Der Datensatz stellt Informationen hinsichtlich oberflächennaher, mitteltiefer und tiefer Geothermie bereit. Die oberflächennahe Geothermie betrachtet die Wärmeleitfähigkeit der Gesteine für Erdwärmesonden bis in 100 Meter Tiefe sowie die geothermische Ergiebigkeit für Erdwärmekollektoren. Hinsichtlich mitteltiefer Geothermie liefert der Datensatz Informationen zur Planung von geothermischen Anlagen bis in 1.000 Meter Tiefe, derzeit für das Rheinland sowie den Nordrand des Rheinischen Schiefergebirges. Für die Planung von tiefen geothermischen Anlagen (Dubletten) bis in mehr als 5.000 Meter Tiefe werden geologische Informationen über die als Zielhorizonte in Frage kommenden Kalksteinschichten zur Verfügung gestellt. Der Datensatz liefert damit wertvolle Eckdaten bezüglich der Nutzungsmöglichkeiten von Erdwärme; beispielsweise zum Beheizen oder Klimatisieren von Gebäuden aller Art. Verfügbare Kartenthemen: Wärmeentzugsleistung für Erdwärmekollektoren; Wärmeleitfähigkeit für oberflächennahe Geothermie in 40, 60, 80, 100 Meter Tiefe; Profildarstellung; Übersichtsdarstellung hydrogeologisch sensibler Bereiche; Locker- und Festgesteinsverbreitung; Bereich erhöhter Fließgeschwindigkeit; Wärmeleitfähigkeit für mitteltiefe Geothermie in 250, 500, 750, 1.000 Meter Tiefe; offene Wärmespeicher (ATES); Dublette; unterkarbonzeitliche sowie devonzeitliche Karbonate als Zielhorizonte (Top, Mächtigkeit, Temperatur, Faziesverteilung).
Für die anstehende Wärmewende spielen Kommunen eine wichtige Rolle, da die Transformation der Wärmeversorgung lokal umgesetzt wird. Für die Kommune bietet das die Chance, diesen Wandel entscheidend mitzuprägen. Eine Herausforderung darin besteht, die Wärmeversorgung so effizient wie möglich umzubauen und gleichzeitig für Bürger und lokale Wirtschaft passend auszugestalten. Der Leitfaden beschreibt in fünf einfachen Schritten – angefangen bei Voruntersuchungen bis hin zur Umsetzung – und mit anschaulichen Beispielen, wie dieser Weg mit effizienten Wärmenetzen mit Niedertemperaturwärmeströmen beschritten werden kann. Auf Tiefengeothermie und Wärmespeicher wird zudem detaillierter eingegangen. Veröffentlicht in Broschüren.
Aufgrund der Volatilität von Sonnen- und Windstrom könnte zukünftig die Bedeutung von Regelleistung zunehmen. Tiefengeothermie kann mit flexiblen Strom-Wärme-Systemen Regelenergie liefern, ohne die Fernwärmeversorgung negativ zu beeinflussen. Dies wurde im Forschungsprojekt GeoFlex auch aus hydrogeochemischer Sicht bestätigt. Zusätzliche Flexibilisierungselemente, wie Wärmespeicher und Wärmepumpen erhöhen das ökonomische und technische Flexibilitätspotential und führen so insgesamt zu einem systemdienlicheren Verhalten. Um das Potential zu erschließen und die Flexibilisierung von Tiefengeothermie zu fördern, müssten unter aktueller Marktlage entsprechende Anreize geschaffen werden. Veröffentlicht in Climate Change | 24/2020.
Im Forschungsvorhaben "Umweltverträgliche Nutzung geothermischer Wärmespeicher" wurde untersucht, welche temperaturbedingten Einflüsse unterirdische thermische Energiespeicher auf die Grundwasserqualität haben. Die Abschätzung der thermischen Auswirkungsräume erfolgte mit numerischen Modellierungen. Temperatureinflüsse auf hydrochemische Prozesse wurde mit analytischen Gleichungen berechnet. Anhand umfangreicher Literaturstudien wurden Temperaturschwellenwerte abgeleitet und ein Prüfschema vorgeschlagen. Aufgrund der hohen Temperaturempfindlichkeit der Grundwasserfauna ist die tolerierbare Temperaturspreizung in sauerstoffreichen Grundwasserleitern stärker einzuschränken als in sauerstoffarmen Grundwasserleitern, wo ohne Sauerstoff keine Grundwassertiere vorkommen. In diesen können sich die Mikroorganismen leichter an veränderte Umgebungsbedingungen anpassen. Veröffentlicht in Texte | 113/2022.
Der Bundestag hat am 24. Mai 2012 einen Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) beschlossen. Bis 2020 soll die Technik bei der Stromerzeugung einen Anteil von 25 Prozent erreichen. Union und FDP stimmten dafür, die Grünen dagegen. SPD und Linke enthielten sich. Das Gesetz sieht eine bessere Förderung von Neuanlagen vor, die ab 2013 den Betrieb aufnehmen. Ebenso sollen bestehende Kraftwerke leichter nachgerüstet und modernisiert werden können. Zudem werden Wärmespeicher gefördert. Diese ermöglichen es, Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zeitweise stärker stromgeführt zu betreiben. Das wiederum gleicht die unregelmäßig anfallende Einspeisung von Strom aus den erneuerbaren Energien aus.
Die tiefe Geothermie ist integraler Bestandteil der Wärmewende und kann darüber hinaus einen signifikanten Beitrag zur Bereitstellung elektrischer Energie liefern Bislang unzureichend untersucht ist die Frage, in wie weit Geothermiebasierte Strom-Wärme-Systeme für eine flexible Deckung des Strombe-darfs, insbesondere der Bereitstellung von Regelleistung genutzt werden können, ohne negative Auswirkungen auf die Wärmeversorgung zu bedingen. Die Studie stellt fest, dass aus hydrogeochemischer Sicht ein flexibler Betrieb des Thermalwasserstroms für die Anlagenkomponenten und das Reservoir, gerade im Molassebecken weitgehend unbedenklich ist. Es ist festzuhalten, dass Erfassung von Messdaten und eine anlagenbezogene Bewertung unersetzlich ist. Die durchgeführte technische Analyse sowie die Simulation der Geothermieanlagen zeigen auf, dass das technische Potenzial der dauerhaften Bereitstellung von positiver und negativer Regelleistung für nahezu alle technischen Flexibilitätsoptionen, insbesondere für Bestandsanlagen gering ist. Ausnahme ist das technische Flexibilitätspotential für die Bereitstellung von positiver Regelleistung durch den Einsatz von Heißwasser- bzw. Thermalwasserspeichern. Hier ist das technische Potential als mittel bis groß einzuschätzen, jedoch steigt auch der technische Aufwand. Das technische Potenzial der positiven und negativen Regelleistungsbereitstellung mit eingeschränkter zeitlicher Verfügbarkeit (also in Zeitscheiben) ist hingegen für nahezu alle Flexibilitätsoptionen mittel bis groß. Folglich besteht ein di-rekter Einfluss der zeitlichen Verfügbarkeit auf das Potenzial der Regelleistungsbereitstellung; der technische Aufwand korreliert mit der Größe der Speichervolumina. Das Gesamtpotential der Regel-leistungsbereitstellung bleibt jedoch insgesamt auf niedrigem Niveau. Verglichen mit konventioneller Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zeigt die Geothermie eine sehr variable Stromkennzahl, wodurch eine sehr große Flexibilität zwischen Strom- und Wärmeerzeugung gewährleistet ist. Weiterhin sind die CO2-Emissionen pro erzeugter Energieeinheit deutlich positiver zu bewerten als bei fossil betriebener KWK. Die ökonomischen Bewertungen zeigen, dass unter aktuellem Preisniveau und Anwendung von technischen Flexibilitätsoptionen die Anlagen nur bedingt wirtschaftlich Regelleistung erbringen können. Anlagen im Bestand mit Unterstützung durch das Spitzenlast-Heizwerk können bereits heute durch Bereitstellung von positiver Sekundärregelleistung zusätzliche (geringe) Gewinne erwirtschaften. Bei Anlagen im Bestand ohne Modifikation bzw. der Erweiterung durch Wärmespeicher ist dies nicht der Fall. Die Verringerung des anzulegenden Werts für Strom aus Geothermie birgt eine verstärkte Ausnutzung des Flexibilitätspotentials und damit ökonomische Vorteile. Anlagen im Bestand und Anlagen mit Spitzenlast-Heizwerk können dann wirtschaftlich negative und positive Sekundärregelleistung vorhalten. Eine Bereitstellung von Flexibilität durch tiefe Geothermiekraftwerke, deren Stromerzeu-gung nach EEG vergütet wird, ist damit ohne zusätzliche Anreize mittelfristig nicht zu erwarten. Eine zeitliche Entkopplung der Stromproduktion von der Wärmenachfrage mit Hilfe von Wärmespeichern ermöglicht eine mehr strompreisorientierte Fahrweise des Geothermiebasierten Strom-Wär-mesystems. Das flexiblere Energiesystem reduziert dabei die Gesamtkosten mittels Maximierung der Erlöse durch Stromeinspeisung ins Netz zu Zeiten mit hohen Strompreisen. Zusätzliche elektrische Wärmeerzeuger (wie in dieser Untersuchung z. B. eine Wärmepumpe) werden bei sehr niedriger Residuallast und damit verbundenen geringen Stromkosten für die Wärmegewinnung eingesetzt. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass aktuell die Bereitstellung von Regelleistung durch Geothermiebasierte Strom-Wärme-Systeme aus hydrogeochemischer und technischer Sicht mit Einschrän-kungen möglich ist. Die zu erwirtschafteten Gewinne sind gering. Aufgrund der (bislang) geringen Anzahl von Geothermie-basierten Strom-Wärme-Systemen ist der systemdienliche Benefit ebenfalls als gering einzustufen. Quelle: Forschungsbericht
Für die anstehende Wärmewende spielen Kommunen eine wichtige Rolle, da die Transformation der Wärmeversorgung lokal umgesetzt wird. Für die Kommune bietet das die Chance, diesen Wandel entscheidend mitzuprägen. Eine Herausforderung darin besteht, die Wärmeversorgung so effizient wie möglich umzubauen und gleichzeitig für Bürger und lokale Wirtschaft passend auszugestalten. Der Leitfaden beschreibt in fünf einfachen Schritten - angefangen bei Voruntersuchungen bis hin zur Umsetzung - und mit anschaulichen Beispielen, wie dieser Weg mit effizienten Wärmenetzen mit Niedertemperaturwärmeströmen beschritten werden kann. Auf Tiefengeothermie und Wärmespeicher wird zudem detaillierter eingegangen. Quelle: www.umweltbundesamt.de
Um den fossilen Energieverbrauch zu reduzieren, sind unterirdische thermische Energiespeicher (UTES), auch Geothermische Wärmespeicher (GTS) genannt, ein Baustein in der Transformation der Wärmeversorgung und Kühlung. Die Speisung solcher Speicher soll über erneuerbare Energieträger und anderweitige Abwärme erfolgen. Das Grundwasser wird dabei thermisch beeinflusst. Der thermische Auswirkungsraum von UTES wurde mit numerischen Simulationen zur saisonalen Pufferung und Wärmespeicherung, zur Gebäudeklimatisierung und zur Nutzung von Überschussstrom (Power-to-Heat) systematisch untersucht und veranschaulicht. Auswirkungen von Temperaturänderung auf hydro- und geochemische Prozesse und die Grundwasserökologie wurden unter Einbeziehung umfangreich recherchierter Fachliteratur untersucht. In sauerstoffreichen (oxischen) Süßwasser-Aquiferen im Lockergestein bedingt die hohe Temperaturempfindlichkeit der Grundwasserfauna zu ihrem vorsorglichen Schutz und zur Aufrechterhaltung ihrer Ökosystemleistungen engere Temperaturschwellen, um Auswirkungen geringfügig zu halten. Weniger restriktive Temperaturgrenzen sind für sauerstoffarme (anoxische) Aquifere ableitbar, in denen sich ein Mikrobiom flexibler an Veränderungen von Wassertemperatur und -beschaffenheit anpassen kann. Mit den abgeleiteten thermischen Geringfügigkeitsschwellen ist eine nachhaltige Bewirtschaftung des Grundwassers auch mit geothermischen Wärmespeichern möglich. Die aufgezeigten Beispiele erleichtern involvierten Planern und Fachleuten im Bereich Geologie, Hydrogeologie, Grundwasserökologie, Geothermie sowie in Behörden eine Abschätzung der thermischen Ge-ringfügigkeit. Thermische Geringfügigkeit bedeutet, dass durch die Nutzung geothermischer Speicher keine nachteiligen Umweltauswirkungen für das Grundwasser bestehen. Quelle: Forschungsbericht
Das Projekt "Teil 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FACT GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist, Kraft-Wärme-Kälte-Anlagen in großen Gebäudekomplexen oder Liegenschaften durch den Einsatz von thermischen Speichern flexibler betreiben zu können, um Lastmanagement zu betreiben und des Stromnetz zu stützen. In einigen Liegenschaften ist das Raumangebot für konventionelle Speicher knapp bemessen, weshalb innovative Latentwärmespeicher mit niedrigerem Platzbedarf eingesetzt werden müssen. Dies soll am Beispiel der DEKRA-Zentrale in Stuttgart untersucht und realisiert werden.
Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DEKRA SE durchgeführt. Ziel des Projektes ist, Kraft-Wärme-Kälte-Anlagen in großen Gebäudekomplexen oder Liegenschaften durch den Einsatz von thermischen Speichern flexibler betreiben zu können, um Lastmanagement zu betreiben und des Stromnetz zu stützen. In einigen Liegenschaften ist das Raumangebot für konventionelle Speicher knapp bemessen, weshalb innovative Latentwärmespeicher mit niedrigerem Platzbedarf eingesetzt werden müssen. Dies soll am Beispiel der DEKRA-Zentrale in Stuttgart untersucht und realisiert werden.
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