Thermische Nutzung von Bodenseewasser Bodensee-Richtlinie und Grundlagen

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1 Thermische Nutzung von Bodenseewasser Bodensee-Richtlinie und Grundlagen Thomas Wolf 1 und Heinz Ehmann Institut für Seenforschung der LUBW 2 - Amt für Umwelt, Kanton Thurgau, Schweiz

2 Thermische Nutzung von Bodenseewasser Bodensee-Richtlinie und Grundlagen Kurzer Rückblick 2011 IGKB Beschlussfassungen zur thermischen Nutzung Grundlagen Neufassung IGKB-Richtlinien Kapitel 5 Planungswerkzeuge Fazit

3 Das Jahr 2011 der umweltpolitische Kontext Zeitliche Rahmenbedingungen : Ausstieg aus der Atomenergie; IPCC- Sonderbericht Erneuerbare Energien Nutzung regenerativer Energiequellen Energiewende 2010 Energiekonzept der Bundesregierung (EV-20%; EE-18%; TE 40% 2020) Baden-Württemberg Energiewende ( 2050)

4 Diskussionen und Beschlussfassungen der IGKB 57. Kommissionstagung (2011) Thematik Bodenseewasser zu Kühl- und Heizzwecken wird aufgegriffen Auftrag an den Sachverständigenkreis Bestehende Liste der Anlagen zu aktualisieren fachliche Erörterung Prüfung Überarbeitung von Kap. 5 Konstituierung einer Arbeitsgemeinschaft Thermische Nutzung von Bodenseewasser

5 Einzigartiger Naturraum Bodensee Ökolog. Gewässerzustand des Bodensees nach EU-WRRL gut Einzigartiger Naturraum mit komplexen Ökosystem Mittlere Tiefe 100 m Maximale Tiefe 251,14 m Fläche 536 km 2 Volumen 48 km 3 Bodensee volumenmäßig zweitgrößter See Mitteleuropas Trinkwasserversorgung für 4.5 Millionen Menschen Tourismus 17.5 Millionen Übernachtungsgäste

6 IGKB-Arbeitsgemeinschaft Thermische Nutzung Internationale Arbeitsgruppe Österreich, Schweiz, Deutschland Mitglieder aus Verwaltung, Fachbehörden und Wissenschaft Ziele der Arbeitsgruppe : Ausarbeitung neuer Rahmenbedingungen Einbezug von wissenschaftlich neuesten Erkenntnissen KLIWA-Berichte 11 und 13 Spezifische Teilprojekte in INTERREG-Projekt Klimawandel im Bodensee KLIMBO Entwurf für eine Neufassung des Kapitels 5 Thermische Nutzungen von Bodenseewasser der IGKB-Bodenseerichtlinien

7 Leitgedanke der IGKB-Beschlussfassung Der Bodensee ist ein hoch komplexes und empfindliches Ökosystem, das auch über ein großes energetisches Potential verfügt. Die Wärme- und Kältegewinnung aus Bodenseewasser soll unter dem Aspekt der Förderung erneuerbarer Energien jedoch möglich sein. Ökologische und andere Schutzaspekte (z. B. Trinkwasserentnahmen) sind dabei mit oberster Priorität zu berücksichtigen. (IGKB, 2012) Konzept der Nutzungszonen

8 Konzept der Nutzungszonen des Sees - Tiefenstufen Konzept zur Unterteilung in Nutzungszonen erstmals am Zürichsee (starke wärmetechnische Nutzung von Seewasser) angewendet Problematik : Schutz des Gewässers bei gleichzeitig hohem Nutzungsdruck (u.a. auch durch Wärme-Kältenutzung) gewährleisten

9 Nutzungszonen im Bodensee Ziel : Weitgehende Entkopplung verschiedener Nutzungen Vorsorgender Gewässerschutz und nachhaltige Trinkwasserversorgung Nutzungszonen am Bodensee 0 20 m Freizeitnutzung (> 15 m, Siedlungsentwässerung) m Thermische Nutzung (Rückgabe des Wassers) > 40 m Trinkwassernutzung

10 Wärmeflüsse natürlich vs anthropogen Natürlicher Wärmefluss : 35 GW für den gesamten Bodensee Thermische Nutzungszone (20 40 m) Temperaturänderungen < 1 C theoretisches Nutzungspotential 2,2 GW (Bernd Wahl, KLIWA Bericht 13)

11 Aktueller Stand thermische Nutzungen im Bodensee Aktualisierte Erfassung der thermischen Nutzungen von Bodenseewasser Wärmeeintrag (Kühlung) : 15 Anlagen Wärmeentzug (Heizung) : 13 Anlagen Thermische Nutzungen von Bodenseewasser (IGKB, BOWIS)

12 Wärmeflüsse durch anthropogene Nutzung Wärmeeintrag 0,036 GW Wärmeentnahme 0,00375 GW gereinigtes Abwasser 0,15 GW nutzbares Potential (dt<1 C) 2.2 GW 1.7% 0.17% Wärmeflüsse im Obersee (Ehmann, et.al.

13 Mittlere Oberflächenwassertemperatur [ C] Klimawandel und thermische Nutzung mittlere Oberflächentemperatur des Bodensees bei einer Wärmenutzung von -5 bis +5 GW IPCC-A1B-Szenario : starkes Wachstum, schneller technologischer Fortschritt Klima: 1 GW 0 Wärmeentzug/-Eintrag [GW] A1B A1B A1B Gemessen Status quo Ist-Zustand (Fink et.al., KLIMBO) Fazit : Die Auswirkungen der Wärmenutzung auf die mittlere Wassertemperatur sind minimal. Die Effekte des Klimawandels übersteigen die Effekte der Wärmenutzung bei Weitem. (Ehmann et.al.) Bevorzugt : Kopplung von Kälte- und Wärmenutzungen

14 Neufassung IGKB-Richtlinien Thermische Nutzung von Bodenseewasser Kombination aus Regulierung wo nötig und Flexibilität soweit möglich Prioritäres Schutzziel : Schutz Ökosystem und Trinkwasser Wissenschaftliche Grundlagen Klimaveränderung und Wasserwirtschaft KLIWA Berichte 11 und 13 Klimawandel im Bodensee KLIMBO TP 3 Modelluntersuchungen zu Klimaeinflüssen auf Wasseraustauschprozesse und Wasserqualität IG KuP TP 4 Modelluntersuchungen zum Wärmehaushalt und zu Auswirkungen von Wärmenutzungen im Bodensee EAWAG

15 Neufassung IGKB-Richtlinien Thermische Nutzung von Bodenseewasser Die Entnahmetiefe ist zwischen 0 bis 40 Meter frei wählbar. Die Rückgabe des thermisch veränderten Wassers ist so zu wählen, dass die Einschichtung in einer Tiefe zwischen 20 und 40 Meter erfolgt Die Rückgabetemperatur darf höchstens 20 C betragen. 0 m 20 m 40 m Entnahmetiefe Rückgabe thermisch verändertes Wasser Tmax < 20 C

16 Konzept der Mischungszone Schutz des Sees und seines Ökosystems in Gesamtheit, regional, lokal Mischungszone virtuelle Wasserbox 20 x 20 x 10 m Temperaturänderung ausserhalb Mischungszone < 1 C Mischungszone in der Tiefenstufe m

17 Weitere Anforderungen - Summationseffekte Thermische Summationseffekte benachbarter Anlagen dürfen nicht dazu führen, dass sich das Wasser außerhalb der jeweiligen Mischungszonen um mehr als 1 C verändert. dt < 1 C

18 Besonderes Schutzgut - Trinkwasserversorgung Bodensee Trinkwasserversorgung für 4,5 Millionen Menschen Baden-Württemberg 4 Millionen besondere Anforderungen an den Schutz des Sees und die Sicherung einer nachhaltigen Trinkwasserversorgung

19 Schutzzonen Trinkwasserversorgung Schutzzonen von Trinkwasserentnahmen Anlage < 2.5 MW Schutzzone 500 m Anlage bis 5 MW Schutzzone 1000 m Einzelfallprüfung - Absprache mit Trinkwasserversorger Trinkwasserentnahme 500m 1000m

20 Planungsverfahren Unterscheidung in vereinfachte Planungsverfahren und Einzelfallprüfung Anlagen zur thermischen Nutzung von Bodenseewasser Anlagen < 200 KW sind zu vermeiden Anlagen < 5 MW Vereinfachtes Verfahren Anlagen > 5 MW Einzelfallprüfung

21 Beispiel für Einzelfallprüfung Arbon und Friedrichshafen Simulation der Ausbreitungsprozesse des eingeleiteten Wassers Einleitungen : Arbon und vor Friedrichshafen Jeweils in 30 m Tiefe Genutztes Volumen: 240 / 360 / 480 / 1800 / 3600 l/s (FN: nur 360 l/s) Ziel : Abschätzung der Fernfeldwirkung Impakt Trinkwasserentnahmen Hochaufgelöste 3-dim hydrodynamische Simulation Modellstudie : Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner (KuP)

22 Hydrodynamische Simulation Einzelfallprüfung Modellstudie : Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner (KuP) 3-dim hydrodynamische Modelle - hochaufgelöste Modellgitter Numerisch aufwändig Detaillierte Informationen zu Transportwegen und Mischungsprozessen (KuP)

23 Fernfeldzone - Simulationsergebnisse Horizontale Ausbreitung des thermisch genutzten Wassers: Maximale Konzentration im gesamten Zeitraum 1 ( ) in beliebiger Tiefe bei 360 l/s (KuP)

24 Abgrenzung Impaktzonen Schutz Trinkwasserentnahme Maximale horizontale Reichweite von 0.1% thermisch genutztem Wasser innerhalb von 3, 5 oder 7 Tagen (KuP)

25 Vereinfachtes Verfahren für Anlagen < 5 MW Anforderungen der IGKB-Richtlinien gelten gleichermaßen! IGKB hat Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner mit Erstellung eines Planungswerkzeugs beauftragt Dieses wird kostenlos für Planung und Bemessung auf der Webseite der IGKB bereitgestellt

26 Planungswerkzeug - Simulation der Nahfeldzone Hydrodynamisch komplexe Modellierung mit Randwerten der technischen Anlage Räumliche Skala etwa [100]m Mathematisch-numerisches Modell des Impulsstrahls / Auftriebsstrahls Online

27 Bemessungswerkzeug der IGKB Effizientes Planungstool Abbildung der komplexen hydrodynamischen Vorgänge Intuitive Handhabung Hilfestellung der IGKB für Antragsverfahren (vereinfachtes Planungsverfahren)

28 Was ist mit dem Untersee? Spezielle hydro- und thermodynamische Bedingungen Besondere Morphologie im Regelfall Einzelfallprüfung notwendig Mittlere Tiefe 13 m (100 m) Maximale Tiefe 45 m (251 m) Fläche 62 km 2 Volumen 0,8 km 3

29 Ausblick und künftige Entwicklungen Seeweites Anlagenregister Regelmäßige Erfassung aller thermischen Nutzungen Periodische Evaluation hinsichtlich des Leitgedankens und der allgemeinen Grundsätze und Schutzziele der IGKB

30 Fazit Neufassung der IGKB-Richtlinien Kapitel 5 Thermische Nutzungen von Bodenseewasser regelt die Nutzung des thermischen Potentials des Bodensee Oberste Priorität : vorsorgender Gewässerschutz und nachhaltige Trinkwasserversorgung Einleitungen entsprechend den Nutzungszonen des Bodensees Thermische Nutzung m Anlagen < 200 KW sind zu vermeiden Anlagen < 5 MW vereinfachtes Planungsverfahren; Planungs- und Bemessungstool der IGKB Anlagen > 5 MW Einzellfallprüfung Der Bodensee verfügt über ein großes energetisches Potential, dass im Einklang mit den Schutzzielen der IGKB genutzt werden kann.

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Vielen Dank an die Mitglieder der Arbeitsgruppe! Heinz Ehmann (Leiter der AG) Hubert Bramberger Karoline Brandl Michael Eugster Ulrich Lang Beat Müller Iris Steger Petra Teiber-Siessegger Lucia Walser Thomas Wolf Johny Wuest