Geothermie und Nutzungspotentiale

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1 Geothermie und Nutzungspotentiale im Bereich innerstädtischer Infrastrukturen Dipl.-Ing. Frank Leismann Geothermie Brockerage Event, 23. März 2010 Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach

2 Geothermie Bezeichnet ursprünglich die wissenschaftliche Fachrichtung Wärmelehre des Erdkörpers. Heute: Synonym für die ingenieurmäßige Beschäftigung mit Wärme im Boden und Grundwasser sowie Prozesswärmenutzung (Kanalisation, Abluft etc.) Zweck: Thermische Nutzung Energie Gewinnung & Speicherung in Form von Wärme & Kälte Folie 2

3 Vorteile der Geothermie Geothermie wird zu den erneuerbaren Energien gezählt quasi unerschöpflich Grundlastfähige, konstant vorhandene Energieform vielseitige Einsatzmöglichkeiten zur Wärme- und Kältegewinnung praktisch überall bedarfsgerecht verfügbar keine Beeinträchtigungen des Landschaftsbildes bewährte Technik ohne Risiken Folie 3

4 Geothermiequellen Tiefe Geothermie (ab 400m) Im Untergrund mit zunehmender Tiefe steigende Temperaturen (~3K / 100 m) geeignet für Strom- und Wärmeproduktion beträchtlicher technischer Aufwand erforderlich keine Bauwerken vorhanden Oberflächennahe Geothermie Nutzung der in Boden und Grundwasser gespeicherten Wärmeenergie je nach Bedarf als Wärme- oder Kältequelle bzw. Speicher Synergieeffekte mit innerstädtischen Bauwerken Folie 4

5 Ursprung geothermischer Energie Der Ursprung der geothermischen Energie im Erdkern (bis 6000 C) lässt sich im Wesentlichen auf zwei Quellen zurückführen: Restwärme aus der Erdentstehung Radioaktive Zerfallsprozesse Oberflächennah wird die die Temperatur im Untergrund vom Wärmeeintrag der eingestrahlten Sonnenenergie dominiert. Bereichsweise bestehen anthropogene Einflüsse Wärmeeintrag aus Infrastrukturen, Tiefgaragen, Kanalisation, Tunnel etc. Vortrag: Henze Folie 5

6 Erdoberflächennahe Wärmebilanz Temperaturgleichgewicht: Oberflächennah im wesentlichen Sonneneinstrahlung, geringfügig Wärmekontakt mit der Luft Terrestrische Wärmestromdichte 1/ der Sonneneinstrahlung Ab 20m Tiefe existiert konstante Temperatur zwischen 8-12 C Faustregel: Temperatur in 10m Tiefe = mittlere Jahreslufttemperatur + 1 C Folie 6

7 Nutzungsformen: Direkte Nutzung Medium Temperatur (ca C) steht direkt zum Heizen oder Kühlen zur Verfügung. Anwendungen z.b.: Kühlung (Gebäudeklimatisierung) Beheizen von Treibhäusern Fahrbahnheizung (Eisfreihaltung im Winter) Vortrag: Blosfeld Vorteil: sehr geringe Betriebskosten Nachteil: geringere Wärmeentzugsleistung eingeschränktes Temperaturspektrum Folie 7

8 Nutzungsformen: Indirekte Nutzung Wärmepumpen heben unter Einsatz von Energie das angetroffene Temperaturniveau des Mediums an Beliebige Temperaturen erreichbar, aber höhere Temperaturdifferenz mindert die Effizienz Saisonaler Thermospeicher Im Sommer in den Boden eingetragene Wärme begünstig den winterlichen Heizertrag und umgekehrt. Kombination ist effizienter und wirtschaftlicher. Folie 8

9 Erschließbare Wärmepotentiale Im Bereich innerstädtischer Infrastrukturen: Potential innerhalb der Bauwerke z.b.: Luft im Tunnel, Abwasser im Kanal, Berg-/ Grundwasser in Drainageleitungen Potential des Untergrundes Nutzung durch Einsatz in den erdberührten Bauteilen durch: Kollektoren Sonden Folie 9

10 Energieverwendung Eigennutzung z.b. Klimatisierung von Betriebsräumen Eisfreihaltung von Betriebswegen, Treppen, Verkehrsflächen, Löschwasserleitungen Weichenheizungen Externe Nutzung: Bei Einsatz von Wärmepumpen für beliebige Heizzwecke Immaterielle Vorteile - Tue Gutes und sprich darüber! : Imagegewinn durch die nachhaltige Energiegewinnung Verbessertes Kosten-Nutzen-Verhältnis Erhöhung des Zustimmungsgrades von Bauvorhaben Folie 10

11 Nutzung der (Tunnel)-Luft Wärmepumpen ermöglichen effektive Nutzung der in Umgebungsluft enthaltenen Wärmenergie. Im Bereich Gebäudeheizung häufig eingesetzt und erprobt. Unter den Randbedingungen im Tunnel wesentlich höhere Ergiebigkeit erreichbar Folie 11

12 Nutzung des Grundwassers Hydrogeologische Nutzung Nutzung durch Absorbertechnik Wärmegewinnung durch Energiebrunnen Folie 12

13 Nutzung bei Gründungselementen Integration Primärkreislauf in erdberührte Außenflächen statisch ohnehin erforderliche Bauteile erhalten mit geringem Mehraufwand zus. thermische Funktion Energie-Pfähle Energie-Schlitzwände Energie-Bodenplatten Folie 13

14 Innerstädtische Strukturen: Kanäle Vortrag: Bosseler Tunnel in offener Bauweise Verfahrensweise analog zu Gründungselementen: Bauteile wie Schlitzwände, Bohrpfahlwände, Bodenplatten Folie 14

15 Tunnel in geschlossener Spritzbetonbauweise Energieanker und Energievliesmatten Energieinnenschalen / Sohlen Vorträge: Schneider, Scheller Folie 15

16 TBM vorgetriebene Tunnel Energietübbing Vortrag: Pralle [ZÜBLIN / REHAU] Folie 16

17 Fazit: Aufgrund der zahlreichen Vorteile ist Geothermie allgemein als Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden und wirtschaftlichen Energieversorgung anerkannt. Bei innerstädtischen Bauwerken kann eine zusätzliche Nutzung von Geothermie in praktisch allen Strukturen integriert werden. Folie 17