Potentialanalyse des Grundwassers für thermische Nutzungen

Cornelia Steiner1, Gregor Götzl1, Martin Fuchsluger1
1 Fachbereich Hydrogeologie und Geothermie, Geologische Bundesanstalt

O 4.9 in Geothermische Nutzung im Grundwasser: Auswirkungen, Qualitätssicherung, neue Techniken

22.03.2018, 14:45-15:00, 2

Im Rahmen einer Förderung des EU Interreg Programms Central Europe wurde im Projekt GeoPLASMA-CE („Shallow Geothermal Energy Planning, Assessment and Mapping Strategies in Central Europe“) eine harmonisierte Methode für die Berechnung des geothermischen Potentials von Grundwasserwärmepumpen (GWWP) entwickelt. Angewendet wird die Methodik in ausgewählten Pilotgebieten der teilnehmenden Länder Deutschland, Österreich, Polen, Slowakei, Slowenien und Tschechien. Aufbauend auf die somit erstellten Potentialkarten werden moderne Planungs- und Bewirtschaftungskonzepte für die Nutzung der oberflächennahen Geothermie erarbeitet.

Das geothermische Potential für GWWP ist maßgeblich von Verfügbarkeit und Temperatur des Grundwassers sowie von der Betriebsweise der Anlage abhängig, wobei gesetzliche Vorgaben die nutzbare Temperaturspreizung beeinflussen. Dementsprechend wurden folgende Parameter als Potentialanzeiger für GWWP identifiziert, die auf den Ergebniskarten im GeoPLASMA-CE Webportal (www.geoplasma-ce.eu) veröffentlicht werden:

  1.  Aquiferbegrenzung: Gebiet mit einer generellen Grundwasserverfügbarkeit.
  2. Thermische Produktivität: Grundwassertemperatur [°C] und verfügbare Temperaturspreizung pro Berechnungsfläche [K].
  3. Energieinhalt: Verfügbare Energie für ausgeglichene und einseitige Nutzung pro Berechnungsfläche [MWh/Flächeneinheit/Jahr].
    Der jährlich zur Verfügung stehende Energieinhalt für eine ausgeglichene Nutzung (Heizen und Kühlen) stellt die im gesättigten Aquifer gespeicherte Energie dar. Für die einseitige Nutzung (Heizen oder Kühlen) wird der durch die Temperaturänderung im Aquifer entstehende Wärmefluss von der Oberfläche und von den unterlagernden geologischen Einheiten berücksichtigt.
  4. Hydraulische Produktivität: Maximal verfügbare Brunnenleistung für Grund- und Spitzenlast im Aquifer [m³/s].
  5. Thermische Leistung: Maximal verfügbare thermische Leistung für Grund- und Spitzenlast pro Berechnungsfläche [MW/Flächeneinheit]

Die Methode ist hierarchisch aufgebaut, so dass die jeweils erst genannten Parameter die Basis für die analytischen Berechnungen der höher gereihten Parameter darstellen (siehe Abbildung 1). Die Berechnungen können abschnittsweise auf die gesetzlichen Rahmenbedingungen und die Datenverfügbarkeit in den Pilotgebieten adaptiert werden. Als Berechnungsfläche werden je nach Pilotgebiet entweder Rasterzellen, Stadtteile oder hydrogeologische Einheiten gewählt.

Eine Validierung der Methode erfolgte bereits für das Pilotgebiet Wien anhand einer numerischen Modellierung mit der Software FEFLOWTM. Durch die Gegenüberstellung der verfügbaren Gesamtenergie für 20 Jahre aus den analytischen Berechnungen mit der Simulation konnte neben einer ersten Abschätzung zur Genauigkeit der Methode auch ein Gewinnungsfaktor von rund 0.8 bestimmt werden. Bei einer Integration des Gewinnungsfaktors in die Potentialberechnung können so Summationseffekte, die durch eine gegenseitige Beeinflussung von Nutzungen entstehen, berücksichtigt werden.

Allgemeiner Ablauf zur Bestimmung der Potentialparameter für Grundwasserwärmepumpen
Allgemeiner Ablauf zur Bestimmung der Potentialparameter für Grundwasserwärmepumpen



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