Geo-Resume - Nachhaltige Bewirtschaftung großer oberflächennaher Geothermieanlagen durch Regeneration mit Solar-, Umwelt- und Abwärme (BMWK)

Erdgekoppelte Wärmepumpen mit Erdwärmesonden (EWS) können bei der Erzeugung von Raumwärme, Warmwasser und Klimakälte auf Grund ihrer Effizienz und Netzdienlichkeit einen maßgeblichen Beitrag für die zukünftige, auf regenerativen Ressourcen basierende Energie-versorgung leisten. Das Forschungsprojekt Geo-Resume widmet sich der Fragestellung, wie sich realisierte Erdwärme¬sonden-Felder im laufenden Arbeitsbetrieb tatsächlich verhalten und welche technischen und wirtschaftlichen Potenziale zu ihrer Optimierung bestehen. Ziel ist es, die Bewertungsgrundlage für Planung, Genehmigung und Betrieb von EWS-Feldern zu verbessern und Werkzeuge bereitzustellen, die einen nachhaltigen und leistungsoptimierten Betrieb – z. B. mittels thermischer Regeneration – ermöglichen. Dazu wird auf Grundlage einer Messkampagne an realisierten Anlagen eine Zustandsanalyse durchgeführt. Mittels Modellierung und Simulation werden die Energietransporte zwischen Anlage und dem geologischen Untergrund rationalisiert und bewertet. Die Modelle werden an Hand der vermessenen Anlagen validiert und liefern auf diese Weise eine verlässliche Grundlage zur Bewertung von apparativen und verfahrenstechnischen Maßnahmen, die zur Optimierung geothermischer Anlagen führt. Maßnahmen zur thermischen Regeneration stehen im Vordergrund.

Das Projekt ist als wissenschaftliches Verbundprojekt des ISFH (Institut für Solarenergieforschung GmbH) und der Universität Göttingen konzipiert. Die Projektdurchführung erfolgt in Kooperation mit dem Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie des Landes Niedersachsen (Holger Jensen und Thomas Blöthe) und in enger Zusammenarbeit mit vier weiteren geologischen Diensten, sechs Planungsbüros sowie zehn Anlagenbetreibern.

Die Arbeiten an der Universität Göttingen beschäftigen sich mit dem Untergrundbereich von EWS-Feldern und –Clustern. Betrachtet werden eine Bestandsanlage und eine Neuanlage. Zunächst erfolgt die Beschaffung, Aufbereitung und Interpretation von untergrundseitigen (geologischen, hydrogeologischen und geothermischen) Standortdaten. Es erfolgt auch eine Instrumentierung von Messstellen oder Bohrungen. Die erhaltenen Daten werden dann mittels hydraulisch-geothermischer Modellierung (FEFLOW) zusammengeführt. Damit ist es möglich, die Grundwasserströmung und den konvektiv-konduktiven Wärmeenergietransport stationär und instationär in 3D numerisch zu simulieren. Die hydraulische und thermische Heterogenität des Untergrunds und der grundwasserbasierte Wärmeenergietransport können somit berücksichtigt werden. Im Vergleich zu Modellen, die zur Simulation geothermischer Anlagen entwickelt worden sind, können auf diese Weise auch komplexe Untergrundszenarien im Hinblick auf den Aufbau sowie die darin ablaufenden Strömungs- und Wärmetransportprozesse abgebildet und Parametersensitivitäten untersucht werden.

Durch Parameterstudien und durch den Vergleich mit Ergebnissen aus der Anwendung von etablierten Planungstools sollen Heterogenitätseffekte und die Grundwassereinwirkung auf den Betrieb der ausgewählten Anlagen untersucht und quantifiziert werden. Ebenso sollen Optimierungs- und Regenerationskonzepte hinsichtlich ihrer Integrierbarkeit in EWS-Anlagen betrachtet und wirtschaftlich bewertet werden. Somit soll ein Beitrag zur technisch-ökonomischen Anlagenoptimierung geleistet werden.