Sanierung und Energetische nutzung von Grundwasser Projektbeispiele einer nachhaltige synergie "Strategien zur Boden- und Grundwassersanierung Frankfurt 23 November 2009 Imagine the result Hans Slenders
Gliederung Einleitung: Nachhaltige Energiegewinnung aus Grundwasser Niederländische Verfahrensweise (Rahmenbedingungen Boden und Grundwasser) Beispiel 1: Grundwassermanagement in Utrecht Grundwasserverunreinigungen Grundwassernutzung zur Energiegewinnung Modellanwendung Strategie Beispiel 2: Sanergy Projekt Eindhoven (Strijp-S) Der Standort Grundwassersanierung und -energienutzung ein Paradoxon?? Lösungskonzept Schlussfolgerungen 2 of 22 27 November 2009 2009 ARCADIS
Nachhaltige energieerzeugung durch nutzung von Grundwasser 3 of 22 27 November 2009 2009 ARCADIS
Quellen nachhaltige Energie Schwerpunkt: Grundwasserleiter Wärme-Kälte Speichersystem Erdwärme tauscher Geothermie Erdsonden Gruben wasser Imagine the result
Verschiedene typen von WKS zur nutzung von Grundwasserenergie: Traditionelle Wärme-Kälte Systeme (WKS) Monobrunnen Zirkulationssysteme Imagine the result
Bei Nutzung von WKS, Reduktion von CO2-Emissionen von 20-40% Imagine the result
System Monobrunnen Winterbetrieb Imagine the result
System: Zirkulation Sommerbetrieb: Kühlen Winterbetrieb: Heizen Imagine the result
WKS Projekte in den Niederlanden 2009: ca. 1.100 Imagine the result Bis 2025: erwartet werden 20.000-30.000
Gesetzliche Rahmenbedingungen für den Umgang mit Grundwasserkontaminationen in den Niederlanden Imagine the result
Imagine the result 130 große Gebiete mit LCKW- Grundwasserkontaminationen
Beispiel Utrecht Grundwasser Concentration 1000 500 100 50 10 5 1 0 VC [µg/l] Imagine the result
Nachhaltigkeit und Sanierung in den Niederlanden (1) Änderung der Umweltgesetzgebung seit 1997, weil eine Komplettsanierung (in Bezug auf Grundwasser): sehr teuer, technisch häufig nicht machbar und somit unwirtschaftlich ist und die bauliche Entwicklung behindert Strategische Ziele für Sanierungen in den Niederlanden Kein Risiko für Mensch und Umwelt Boden und Grundwasser soll wiederverwendbar sein Sanierung nicht als Selbstzweck Beachtung der Wirtschaftlichkeit (Kosteneffizient) Erreichen eines akzeptablen stationären Endzustands (siehe Beispiel Utrecht) 13 of 22 27 November 2009 2009 ARCADIS
Nachhaltigkeit und Sanierung in den Niederlanden (2) Klimaziele der Niederländischen Regierung bis 2020 (Sauber und sparsam) 30% CO2-Reduktion (bezogen auf 1990) 20% nachhaltige Energien 2% Energieeinsparung Klimaziele sind wichtiger als reines/ursprüngliches Grundwasser in städtischen Gebieten Grundwassermanagementpläne für größere Bereiche (Cluster) (In Deutschland: Integrale Betrachtung) Das Umwelt Ministerium fördert die Nutzung von Grundwasser (speziell WKS) 2009: Ministerienübergreifende Vertrag und Einrichtung einer Arbeitsgruppe Grundwasserenergie 14 of 22 27 November 2009 2009 ARCADIS
Tussenpagina Beispiel 1: Grundwassermanagement Utrecht Imagine the result
Kunde: Stadtverwaltung Utrecht Betrachtungsgebiet: 1.4 km Radius um den Bahnhof Utrecht 50 Mio m3 Grundwasser kontaminiert mit LCKW (5-50 mtief ) 2010-2025 Umbau des Bahnhofgebiets Imagine the result 20 WKS mit ca. 90 brunnen
Interferenz WKS-brunnen 15-45 m Vinylchlorid 15-30 m Imagine the result
Resultat Problem: Stagnation of developments! Imagine the result
Grundwassermanagementzone statt einzelner Sanierungspläne NU: gevalsgericht grondwaterbeheer Heutige situation STRAKS: gebiedsgericht grondwaterbeheer Zukünftige situation monitoring WKO monitoring WKO Imagine the result POC s WKO WKO POC s
Baugrubenaushub und WKS sind erlaubt Aber: Wie wird sich die Grundwasserqualität in der Grundwassermanagementzone voraussichtlich entwickeln? Imagine the result
Grundwassermodell von ARCADIS.DE Tussenpagina (Karlsruhe) Mit schadstofftransport, Schadstoffabbau, und WKS brunnen Imagine the result
Dimensionierung und Kontrolle der Biowaschmaschine mit Grundwassermodell Modellierung 90 WKS brunnen Modellierung nachlieferung Schadstoffen aus 30 Quellen (im Boden) Reinfiltration von kontaminiertem Grundwasser Einflussbereich Ausbreitung und Abbau Schadstofffahne Verlagerung Schadstofffahne Imagine the result
VC Konzentrationen 15-30 m unter Gelände 15 Jahre (berechnet) 0 Jahre Ausgangskonzentration (interpoliert) 30 Jahre (berechnet) N N N Einfluss WKS Systeme Imagine the result Grundwasser Konzentration 1000 500 100 50 10 5 1 0 VC [µg/l] Retardation: 1,04 [-] Halbwertzeit: 20 Jahre
Aktuell in Bearbeitung: Sanierungsplanung und Genehmigungsverfahren Einrichtung eines Monitoring- Netzwerks (Phase 1) Im Einflussbereich des WKS Erkundung der Grenzen der Grundwasserkontamination. Imagine the result
Sanierung und Energienutzungskonzept Sanergy Philips-Gelände Strijp-S, Eindhoven Sieger des Niederländischen Innovationspreises 2009 25 of 22 27 November 2009 2009 ARCADIS
26 27 November 2009 Philips-Gelände Strijp-S, Eindhoven 27 Hektar im Zentrum von Eindhoven seit 1915 industrielle Nutzung seit 2005 Neuentwicklung des Geländes Wohnen, Geschäftszentren und Erholung Strenge Vorgaben zur Nachhaltigkeit: -> WKS! 2009 ARCADIS
sdc Grundwasserkontamination: LCKW cis und VC Im Grundwasserleiter von 30 bis 60 m Tiefe unter Gelände Kontamination strömt ab, seit die Betriebsbrunnen stillgelegt wurden.
Herausforderung: Kombination aus Sanierung und Energienutzung Gegensatz 1 (Wassermengen) Energienutzung: Große Wassermengen Sanierung: möglichst geringe Entnahmen (Kostenreduzierung) Gegensatz 2 (Betrieb) Saisonal entsprechend dem Energiebedarf Sanierung: kontinuierliche Entnahme Sicherung der Grundwasserkontamination Wie wirkt das WKS-System (siehe Utrecht)? Sanierung und Sicherung
Das konzept: Rezirkulationssystem, Keine Speicherung 29 27 November 2009 2009 ARCADIS
Sicherung und Gefährdungsabschätzung Ont13 Ont14 Ont15 Ont01 Ont12 Ont02 Ont11 Ont10 Ont03 Ont04 Ont05 Einfluss auf den Grundwasserspiegel Ont09 Ont06 Max Entnahme debiet 60 m 3 /hr /uur Ont07 Max Entnahme debiet 40 m 3 /hr /uur Ont08 Max Entnahme debiet 20 m 3 /hr /uur Optimierte Brunnenanordnung Temperaturveränderung nach 20 Jahren 30 27 November 2009 2009 ARCADIS
Betrachtung der natürlichen Grundwasserströmung N 1000 m 31 27 November 2009 2009 ARCADIS
Stimulation des natürlichen Schadstoffabbaus Abbau wird durch den Vermischungsprozess begrenzt Durchströmung des zentralen Bereichs 20-fach höher als im natürlichen Zustand Die ersten 2-3 Jahren keine Stimulation, nur Monitoring 32 27 November 2009 2009 ARCADIS
Nachhaltigkeit? Gas (m 3 ) Elektrizität (kwh) CO 2 (ktonnes) Traditionelle Wärmeversorgung 2.900.000 2.400.000 6,0 Sanergy (incl. Spitzenbedarf) 570.000 5.300.000 3,0 CO 2 reduktion um 25-50% Grundwassersanierung ist dabei komplet berücksichtigt 33 27 November 2009 2009 ARCADIS
Kosten? Sanergy führt zu 20% Zusatzkosten für den Standort (Vergleich WKS) Kosten für Sanergy und Tradtionelle Wärmeversorgung + Sanierung sind etwa gleich Amortisationszeitraum 10 12 Jahre Aber: Ohne Sanergy wird WKS nicht erlaubt! 34 27 November 2009 2009 ARCADIS
Schlussfolgerungen Grundwasserenergienutzung ist auch in kontaminierten Grundwasserleitern möglich (in den Niederlanden). Reduktion von CO2 und Nutzung nichterneuerbarer Energieträger (Gas). Perfekte Bedingungen für eine nachhaltige und profitabele Energiegewinnung. 35 27 November 2009 2009 ARCADIS Die Sanierung erzeugt keine zusätzlichen Belastungen für die Umwelt
Anmerkungen Das Sanergy-Konzept wurde erstmals in Eindhoven in die Praxis umgesetzt. Bei den nächsten Anwendungen, wird das System weiter verbessert und effizienter werden. WKS wird auf vielen Standorten angewendet. Kombiniert mit dem verbesserten Sanergy- Konzept führt zu 10 20% Zusatzkosten gegenüber dem traditionellen WKS aber: WKS werden dadurch erst anwendbar Verdoppelte CO2-Reduzierung (Energie + Sanierung) Doppelte Resourceneinsparung 36 27 November 2009 2009 ARCADIS
Acknowledgements Municipality of Utrecht; Brenda van Denter, Henk van den Berg, Frank van Gennip, Albert de Vries Philips: Jack Schreurs, Frits Melgert ARCADIS: Pieter Dols, Rachelle Verburg, Klaus Piroth, Philipp Joswig 37 27 November 2009 2009 ARCADIS
Imagine the result h.slenders@arcadis.nl 38 27 November 2009 2009 ARCADIS