Geysir in Wiesbaden: Lehren aus einem problematischen Vorfall bei einer Erdsondenbohrung

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1 Geysir in Wiesbaden: Lehren aus einem problematischen Vorfall bei einer Erdsondenbohrung Fachseminar des Service- und Kompetenzzentrums Oberflächennahe Geothermie Kommunale Beispiele für den Klimaschutz 01. Oktober 2014 in Düsseldorf Joachim Mengden, Amtsleiter Landeshauptstadt Wiesbaden, Umweltamt, Gustav-Stresemann-Ring 15, Wiesbaden Tel.: 0611/313701, Fax: 0611/

2 Übersicht 1. Einführung 2. Stand der Erdwärmenutzung in Wiesbaden 3. Besondere Anforderungen an Erdwärmebohrungen im Wiesbadener Stadtgebiet 4. Der Vorfall 5. Ausblick

3 1. Einführung Klimaschutz erreicht man nur durch Taten! 3 x 20 lautet die "Formel", mit der Wiesbaden den Klimaschutz voranbringen möchte. Die Landeshauptstadt Wiesbaden hat sich verpflichtet, bis zum Jahr 2020 den Gesamtenergieverbrauch um 20 Prozent zu reduzieren, bezogen auf das Jahr Der Anteil an erneuerbaren Energien an der verbrauchten Energie (Primärenergie) soll im gleichen Zeitraum auf 20 Prozent steigen. Grundsätzlich setzt sich Wiesbaden dafür ein, dass durch Energiesparen, Energieeffizienz und über den Einsatz erneuerbarer Energien ein wirksamer Beitrag zum Klimaschutz geleistet wird. Seit 1995 ist die Landeshauptstadt Wiesbaden Mitglied des Klima-Bündnis mit der Verpflichtung, durch geeignete Informationen, Angebote und Entscheidungen erhebliche Reduktionen im C02-Ausstoß zu vollziehen... und die Erdwärmenutzung ist ein Baustein zur Erreichung der Wiesbadener Klimaschutzziele

4 2. Stand der Erdwärmenutzung in Wiesbaden Anzahl der Erlaubnisverfahren für Erdwärmesonden (EWS) in den Jahren : 141 Bohrtiefen von 28 m bis 170 m Bohrdurchmesser von 146 mm bis 200 mm Wärmeträgermedium primär Ethylen-Glykol-Gemisch WGK 1 Heizleistung von 4,6 kw = Einfamilienhaus bis zu 265 kw = Bürogebäude/Sondenfeld mit 60 EWS EWS zum Heizen und Kühlen vorrangig in Bürogebäuden Standortbeurteilung lt. Karte Hess. Landesamt für Umwelt und Geologie (HLUG): an 97 von 141 Standorten hydrologisch und/oder wasserwirtschaftlich ungünstiger Standort = erhöhte Anforderungen

5 2. Stand der Erdwärmenutzung in Wiesbaden - Antragseingang seit ca. 5 Jahren rückläufig Ursachen hierfür können sein: Berichte über Schäden durch Erdwärmebohrungen (Staufen, Leonberg, Wiesbaden, Schweiz St.Gallen) gestiegene Strompreise erhöhte technische Anforderungen an Erdwärmebohrungen und damit gestiegene Herstellungskosten Restriktionen in Schutzgebieten ( u.a. künftiges Verbot von EWS in Zone III WSG gem. Entwurf 7/2013 der Bundes-Anlagenverordnung Reduzierung von staatlichen Fördermitteln Nutzung alternativer Energieträger (Pellets, Luft/Luf-Wärmepumpen, Solarthermie, Photovoltaik)

6 2. Stand der Erdwärmenutzung in Wiesbaden Vorgehensweise der Landeshauptstadt Wiesbaden: - Qualifizierte Bürgerberatung hinsichtlich der Möglichkeiten von Erdwärmenutzungen im Stadtgebiet, aber auch Verweis auf Risiken - Zeitnahe Bearbeitung von Erlaubnisverfahren als Untere Wasserbehörde UWB - Koordination der Beteiligungsverfahren mit dem Bergamt, dem Hess. Landesamt für Umwelt und Geologie HLUG und den Inhabern von bergrechtlichen Erlaubnissen für Aufsuchungsfelder der Tiefengeothermie (Wiesbaden, Main-Taunus-Kreis) - Fachbehördliche Überwachung der Erdwärmebohrungen durch UWB und HLUG

7 2. Stand der Erdwärmenutzung in Wiesbaden Ablauf Erlaubnisverfahren Erdwärmeanlagen Antragseingang: Prüfung der Unterlagen auf Vollständigkeit Standortbeurteilung: gemäß Karte HLUG, Standort in wasserwirtschaftlich und/oder hydrogeologisch ungünstigen Gebieten = Stellungnahme HLUG Bohrungen über 100 m Tiefe: Stellungnahme der Bergbehörde Nichteinhaltung Grenzabstände: Stellungnahme Bergbehörde/Bergamt Anlagen > 30 kw Heizleistung: Einzelfallprüfung, spezielle Vorerkundungen, Gutachten, detaillierte Wärmebedarfs-/Entzugsberechnung (z.b. EED) Anlagen mit Kühlbetrieb/passive Gebäudekühlung im Sommer: Einzelfallprüfung Erlaubnisbescheid: Zusendung an Antragsteller mit Kostenfestsetzung und Auflagen, danach: Bohranzeige an HLUG und Untere Wasserbehörde Information an die Untere Wasserbehörde bei besonderen Vorkommnissen während der Bohrarbeiten Zusendung der Abschlussdokumentation an die Untere Wasserbehörde

8 3. Besondere Anforderungen an Erdwärmebohrungen im Wiesbadener Stadtgebiet

9 3. Besondere Anforderungen an Erdwärmebohrungen im Wiesbadener Stadtgebiet Lage eines Großteils des Stadtgebiets (u.a. ges. Innenstadtbereich) gemäß HLUG-Karte in hydrogeologisch und wasserwirtschaftlich ungünstigem Gebiet - Heilquellenschutzgebiet für Thermalquellen - Trinkwasserschutzgebiete für Stollen-Wassergewinnung im Taunus und Wasserwerk Schierstein daraus folgt: - Bohrtiefenbegrenzung zur ausreichenden Überdeckung der thermalwasserführenden Schichten (Aufstiegsbereiche) im Bereich der Thermalwasserspalte und deren Ausläufer (Bezugshöhe: 120 m über NN, Bohrtiefen von ca. 50 m möglich) - exakte Bohrausführung zur Vermeidung hydraulischer Kurzschlüsse zw. Grundwasserstockwerken

10 3. Besondere technische Anforderungen an Erdwärmebohrungen in Wiesbaden ggf. Antreffen von artesisch gespanntem Grundwasser

11 3. Besondere Anforderungen an Erdwärmebohrungen im Wiesbadener Stadtgebiet daraus folgt: Vollverrohrung bis Endteufe Bauüberwachung durch Geo-/Hydrogeologen auf der Baustelle Bereithalten von Baustoffen (Bentonit, Schwerspat, Anker-Zemente) zur Abdichtung der Bohrung Schutzverrohrungen in ausreichenden Längen Preventer, Misch-und Verpresseinrichtungen Schlauchpacker, Gewebepacker

12 3. Besondere Anforderungen an Erdwärmebohrungen im Wiesbadener Stadtgebiet Packersysteme Schutzverrohrung Preventer

13 3. Besondere Anforderungen an Erdwärmebohrungen im Wiesbadener Stadtgebiet Typische Konfliktsituation resultiert aus den teils divergierenden Zielvorgaben von Antragsteller/Bauherr und Erlaubnisbehörde Zielvorgabe Antragsteller Kostengünstige Anlagenrealisierung/ Planungs-und Kostensicherheit Zügige Bescheiderteilung Geringe Risiken Effizienter Anlagenbetrieb Zielvorgabe Erlaubnisbehörde Anlagenrealisierung unter Berücksichtigung der Standortgegebenheiten (Vollverrohrung, Geol.Fachbauleitung) etc.) Qualifiziertes Prüf-und Beteiligungsverfahren nach Wasserrecht und ggf. Bergrecht ist vorgeschrieben Schutz des Allgemeinwohls, Sicherung der Schutzgüter Boden und Wasser, Nebenbestimmungen im Erlaubnisbescheid u.a. Arteser-Versicherung, Bohrtechnik Wichtig: Behörde prüft nicht die Anlagenbemessung /mögliche Entzugsleistung etc.

14 4. Der Vorfall Hess. Ministerium der Finanzen HMdF, November 2009 Wasserbehördlich erlaubte Bohrung bis 150 m Tiefe für einen thermal response test (TRT) auf dem Parkplatz des HMdF Ziel: Beheizung/Kühlung des HMdF-Neubaus mit Erdwärmesondenfeld - Testbohrung als unverrohrte Spülbohrung - In 130 m Tiefe Antreffen eines stark artesisch gespannten Grundwassers mit ca bar Druck ( bis 3 bar Druck an der Geländeoberfläche) und hoher Schüttung - Verwilderung des Artesers in unbekannter Tiefe mit Neubildung von mehreren Quellaustritten im Umfeld der Bohrung und bis 50 m von der Testbohrung entfernt als größerer Quelltopf. - Dort ebenfalls hohe Schüttungsrate bis 100 l/s

15 4. Der Vorfall Hess. Ministerium der Finanzen HMdF, November 2009 (2) - Verpressung der Testbohrung mit Zementsuspension, aufgrund von massivem Wasserdruck und Schüttung über mehrere Stunden Austrag von Zementsuspension und Bodenanteilen (Tonminerale, Sande) - Nach 2 Tagen endgültige Abdichtung der Testbohrung nach erfolgreicher Überbohrung und weiterer Verpressung mit beschwerter Suspension, danach auch Versiegen des Wasseraustritts aus dem ca. 50 m entfernt liegenden Quelltopf - Insgesamt wurden 136 m³ Zementsuspension eingebracht, eine unbekannte Menge jedoch arteserbedingt wieder ausgespült - Insgesamt wurden ca m³ tertiäre Sande und Feinkornfraktionen ausgetragen

16 4. Der Vorfall Hess. Ministerium der Finanzen HMdF, November 2009 (3) - Von Detailierte Erkundungsbohrungen mit Druckentlastungsversuchen im Nachgang der Havarie - Bau von Grundwassermesstellen bis 40 m ugok als Druckpegel mit bis zu 2,2 bar an der Geländeoberfläche, aber sehr geringer Schüttung (ca l/h) - Kein Nachweis von Hohlräumen bis in diese Tiefe - Kleinräumig stark heterogener Untergrundaufbau mit teils artesisch gespanntem Grundwasser in verschiedenen Tiefenlagen - Der geplante HMdF- Neubau kann nach Umplanung (Gründungstiefenbegrenzung < 5 m ugok, Wegfall 2. Tiefgeschoss, keine Erdwärmenutzung) realisiert werden

17 4. Der Vorfall Hh Testbohrung mit artesischem Wasseraustritt

18 4. Der Vorfall. Verpressung mit Betonpumpe Quelltopf, Schüttung 6 m³/min.

19 4. Der Vorfall Quelltopf (2)

20 4. Der Vorfall Mm Ableitung in Salzbachkanal Messung der Feldparameter

21 4. Der Vorfall Ssss Austrag von Feinkornfraktionen Absetzbecken vor Ableitung

22 5. Ausblick - Erdwärme ist ein Baustein der Energiewende - Erdwärme leistet als regenerativer Energieträger einen positiven Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele - Die Erdwärmenutzung wird in Wiesbaden, wenn auch durch die Standortgegebenheiten teils eingeschränkt, weiterhin möglich sein - Bestehende Risiken im Zusammenhang mit Erdwärmebohrungen können durch eine hohe Qualität bei der Planung und Ausführung der Bohrarbeiten deutlich minimiert werden - Der wirtschaftliche Betrieb einer Erdwärmeanlage kann nur durch eine qualifizierte und individuell auf das zu beheizende Objekt abgestimmte Bemessung erreicht werden.

23 Optional Bilder von Bohrungen im Stadtgebiet

24 Bohrverfahren, Bohrtechnik

25 Bohrverfahren, Bohrtechnik

26 Bohrverfahren, Bohrtechnik