Umweltverträgliche Nutzung geothermischer Wärmespeicher

Grundlagenpapier des Umweltbundesamts wird veröffentlicht. BGD ECOSAX GmbH hat maßgeblich an der Studie mitgearbeitet

Energie zwischenspeichern? Wärme oder Kälte aus Erdwärme und aus dem oberflächennahen Grundwasser ziehen? Was ist dabei zu beachten und welche Auswirkungen hat das auf die Umwelt und das Grundwasser selbst? Diesen und weiteren Fragen ist das Forschungsvorhaben „Umweltverträgliche Nutzung geothermischer Wärmespeicher“ des Umweltbundesamtes (UBA) nachgegangen.

Grundwasser als Energiespeicher der Zukunft?

Dabei haben die drei Partner - reconsite GmbH, AKVO GmbH und BGD ECOSAX GmbH – in einer Forschungsgemeinschaft untersucht, welche temperaturbedingten Einflüsse unterirdische thermische Energiespeicher auf die Grundwasserqualität haben. Die gemeinsam erarbeiteten Ergebnisse und Handlungsempfehlungen sind nun in der Textreihe 113/2022 des Umweltbundesamtes (UBA) erschienen (kostenfreier DOWNLOAD).

„Das ist ein Meilenstein für die Betrachtung des oberflächennahen Grundwassers als Energiespeicher der Zukunft unter Beachtung ökologischer Kriterien“, so Dieter Poetke, Geschäftsführer der BGD ECOSAX GmbH und Mitautor der Studie.

Im Kern geht es darum, den Verbrauch fossiler Energieträger zu reduzieren. Dabei helfen sollen unterirdische thermische Energiespeicher (UTES). Sie bilden einen Baustein in der Transformation zu klimaneutralen Energieträgern, insbesondere bei der Wärmeversorgung und Kühlung, u. a. bei der Gebäudeklimatisierung. „Die Speisung solcher Speicher soll über erneuerbare Energieträger und anderweitige Abwärme erfolgen“, wie die Autoren in der Studie des UBA schreiben.

Zu diesem Zweck wurden die thermischen Auswirkungen von UTES mit verschiedenen Modell-Simulationen „zur saisonalen Pufferung und Wärmespeicherung […] systematisch untersucht und veranschaulicht.“ Anhand einer umfangreichen Literaturrecherche wurden die Auswirkungen von Temperaturänderungen auf hydro- und geochemische Prozesse und die Grundwasserökologie untersucht und bewertet, um Schwellenwerte für die thermische Geringfügigkeit abzuleiten. Dieser Teil der Auswirkungsanalyse für den thermischen Input im oberflächennahen Grundwasserhorizont wurde maßgeblich durch Dr. Kai-Uwe Ulrich, Dr. Bernd Schreiber und Adrian Horn von der BGD ECOSAX GmbH bearbeitet.

Power-To-Heat – Stromüberschuss und Grundwasserspeicher im Zusammenspiel

„Die Nutzung von Überschussstrom, dem sogenannten Power-to-Heat, und dessen Auswirkung auf den Grundwasserkörper ist wichtig in der Betrachtung, wenn es darum geht zu verstehen, wie wir in Zukunft beispielsweise überschüssige Sonnen- oder Wärmeenergie speichern können. In unserer Forschungsgemeinschaft wurden hierfür unterschiedliche Speicherleistungen in mehreren Zeiträumen modelliert“, erläutert Mitautor Dieter Poetke. „Die instationären Modellansätze der Forschungsgemeinschaft umfassen einen Zeitraum von 25 Jahren bei einer Speicherleistung von 30 kW, 500 kW, 1.000 kW und 2.000 kW. Darüber hinaus wurde das Abklingverhalten von geothermischen Speichern über 125 Jahre modelliert.“

Das Fazit der Studie: „Mit den abgeleiteten thermischen Geringfügigkeitsschwellen ist eine mit dem Primat des Grundwasserschutzes für die Daseinsvorsorge kompatible Bewirtschaftung des Grundwassers auch mit geothermischen Wärmespeichern möglich.“ Das heißt, dass durch die Nutzung des Grundwassers als Energiespeicher keine „nachteiligen Umweltauswirkungen […] bestehen“, sofern die Temperaturschwellen für sauerstoffreiches (restriktiver) und sauerstoffarmes (weniger restriktiv) Grundwasser eingehalten werden.