Thermisches Grundwassermanagement für die dezentrale Wärme- und Kältebereitstellung in München mit Hilfe der Kopplung eines stadtweiten thermischen Grundwassermodells mit einem Energieinfrastrukturmodell

München liegt inmitten der Münchener Schotterebene, einem äußerst produktiven und oberflächennahen Grundwasserleiter. Dadurch besteht in der Stadt ein großes Potenzial einen signifikanten Anteil seiner Heiz- und Kühllasten mit thermischer Grundwassernutzung zu decken. Zudem ist in München, wie in den meisten Städten, ein Urban Heat Island Effekt erkennbar, der sich durch anthropogen beeinflusste eingetragene Wärme auch bis in den Untergrund verlagert. Dieser Effekt steigert die Effizienz von Grundwasserwärmepumpen und somit den regenerativ erzeugbaren Wärmeanteil. Aktuell existieren bereits über 2800 thermische Nutzungen, die relativ zufällig über das Stadtgebiet verteilt sind. Da durch den dicht besiedelten Ballungsraum ein Überschuss an Energie in das Grundwasser eingetragen wird, hat ein zielgerichteter Ausbau von Grundwasserwärmepumpen eine positive Wirkung auf den thermischen Zustand des Grundwassers und trägt gleichzeitig zur Primärenergieeinsparung und Dekarbonisierung der Stadt bei. Aufgrund der bereits dichten Nutzerstruktur in der Stadt wird es allerdings immer aufwändiger die zeitlich hoch dynamischen Wechselwirkungen von bestehenden und geplanten thermischen Anlagen genehmigungsrechtlich und energetisch ganzheitlich zu bewerten.

Aus diesem Grund werden Genehmigungen häufiger restriktiv gehandhabt und das bestehende Potenzial für thermische Nutzung und CO₂-Einsparungen bleibt zum Großteil ungenutzt. Daher ist ein Werkzeug für ein optimiertes thermisches Grundwassermanagement nötig, dass nicht nur Genehmigungsbehörden unterstützen, sondern auch Stadtplanern und Versorgern zur Verfügung steht, um Energiestrategien auf dem Fundament von ganzheitlichen und dynamischen Optimierungsergebnissen aufzustellen und umzusetzen.

Im Rahmen des BMWi geförderten Projekts GEO.KW (2019-2021) wurde daher ein flexibles Management- und Optimierungs-Tool für die thermische Nutzung der Energiequelle Grundwasser entwickelt. In einem interdisziplinären Ansatz, wird ein thermisch-hydraulisches Grundwassermodell mit einem linearen Modell zur Energiesystemoptimierung gekoppelt. Hierbei wird der Wärme- und Kältebedarf hochaufgelöst mit dem Potenzial der thermischen Grundwassernutzung verschnitten. Als Kostenfaktor für die Optimierung werden Treibhausgasemissionen, Investitions- und Betriebskosten sowie möglichst eine stadtweite ausgeglichene Wärmebilanz im Grundwasser herangezogen. Um die Ergebnisse für Genehmigungsbehörden, Energieversorger und Stadtplaner anwendbar zu machen, wurde eine Web-App entwickelt, die eine einfache Abfrage von planungsrelevanten Daten ermöglicht, Machbarkeitsanalysen durchführt und den Bewertungsprozess von geplanten Anlagen entscheidend vereinfacht. Im Anschluss des Forschungsprojekts werden die entwickelten Werkzeuge seitens der Stadt München und dem Wasserwirtschatsamt München übernommen und ggf. weiterentwickelt. Die erarbeiteten Werkzeuge und Methoden sind auch in andere Städte übertragbar.