Tiefengeothermie - eine zukunftsfähige Energieversorgung für Arnsberg

Tiefengeothermie - eine zukunftsfähige Energieversorgung für Arnsberg
@Stadtwerke Arnsberg

Die jetzige Energieversorgung ist nicht zukunftsfähig. Sie muss langfristig umwelt- und klimaverträglich gestaltet werden. Auch und gerade aufgrund der Katastrophe in Fukushima ist ein schnellerer Umstieg von Atomenergie auf erneuerbare Energien erforderlich, eine gewaltige Herausforderung. Diese Herausforderung anzunehmen und zu gestalten, ist eine große Aufgabe, auch für die Energieversorgung der Stadt Arnsberg. Wir haben uns dieser Aufgabe schon früh mit Mut und Weitsicht gestellt.

Wir arbeiten für eine zukunftsfähige Energieversorgung der Stadt Arnsberg, die auf drei Säulen beruht:

- Energie einsparen
- Energieeffizienz steigern
- erneuerbare Energien nutzen

Die Erforschung, Entwicklung und Erprobung neuer Technologien sind dringend notwendig, um Erfahrungen in der Anwendung zukunftsfähiger Energieversorgungslösungen zu gewinnen. Eine neue Technologie ist die Geothermie oder genauer die Tiefengeothermie.

Es bedarf größter Anstrengungen, diese Zukunftstechnologie zum Durchbruch zu führen. Die Städte Arnsberg und Zürich sowie die RWTH Aachen unternehmen gegenwärtig solche Anstrengungen. Gemeinsam verfolgen sie alle das Ziel, die Erdwärme in der Tiefe mit Hilfe einer „Leitung“, d.h. mit Hilfe einer sogenannten Tiefe-Erdwärmesonde (TEWS), mit höchstmöglicher Effizienz an die Erdoberfläche zu fördern.

Erdkern

Die Geothermie ist eine junge, noch weiter zu entwickelnde Technik, die die Wärme aus dem Erdinneren -eine erneuerbare Energie- zur Energieversorgung nutzt.

Quelle: www.geophysik.de

Pilotprojekt Tiefengeothermie in Arnsberg

Unser Pilotprojekt Tiefengeothermie ist ein hochinnovatives und komplexes, aber auch mit Risiken behaftetes Vorhaben auf dem Weg zu einer zukunftsfähigen Energieversorgung. Es findet in einer bisher nicht erforschten Tiefe statt und soll eine neue Technik des "Transports" der Energie aus der Tiefe der Erde hervorbringen. Deshalb gibt das Land NRW Zuschüsse zu den Kosten des Projektes.

Das Projektbudget beläuft sich auf rund 3,35 Mio. EUR. Davon tragen die Stadtwerke Arnsberg 2,5 Mio. EUR und das Land NRW 0,85 Mio. EUR.

Hintergrund des Arnsberger Projektes bildet das Wissen, dass die Erde nahezu „unendliche“ Wärmereserven in erreichbarer Tiefe besitzt. Die Geologen gehen davon aus, dass man auch im Sauerland mit einer Temperaturzunahme von ca. 30 °C je Kilometer Tiefe rechnen kann. Dieses Potenzial soll mithilfe einer Tiefe-Erdwärmesonde (TEWS) genutzt werden.

Prinzip Tiefe Erdwärmesonde

Prinzip ‚Tiefe Erdwärmesonde’

  • hydraulisch geschlossener Kreislauf in einem Koaxialrohrsystem
  • Wärmeträgermedium Klarwasser
  • Wärmeübertragung aus Umgebungsgestein
  • Wärmeabgabe an Verbraucher über Wärmetauscher
  • Spitzenlastkessel (z.B. Gas) mit hoher Leistung, aber geringen Betriebszeiten
  • geeignet als Grundlastsystem


Vorteile des geschlossenen Systems

  • nur eine Bohrung erforderlich
  • kein Fündigkeitsrisiko (Aquifer)
  • geschlossenes Leitungssystem
  • wartungsarm und verschleißfrei
  • langlebig und betriebssicher
  • umweltverträglich, da kein Stoffaustausch

Herzstück der Anlage ist ein ca. 2.835 m tiefes Bohrloch, in dem ein geschlossenes Wassersystem zur Zirkulation gebracht wird. Das so erwärmte Wasser gibt seine Energie über einen Wärmetauscher an die Verbraucher ab. Die Verbraucher erhalten einen Anschluss an eine quasi unerschöpfliche Energiequelle zur Wärmegewinnung und Brauchwassererwärmung.

Phasen des Pilotprojektes Tiefengeothermie in Arnsberg

1. Bauabschnitt 2006 bis 2008:
Tiefengeothermiebohrung erfolgreich abgeschlossen:
'Tiefste Geothermiebohrung in NRW'

Die Tiefengeothermiebohrung wurde am 25.01.2008 mit einer Tiefe von 2.835 m erfolgreich abgeschlossen. Es zeigte sich, dass das in dieser Tiefe liegende Gestein ca. 90 °C heiß ist. Die Bohrung wurde mit einem Stahlrohr und mit hoch wärmeleitfähigem Zement gesichert.

Die im Rahmen der Geothermiebohrung Arnsberg gewonnenen geologischen Erkenntnisse wurden ausgewertet und dienen als Grundlage für die weiteren Bauabschnitte. Es handelt sich um die tiefste Geothermiebohrung in Nordrhein-Westfalen.

2. Bauabschnitt 2008 bis 2011:
Erforschung, Entwicklung und Einbau eines neuen Transportsystems für die Geothermie (Tiefe-Erdwärmesonde - TEWS)

Januar 2008 bis August 2008: Innenrohr war nicht praxistauglich

Außenrohr:
Während der Bohrung wurde das gesamte Bohrloch mit Stahlrohren ausgekleidet. So wurde verhindert, dass instabile Bereiche des durchbohrten Gesteins ins Bohrloch fallen. Die Stahlrohre bilden also das Außenrohr.

Innenrohr:
In der Zeit vom 31.07.2008 bis 05.08.2008 wurde ein Innenrohr als Transportleitung für das aufsteigende heiße Wasser eingebaut. Diese Transportleitung, die in der Mitte des Außenrohres bis in eine Tiefe von 2.825 m reicht, erwies sich nicht als praxistauglich und wurde wieder entfernt. Das Bohrloch blieb seitdem frei und ist mit Wasser gefüllt.

Januar 2009 bis November 2011: Moratorium

Wir haben uns mit der Bohrfirma darauf verständigt, Erfahrungen vergleichbarer Tiefengeothermieprojekte in Aachen und Zürich abzuwarten, die als Schlussfolgerung aus den Erfahrungen in Arnsberg "Transportleitungen" aus anderen Werkstoffen bzw. Baukonstruktionen entwickeln.

Das Geothermieprojekt in Zürich hat mittlerweile eine funktionierende Transportleitung aus glaserfaserverstärktem Kunststoff eingebaut.

Gegenwärtig prüfen wir mit der Bohrfirma, ob die Leistungsfähigkeit des „Innenrohres“ aus dem Geothermieprojekt in Zürich hinsichtlich des „Wärmeertrages“ gesteigert werden kann. In unserem Auftrag ermittelt die Ruhr-Universität Bochum die Wärmeeffizienz und die sich daraus ergebende Wirtschaftlichkeit verschiedener baulicher Varianten. Das Rohr wird anschließend noch einmal durch ein qualifiziertes Materialprüfungsinstitut auf mechanische und thermische Belastungen getestet.

Die ersten Ergebnisse aus Bochum liegen vor. Danach ist es möglich, mit der Lösung Zürich auch in Arnsberg erfolgreich zu sein.
Deshalb werden wir diese Lösung optimieren und haben Fachplaner beauftragt, die Einbindung der Wärme aus Geothermie optimal in die Haustechnik des Nass einzubinden.

Die Ergebnisse der Untersuchungen und Berechnungen des „Internationalen Geothermiezentrums“ der Ruhruniversität Bochum liegen vor. Danach ist es möglich, mit der Züricher Lösung etwa die Hälfte der geplanten Wärmeenergiemenge im NASS einzusetzen.

Dies reicht den Stadtwerken und den beteiligten Firmen allerdings nicht aus. Deshalb hat die Firma „Daldrup“ eine völlig neue  Tiefe-Erdwärmesonde (TEWS) entwickelt, die gegenwärtig einem „Stresstest“ (mechanische und thermische Belastung) in einem Fachinstitut der Technischen Universität Clausthal-Zellerfeld ausgesetzt wird. Die Entwicklung stellt eine weltweite Neuheit dar.

Der Stresstest der Technischen Universität Clausthal-Zellerfeld ist abgeschlossen. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse aller Versuche der letzten 3 Monate, dass die von der Firma Daldrup neu entwickelte Tiefenerdwärmesonde gute mechanische Eigenschaften hat und für den Einsatz im Projekt 'Große Wiese' geeignet ist. Außerdem hat die Technische Universität Clausthal-Zellerfeld theoretische Berechnungen angestellt. Diese bestätigen die praktischen Ergebnisse des Stresstests.

Zurzeit erarbeitet die Firma Daldrup für diese neue Sonde ein Einbaukonzept mit Kostenberechnungen, welches uns bis Ende Oktober vorliegen soll. Die Firma Daldrup geht davon aus, dass Einbau und Probebetrieb der völlig neu entwickelten Tiefe-Erdwärmesonde noch bis Ende 2011 möglich sind.

24.10.2011 - Öffentliche Vorstellung der neu entwickelten Tiefe-Erdwärmesonde (TEWS) für Arnsberg

Die von den Firmen Daldrup & Söhne AG (Ascheberg) und aquatherm GmbH (Attendorn) entwickelte Sonde wurde der Öffentlichkeit am 24.10.2011 vorgestellt.

Es handelt sich hierbei um ein Kompositrohr, dessen äußerer Mantel aus Stahl ist und das innere, wasserführende Rohr, aus Polypropylen (PP). Das äußere Stahlrohr gewährleistet die mechanische Stabilität, wogegen das PP-Rohr wegen seiner geringen Wärmeleitfähigkeit einen schnellen Transport des heißen Wassers an die Erdoberfläche garantiert.

Die Materialkombination, die hier eingesetzt wird, ist eine Weltneuheit. Sie wurde noch nie zuvor bei Tiefengeothermiebohrungen eingesetzt. Während die bisher angewendeten GFK-Rohre in den USA produziert und in den Niederlanden gefertigt wurden, wird das PP-Rohr in Attendorn produziert und auf der Baustelle in Arnsberg mit dem Stahlrohr zusammengefügt, was somit für uns eine „regionale und westfälische Lösung" bedeutet.

Die neue Erdwärmesonde wurde von der TU Clausthal-Zellerfeld rechnerisch und labortechnisch geprüft. Alle Tests sind positiv verlaufen und bestätigen, dass diese neu entwickelte Sonde für den Einsatz im Pilotprojekt Tiefengeothermie in Arnsberg geeignet ist.

3. Bauabschnitt 2011:
Produktion der neu entwickelten TEWS

Die Firma aquatherm GmbH hat mit der Produktion des PP-Rohres begonnen. Das einbaufertige Rohr wird bis spätestens Mitte November 2011 zur Verfügung stehen.

4. Bauabschnitt 2011 / 2012:
Einbau der TEWS

Mit dem Einbau der neu entwickelten Tiefe-Erdwärmesonde (TEWS) ist im Dezember begonnen worden. Der Einbau erfolgt mittels leistungsfähiger Kräne und eines kleinen Gerüstes. Der weitere Aufbau einer Bohranlage ist hierzu nicht mehr erforderlich. Die Arbeiten werden nur werktags und tagsüber durchgeführt.

Der Einbau der Tiefe-Erdwärmesonde (TEWS) wurde in der ersten Februarwoche 2012 erfolgreich abgeschlossen! Die Sonde, eine Kombination aus Stahl und Kunststoff (Polypropylen), ist ohne nennenswerte technische Probleme bis zu einer Tiefe von 2.800 m niedergebracht worden. Die Bergbaubehörde hat die Arbeiten intensiv begleitet. Am 8. Februar 2012 hat die Firma Daldrup mit dem Einbau der Zirkulationspumpe begonnen. Zeitgleich erfolgen die hierfür erforderlichen, vorbereitenden Arbeiten in der Haustechnik des Freitzeitbades Nass.

5. Bauabschnitt 2012:
Probebetrieb

Der Probebetrieb läuft seit 9. Februar 2012.  Bitte beachten Sie hierzu die gemeinsame Presseerklärung der Stadtwerke Arnsberg, der Daldrup & Söhne AG und der aquatherm GmbH vom 21.03.2012, "Neue Energie für Arnsberg".

Wir gehen davon aus, dass das zur Verfügung gestellte Investitionsbudget von 3,35 Mio. EUR ausreicht.

Wir freuen uns ganz besonders, dass wir hier mit einer ’Westfälischen Lösung’, d.h. mit Unterstützung und Beteiligung von westfälischen Unternehmen aus Ascheberg, Attendorn und Arnsberg, dieses Pilotprojekt Tiefengeothermie gemeinsam erfolgreich umsetzen können.

22.06.2012: Zuverlässige Wärme aus 2.835 m Tiefe

Die Tiefengeothermieanlage liefert seit Anfang Februar erfolgreich heißes Wasser in das Freizeitbad Nass.

Das Planziel von 55°C heißem Wasser an der Erdoberfläche wurde erreicht. Mit diesem heißen Wasser sichert das Freizeitbad Nass seinen Besuchern eine angenehme Raumtemperatur, ohne gefährliches CO2, ohne lange Transportwege und ständig erneuerbar. Die Energiewende ist hier konkret gelungen.

Stand: 22.06.2012