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Entzugsleistung/-energie bei 10 m Brunnenabstand (GWWP)

Die Karte zeigt die thermische Entzugsleistung (in kW) von Grundwasserwärmepumpen (GWWP) für ein Brunnenpaar mit 10 m Abstand (Förderbrunnen zu Schluckbrunnen) und 5 K Temperaturspreizung. Zudem wird in der Objekt-Information die thermische Entzugsenergie (in MWh/a) bei 1.800 Jahresbetriebsstunden wiedergegeben.

Nutzungsmöglichkeiten Grundwasserwärmepumpen

Grundwasser-Wärmepumpen nutzen direkt die im Grundwasser gespeicherte Wärmeenergie, indem ein oberflächennahes Grundwasserstockwerk über einen Förder- und einen Schluckbrunnen erschlossen wird. Durchlässigkeit und Ergiebigkeit des zu nutzenden Grundwasserleiters beeinflussen die Dimensionierung und Wirtschaftlichkeit der Brunnen und der Wärmepumpe. Je ergiebiger ein Grundwasserleiter, desto mehr Wasser und damit Wärme bzw. Kühle kann entnommen werden. Die chemischen Eigenschaften des Grundwassers können sich auf die Lebensdauer des Förder- und Schluckbrunnens sowie der Wärmepumpe auswirken. Dies betrifft insbes. Eisen und Mangan (Brunnenverockerung) sowie pH-Wert, Magnesium und Sulfat (Betonaggressivität). Diese Karte gibt einen ersten Überblick über die Nutzungsmöglichkeiten der oberflächennahen Geothermie mittels Grundwasserwärmepumpen. Klassifiziert wird aufgezeigt, an welchen Standorten der Bau und Betrieb einer Grundwasserwärmepumpe voraussichtlich möglich ist, voraussichtlich nicht möglich ist oder eine Einzelfallprüfung durch die Wasserbehörde erfolgen muss. Der Datensatz stellt eine Grundlage für großräumige Betrachtungen dar und ersetzt nicht die Durchführung von Detailuntersuchungen.

Standorteignung Oberflächennahe Geothermie

Erdwärme aus bis zu 400 Metern Tiefe wird als oberflächennahe Geothermie bezeichnet. Die Genehmigung und die Wirtschaftlichkeit der Nutzung sowie die Art der eingesetzten Technik hängen von den jeweiligen geologischen Gegebenheiten und von den Grundwasserverhältnissen ab. Die Karte vermittelt eine erste Übersicht über die Standortbedingungen und Nutzungsmöglichkeiten für Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren und Grundwasserwärmepumpen. Der Datensatz stellt eine Grundlage für großräumige Betrachtungen dar und ersetzt nicht die Durchführung von Detailuntersuchungen.

Grundwasserwärmepumpen

Die Gewinnung von oberflächennaher Erdwärme erfolgt u. a. über Grundwasserwärmepumpen. Für eine Grundwasserwärmepumpe werden zwei Bohrungen, der sogenannte Förder- und Schluckbrunnen im Abstand von mindestens 15 m abgeteuft. Üblicherweise werden in den Brunnen Filterohre sowie Kies und Tonabdichtungen eingebaut, die das Versanden bzw. Zusetzen durch Feinpartikel verhindern. Die Tiefe der Bohrung richtet sich nach der Höhe des Grundwasserspiegels aus dem das Grundwasser durch den Förderbrunnen gepumpt und zur Wärmepumpe gefördert wird. Um die Effizienz der Grundwasserwärmepumpe zu gewährleisten sollte die Tiefe der Brunnen 15 m nicht maßgeblich überschreiten. Nach dem Wärmeentzug durch die Wärmepumpe wird das geförderte Wasser über einen Schluckbrunnen dem Grundwasser zurückgeführt. Bei der Nutzung des Grundwassers als Wärmequelle müssen die gesetzlichen Vorschriften des Gewässerschutzes unbedingt beachtetet werden. Zudem muss das Grundwasser eine bestimmte Qualität aufweisen, um eine Verockerung der Brunnen zu vermeiden. Dargestellt sind die im Bayerischen Bodeninformationssystem erfassten Grundwasserwärmepumpenbohrungen. Diese umfassen sowohl die Förder- als auch die Schluckbrunnen. In den Kurz- und Detailinformationen zu den Grundwasserwärmepumpen werden neben ausgewählten Stammdaten unter anderem Informationen zum Grundwasser, zur Tiefenlage der Gesteinsschichten, Gesteinsansprache nach DIN 4023 und Stratigrafie aufgeführt. Diese Daten können bei der Datenstelle des Bayerischen Landesamtes für Umwelt nach Prüfung der datenschutzrechtlichen Bestimmungen kostenpflichtig (entsprechend der Umweltgebührenordnung) bestellt werden.

EWA: Grundwasser-Wärmetauscheranlagen

Die Karte leistet eine Standortbewertung für die wasserrechtliche Erlaubnisfähigkeit von Grundwasser-Wärmetauscheranlagen (Grundwasserwärmepumpen).

Errichtung einer Anlage zur Beheizung der Gewächshäuser einer Gärtnerei mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen, die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme nutzbar machen

Bei dem Pilotvorhaben der OCER Energie GmbH im niedersächsischen Zetel (Kreis Friesland/Niedersachsen), wird die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme genutzt, um Gewächshäuser einer Gärtnerei ganzjährig, kontinuierlich mit Wärme zu versorgen. Damit kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Erdgasheizung rund die Hälfte des Brennstoffs eingespart werden. Der Ausstoß an klimaschädlichem Kohlendioxid wird um rund 368 Tonnen pro Jahr verringert. Die im Rahmen des Vorhabens benötigte Wärmeenergie soll mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen Brunnenwasser aus rund 30 Meter Tiefe, das ganzjährig ca. 10 Grad Celsius warm ist, gewonnen werden. Zusätzlich soll auch die Abwärme der Gasmotoren genutzt werden. Da an sonnenscheinreichen Tagen eine Beheizung der Gewächshäuser nicht nötig ist, wird die Wärme in dieser Zeit in Wassertanks gespeichert und je nach Bedarf zugeführt. Das Vorhaben kann ein Modell für eine Vielzahl von anderen Gärtnereien und Einrichtungen sein, bei denen die benötigte Energie oft die größten Kosten verursacht und Grundwasser in ausreichender Menge zur Verfügung steht.

Neo Cos Service GmbH, Änderungsantrag Zutagefördern von Grundwasser

Die Firma Neo Cos Service GmbH beantragt die Anpassung der am 14.03.2016 erteilten wasserrechtlichen Erlaubnis gemäß § 8 WHG für die Zutageförderung von Grundwasser aus den Brunnen auf dem Betriebsgrundstück Gemeinde Höxter, Gemarkung Stahle, Flur 3, Flurstück 731, (Im Wesertal 1a, 37671 Höxter) um das Wasser im Rahmen der betrieblichen Versorgung (Wärmepumpe zum Heizen und Kühlen) zu gebrauchen und wiedereinzuleiten. Die beantragte jährliche Fördermenge beträgt 250.000 m³ (bisher 95.000 m³). Eine technische Veränderung der Brunnenanlage ist jedoch nicht beabsichtigt. Die technischen Vorraussetzungen gemäß hydrogeologischem Gutachten bleiben unverändert und erfüllt. Die Mengen pro Stunde und Tag werden nicht verändert. Allein die Betriebsstunden im Gesamtjahr und dadurch die Gesamtmenge an Wasser werden erhöht.

Geothermisches Potenzial - spezifische Wärmeleitfähigkeit und spezifische Entzugsleistung 2017

Allgemeines In den vergangenen Jahren wurde die Erdwärme (Geothermie) in Berlin bereits vielfach genutzt. Seit dem Jahr 2004 stieg die Anzahl der Anlagen zur Nutzung der oberflächennahen Erdwärme von 132 auf rd. 3.500 Anlagen im Jahr 2018 (Stand 30.09.2018). Dieser Trend hält auch weiterhin an und stellt einen wichtigen Faktor beim Energiemix der künftigen Nutzung der erneuerbaren Energien dar. Die Erdwärme ist im Gegensatz zu den meisten anderen erneuerbaren Energieträgern wie Wind, Wasser oder Sonne eine Energieform, die unabhängig von Witterung, Tages- und Jahreszeit nahezu ständig zur Verfügung steht. Der Nutzung der oberflächennahen Erdwärme steht ein ganzes Spektrum von technischen Möglichkeiten zur Verfügung. Alle diese Verfahren benötigen eine Wärmepumpe, die in der Lage ist, die relativ niedrige Temperatur des Untergrundes bzw. des Grundwassers in diesen Tiefen von 8 – 11 °C mit Hilfe von mechanischer / elektrischer Energie auf ein für Heizzwecke geeignetes höheres Temperaturniveau zu bringen. Neben vielen anderen möglichen Verfahren wird heute in Berlin zu 93 % die Erdwärme mit vertikalen Erdwärmesondenanlagen erschlossen (siehe Abb. 1). Erdwärmesonden sind geschlossene Kunststoffrohrsysteme, die in Bohrlöchern installiert werden und in denen ein Wasser-/Sole-Gemisch zirkuliert, welches dem umgebenen, mit Grundwasser erfüllten Gestein die Wärme entzieht. Die Tiefe der Erdwärmesonden liegt in der Regel je nach geologischer und anlagenbedingter Voraussetzung zwischen 40 bis 100 m. Zur Erhöhung der Planungssicherheit dieser Erdwärmesondenanlagen werden hier Potenzialkarten zur spezifischen Wärmeleitfähigkeit (Karten 02.18.1 – 02.18.4) und speziell für Einfamilienhäuser zur spezifischen Entzugsleistung (Karten 02.18.5 – 02.18.12) dargestellt. Hierin sind die dafür maßgeblichen geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse subsummiert. Da der Einbau von Erdwärmesondenanlagen in den Untergrund potenziell mit einem Risiko der Grundwassergefährdung verknüpft ist, werden zum Schutz des Grundwassers bei der Errichtung einer solchen Anlage hohe wasserrechtliche Anforderungen an das Bohrverfahren, die anschließende Bohrlochabdichtung, Drucktests, Dokumentation etc. gestellt. Neuere Forschungsergebnisse, Schadensfälle sowie die stark gestiegene Anzahl der Erdwärmesondenanlagen bestätigen diese Gefährdung immer wieder. Da Berlin sein Trinkwasser zu 100 % aus dem Grundwasser und fast ausschließlich aus dem eigenen Stadtgebiet bezieht, werden deshalb bei der Errichtung einer Erdwärmesondenanlage in dem dafür erforderlichen wasserbehördlichen Erlaubnisverfahren zum Schutz des Grundwassers besonders hohe Anforderungen gestellt. Näheres dazu unter www.berlin.de/sen/uvk/_assets/umwelt/wasser-und-geologie/publikationen-und-merkblaetter/merkblatt_geothermie.pdf Spezifische Wärmeleitfähigkeit Die spezifische Wärmeleitfähigkeit stellt das Vermögen des Gesteins dar, die Wärme weiter zu leiten. Sie ist eine der wichtigsten Kenngrößen im Zusammenhang mit der korrekten Dimensionierung der Erdwärmesondenanlage. Sie ist ein Maß dafür, wie schnell die entnommene Wärme über die im Untergrund anstehenden Gesteine nachgeliefert werden kann. Die Einheit wird in Watt pro Meter * Kelvin [W/mK] angegeben. Die Wärmeleitfähigkeit ist eine gesteinsspezifische Eigenschaft, die vom Mineralgehalt, der Porosität und der Porenfüllung abhängt. Luft ist ein schlechter Wärmeleiter, deshalb haben trockene Sedimente oberhalb des Grundwasserspiegels eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Da Wasser hingegen eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft besitzt, wird der Wert der Wärmeleitfähigkeit des wassergesättigten Gesteins deutlich verbessert. In den Karten zur Wärmeleitfähigkeit sind deshalb die Grundwasserverhältnisse berücksichtigt. Spezifische Entzugsleistung Die spezifische Entzugsleistung ist im Gegensatz zur spezifischen Wärmeleitfähigkeit eine Größe, die von zahlreichen speziellen Randbedingungen insbesondere vom gesteinsspezifischen Wärmetransportvermögen des Untergrundes, aber vor allem auch von technischen Größen der Erdwärmesondenanlagen wie der Anzahl der Betriebsstunden, der gegenseitigen Beeinflussung benachbarter Anlagen, der Bohrlochgröße, der Wärmeleitfähigkeit der Verpressung u. a. abhängt. Die Einheit der spezifischen Entzugsleistung wird in Watt pro Meter [W/m] angegeben. Für eine Heizanlage ohne Warmwasseraufbereitung werden 1.800 Betriebsstunden pro Jahr [h/a] angesetzt; 2.400 h/a sind es bei Anlagen zusätzlich mit Warmwasseraufbereitung (s. u.). Grundwasserfluss Bei Erdwärmesonden ist ein hohes Wärmetransportvermögen des Untergrundes erwünscht, damit die dem Untergrund entzogene Wärme möglichst rasch aus der Umgebung nachgeliefert wird. Die Wärmenachführung erfolgt sowohl durch die Wärmeleitfähigkeit des Gesteins als auch durch den sehr geringen Grundwasserfluss. Da der Grundwasserfluss besonders für die großen Tiefen schwer bestimmbar ist und die (geringe) Fließgeschwindigkeit des Grundwassers zudem überall unterschiedlich ist, wird der Grundwasserfluss hier bei der Berechnung vernachlässigt. Damit sind die Angaben zur spezifischen Entzugsleistung konservativ ermittelt und können als Sicherheitszuschlag für die Sondendimensionierung angesehen werden. Im Übrigen gelten die Angaben zur spezifischen Entzugsleistung nur für die angegebenen Randbedingungen (s. u.).

Entzugsleistung/-energie bei 100 m Brunnenabstand (GWWP)

Die Karte zeigt die thermische Entzugsleistung (in kW) von Grundwasserwärmepumpen (GWWP) für ein Brunnenpaar mit 100 m Abstand (Förderbrunnen zu Schluckbrunnen) und 5 K Temperaturspreizung. Zudem wird in der Objekt-Information die thermische Entzugsenergie (in MWh/a) bei 1.800 Jahresbetriebsstunden wiedergegeben.

Datengüte Potenzial Grundwasserwärmepumpen

Die Karte zeigt die Qualität der Ausgangsdaten zur Ermittlung des geothermischen Potenzials für Grundwasserwärmepumpen.

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