechnungen mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2,0 W/mK mit Grundwasserbewegung 50m/a (quer) Berechnungsergebnisse: Feld mit 49 EWS Temp. bei Spitzenlast im positiven Bereich (4,5 C) Grundwasser Die GW Bewegung führt zu einer Erhöhung der Temp. von 4,5 K gegenüber EED (2W/mK) Reduzierung um 9 EWS möglich Ergebnis ist viel besser als mit EED (2,4 W/mK)

13 Zusammenfassung Planungsbeispiel Heizen Auswirkungen der Grundwasserbewegung sind groß Bei Ausrichtung des Sondenfeldes längs der GW Fließrichtung ist eine Überschätzung der Entzugsleistung möglich mehr EWS Bei Ausrichtung des Sondenfeldes quer zur GW Fließrichtung ist eine Unterschätzung der Entzugsleistung möglich weniger EWS Bestimmung der Fließgeschwindigkeit nur bedingt bzw. mit hohem Mehraufwand möglich Erste Ansätze über: egrt (Abschätzung über Auskühlung) Partikel Tracking im Bohrloch (aufwendig, teuer) Abschätzung (mit hohen Unsicherheiten verbunden) Forschung notwendig

14 Planungsbeispiel II Planungsbeispiel Heizen & Kühlen: Wärmebedarf: 250 MWh/a Kältebedarf: 160 MWh/a COP Heizen: 4 COP Kühlen: 15 Abstand: 6 m Tiefe: max. 100 m 35 geothermischer Wärmefluss: W/m² 25 Wärmekapazität: kj/m³k Wärmeleitfähigkeit: 2,0 W/mK 10 5 Grundwasserfließgeschwindigkeit: m/a, 25 m/a und 50 m/a Grundlast [MWh] JA N FEB MÄR A PR MA I JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ JAN

15 EED Berechnungen mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten M&P Geonova GmbH Berechnungsergebnisse: Feld mit 49 EWS Freie Kühlung möglich Minimale Temp ca. 7 C Betriebsjahr 25

16 Vergleich EED und feflow Grundwasserbewegung flacht die Temperaturamplitude ab

17 Auswirkungen auf den Grundwasserkörper Wohngebäudekomplex bivalente Anlage Geothermie zur Grundlastabdeckung und freien Kühlung Sondenanzahl: 28 Anordnung: offenes Rechteck Wärmebedarf: 280 MWh/a Kältebedarf: 200 MWh/a Anforderung des Senates 1K Abweichung an der Grundstücksgrenze Nachweis mit Wärmetransportmodell

18 Auswirkungen auf den Grundwasserkörper M&P Geonova GmbH

19 Zusammenfassung Die Auswirkungen der Grundwasserbewegung werden vielfach unterschätzt Analytische Berechnungen (z.b. EED) reichen teilweise nicht aus Mit numerischen Grundwassermodellen lassen sich häufig Kosten sparen Die Bewertung der Auswirkungen auf die Nachbargrundstücke gewinnt zunehmend an Bedeutung Es müssen Methoden zur Bestimmung der Grundwasserfließgeschwindigkeit entwickelt werden

20 Kontakt M&P Geonova GmbH M&P Geonova GmbH Joachimstraße Hannover Telefon: +49 (0) 5 11/ Telefax: +49 (0) 5 11/ geonova.de M&P Geonova GmbH Westerbreite Osnabrück Telefon: +49 (0)5 41/ Telefax: +49 (0)5 41/ geonova.de M&P Geonova GmbH Nordstraße Markkleeberg Telefon: +49 (0) 3 41/ Telefax: +49 (0) 3 41/ geonova.de

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