Umweltverträgliche Nutzung geothermischer Wärmespeicher
Creators: name: Hiester, Uwe
name: Jungk, Volker
name: Canzler, Wolfram
Publisher: name: Umweltbundesamt
Year: 2022
Subjects: subject: Erdwärme
subject: Modellierung
subject: Geothermie
subject: Nachhaltiges Grundwassermanagement
subject: Temperaturgeringfügigkeitsschwellen
subject: Grundwasserökologie
subject: Klima | Energie
subject: Wasser

description: 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
description: To reduce fossil energy consumption, underground thermal energy storage (UTES), also called geothermal heat storage (GTS), is a building block in the transformation of heating and cooling. Such storage facilities are to be fed by renewable energy sources and other waste heat. The groundwater is thermally influenced. The thermal impact space of UTES has been systematically investigated and illustrated with numerical simulations for seasonal buffering and heat storage, building airconditioning and use of excess electricity (power-to-heat). Effects of temperature change on hydro- and geochemical processes and groundwater ecology were investigated by including extensively researched literature. In oxygen-rich (oxic) freshwater aquifers in unconsolidated rocks, the high temperature sensi-tivity of groundwater fauna necessitates tighter temperature thresholds for their precautionary protection and maintenance of their ecosystem services to keep impacts minor. Less restrictive temperature thresholds can be derived for low-oxygen (anoxic) aquifers, where a microbiome can adapt more flexibly to changes in groundwater temperature and properties. With the derived thermal thresholds of insignificance, sustainable groundwater management is also possible with geothermal heat storage. The examples shown make it easier for involved planners and experts in the fields of geology, hydrogeology, groundwater ecology, geothermal energy as well as in authorities to estimate the thermal insignificance. Thermal insignificance means that the use of geothermal reservoirs has no adverse environmental impact on groundwater. Quelle: Forschungsbericht
description: 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.