Thermische Nutzung von U-Bahn-Infrastruktur in München

Mischa Schweingruber1, Immanuel Pache2, Kai Zosseder3
1 ERDWERK GmbH
2 Stadtwerke München
3 Technische Universität München

O 4.10 in Geothermische Nutzung im Grundwasser: Auswirkungen, Qualitätssicherung, neue Techniken

22.03.2018, 15:00-15:15, 2

Die Stadtwerke München bieten ihren Kunden unter anderem die Bereitstellung von Fernkälte an. Während die Fernwärme in München zunehmend aus Tiefengeothermie gewonnen wird, stehen für die Fernkälte verschiedene Quellen zur Verfügung. Eine davon ist oberflächennahes Grundwasser aus der quartären Münchner Schotterebene. Unter anderem wird dafür auf vorhandene U-Bahn-Infrastruktur zurückgegriffen: Um unerwünschtes Aufstauen des Grundwassers an den U-Bahn-Tunneln zu verhindern, wurden die Bauwerke beim Bau unterdükert. Heute stellen diese Düker eine ideale Infrastruktur für die thermische Grundwassernutzung dar, da einerseits die Kosten für die Errichtung neuer Brunnen eingespart werden können aber auch, weil durch die bauliche Ausprägung die Entnahme- und Einleitstelle im Aquifer sehr nahe beisammen sein können. Es besteht im Raum München große Nachfrage nach Kälte (und, wo kein Fernwärmeanschluss existiert, dezentral erzeugter Wärme), wovon ein beträchtlicher und wachsender Teil durch oberflächennahe Geothermie gedeckt wird. Durch die dichte Verteilung verschiedener (hauptsächlich thermischer) Grundwassernutzungen in einigen Stadtgebieten, müssen neue Anlagen mit Vorsicht geplant werden, um negative Beeinflussungen bestehender Anlagen zu verhindern. Im Falle der U-Bahn-Düker besteht hier die einmalige Möglichkeit, das Nutzungskonzept in Hinsicht auf Anzahl, Lage und zeitliche Belastung der genutzten Bauwerke optimieren zu können. Die Nutzung weiter entfernter Düker zur besseren Verteilung der Wärmefahne kann hier im Konflikt mit einer Minimierung der Kosten für die Leitungslegung stehen. Die SWM haben in Zusammenarbeit mit ERDWERK und der TU München, Lehrstuhl für Hydrogeologie, bereits mehrere Projekte realisiert und das Vorgehen optimiert. Nach Möglichkeit wird eine kombinierte Kälte-/Wärmenutzung über die Jahreszeiten angestrebt, um den jährlichen Wärmeeintrag in den Aquifer zu beschränken. Für die Planung dieser Anlagen hat sich die numerische hydraulisch-thermische Simulation als unverzichtbares Werkzeug bewährt. Dank der sehr guten hydrogeologischen Datenlage im Stadtgebiet München (s. dazu das Projekt GEPO (Zosseder et al, 2015)) kann der Aquifer sowohl in seiner Geometrie wie auch in der Verteilung der hydraulischen Parameter zu einem gewissen Grad realitätsnah abgebildet werden. Durch einen dreidimensionalen Modellansatz kann auch die komplexe Situation am U-Bahn-Schacht mit den Dükersträngen dargestellt werden. Eine Quelle zusätzlicher Unsicherheit in diesen Modellen ist die thermische Interaktion mit dem liegenden tertiären Grundwasserstauer. Mit diesen Modellen können verschiedene Nutzungskonzepte simuliert, bewertet und untereinander verglichen werden.

Anhand eines Fallbeispiels stellen wir vor, wie für eine kombinierte Kälte-/Wärmenutzung im Münchner Stadtgebiet in einem iterativen Prozess ein angemessenes Betriebskonzept entwickelt wurde, das durch die Nutzung von 4 Dükeranlagen 4 MW Kälte und 1 MW Wärme zur Verfügung stellen soll.

Funktionsprizip der thermischen Nutzung eines U-Bahn-Dükers
Funktionsprizip der thermischen Nutzung eines U-Bahn-Dükers



Stadtwerke München GmbH. (2006). Einsatz von Fernkälte aus Grundwasserüberleitungen für ein Rechenzentrum in München. Abschlussbericht.

Zosseder, K., Chavez-Kus, L., Kerl, M., Arlbarrán-Ordás, A., Beichel, K., Kotyla, P., Somogyi,G. & Albert, K. (2015): GEPO Münchener Schotterebene – Erstellung einer Datengrundlage für die Abschätzung des geothermischen Potenzials im oberflächennahen Untergrund des quartären Grundwasserleiters des Großraum Münchens. – unveröff. Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben, Lst. Für Hydrogeologie, Geothermal Energy Working Group, Technische Universität München, München.



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