Handbuch Oberflächennahe Geothermie

842 Pages·2018·46.814 MB·German

by  Mathias Bauer, Willi Freeden, Hans Jacobi, Thomas Neu

Handbuch Oberflächennahe Geothermie
· · ·
Mathias Bauer Willi Freeden Hans Jacobi
Thomas Neu
Hrsg.
Handbuch Oberflächennahe
Geothermie
Herausgeber
MathiasBauer HansJacobi
Lehr-undForschungsgebiet Jacobi&PartnerIndustrieberatung
„Arbeits-und Essen
Gesundheitsschutz“ Deutschland
RWTHAachen
Aachen ThomasNeu
Deutschland Bergbau-Energie-Umwelt-Infrastruktur
proG.E.O.IngenieurgesellschaftmbH
WilliFreeden Saarbrücken
Lehr-undForschungsgebiet„Geomathematik“ Deutschland
TUKaiserslautern
Kaiserslautern
Deutschland
ISBN978-3-662-50306-5 ISBN978-3-662-50307-2(eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-50307-2
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Vorwort
DerBeitragdererneuerbarenEnergienbeiderEnergieversorgungwächstständig.Großes
Entwicklungspotenzial unter den Erneuerbaren Energien besitzt die Erdwärmenutzung
mitihremfürmenschlicheDimensionenunerschöpflichenEnergievorrat.Erdwärmewird
genutzt zum Heizen und Kühlen und zur stabilen Grundversorgung von Strom. Den
Vorteilen – z.B. saisonale Unabhängigkeit von Wind, Sonne und anderen Wetterphäno-
menen, lokale autarke Produktion, umweltfreundlicher Charakter, optisch unauffälliger
und geringer Flächenbedarf, optimale Energieausnutzung – stehen Risikomanagement
und Umweltaspekte gegenüber. Insgesamt ist die Ressource Geothermie von größter
BedeutungundeinwesentlicherBestandteilkünftigerEnergieversorgung.
Oberflächennahe Geothermie nutzt Bohrungen bis zu einer Tiefe von etwa 400m.
Die dort vorherrschenden Temperaturen von etwa 25◦C ermöglichen ein Beheizen und
Kühlen von Gebäuden und technischen Anlagen. Erdwärme wird in offenen und ge-
schlossenen Systemen gewonnen. Zu den offenen Systemen zählen Brunnenanlagen, zu
den geschlossenen Systemen gehören Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren, Koaxial-
sonden und Energiepfähle. In der oberflächennahen Geothermie ist zumeist der Einsatz
von Primärenergie, z.B. einer Wärmepumpe, unvermeidlich. Für die Stromerzeugung
ist die oberflächennahe Geothermie weniger geeignet, dies erfordert den Einsatz Tiefer
Geothermie(vgl.HandbuchTiefeGeothermie,SpringerSpektrum,2014).
Das vorliegende Handbuch stellt umfassend das Themenspektrum im Bereich Ober-
flächennaheGeothermiedar.EsvermitteltGrundlagenwiedasWärmepotentialderErde,
die oberflächennahe Geologie, geophysikalische Grundlagen, mathematische Methoden,
Risikomanagement und Bohrtechniken. In den angewandten Kapiteln geht es wesent-
lich um Geothermieprojekte aus Sicht eines Bauherrn, u.a. um Heizlastberechnung,
Projektmanagement, Umweltaspekte, Finanzierung und Fördermöglichkeiten sowie die
Dimensionierung von Anlagen. Auch verfahrenstechnische Grundlagen, Maschinen-
technik, Qualitätssicherung, Fragen der Kommunikation und Akzeptanz wie auch der
ArbeitssicherheitunddesGesundheitsschutzesfindenBehandlung.
DieverschiedenenBeiträgeimvorliegendenHandbuchvonunterschiedlichenExperten
sollen dem interessierten Leser mehr Wissen vermitteln. Sie widmen sich explorati-
ven, planerischen, rechtlichen, technischen, wirtschaftlichen und sicherheitsrelevanten
V
VI Vorwort
AspektenderBeschäftigungmitoberflächennaherErdwärmeinderRegionDeutschland,
ÖsterreichundderSchweiz.
Alles in allem ist ein umfassender Überblick in der inhaltlich-kanonischen Abfolge
einesoberflächennahenGeothermieprojektesangestrebt:
(cid:129) ProspektionundExploration,
(cid:129) ProjektmanagementundPlanung,
(cid:129) RealisierungundBau,
(cid:129) NutzungundErfahrung,
(cid:129) Perspektiven.
Wesentliches Ziel ist die wissenschafts- und technologiebasierte Information über ad-
äquate geowissenschaftliche Vorabinformation, Genehmigungsprozesse und rechtliche
Belange, Umwelt-undRisikomanagement, technische Komplexität, wirtschaftlicheEffi-
zienzsowieBewertungdesSpannungsfeldessozialer,politischerundöffentlichkeitswirk-
samerEinwirkungen.
DasWerkerhebtkeinenAnspruchaufeineumfassendeinhaltlicheDurchdringungdes
GesamtkomplexesOberflächennaheGeothermieundseinerSubsysteme.Esverstehtsich
vielmehr als informativer und zuverlässiger Partner zu einem intensiveren und vertieften
Verständnis.
Die Autoren und Herausgeber haben viel Zeit und Anstrengung investiert, um dieses
Handbuchinhaltlichaktuellundhochwertigzugestalten.DerSpringer-Verlagzeigtesich
allzeitoffenfürAnregungenundWünsche.BesondererDankgebührtFrauSabineBartels
undHerrnClemensHeine,diewesentlichzumGelingenbeigetragenhaben.
Die Herausgeber würden sich freuen, wenn es dem Handbuch gelänge, Oberflächen-
nahe Geothermie den Entscheidungsträgern in Wirtschaft, Gesellschaft und Politik als
höchstintelligenteWärmenutzungsformvonumweltfreundlichemundlangfristigkosten-
günstigemCharakternäherzubringenundeinenBeitragzurVersachlichungderDiskus-
sionvonRisikenundsozialerAkzeptanzzuliefern.KonstruktiveKritik,Kommentareund
Anmerkungensindallzeitwillkommen.
ImFebruar2018 M.J.Bauer,W.Freeden,H.Jacobi,T.Neu
Über die Herausgeber
ProfessorMathiasBauer
(cid:129) Mathias Bauer, Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c., Rohstoff-Ingenieurstudium mit Zusatz
Erdöl-undErdgasgewinnunganderRWTHAachenUniversity1980bis1985
(cid:129) PromotionimBereichSicherheitstechnik(Gas-/Staubexplosionen)
(cid:129) HabilitationüberdasThema„IntegrierteManagementsysteme“(EntwicklungundUm-
setzungArbeitsschutzmanagementsystem)
(cid:129) Buchautor mehrerer Fachbücher, Herausgeber der Buchreihe „Bexbacher/Aachener
Beiträge für Consulting, Business und Management“ und Autor von mehr als 80
wissen- schaftlichen Fachbeiträgen zu Arbeits- und Gesundheitsschutz, Betriebsorga-
nisation
(cid:129) Mitglied in zahlreichen Fachgremien und Ausschüssen, u.a. 10Jahre Bundesjury Ju-
gendforscht,zuletztalsSprecherderJury
(cid:129) 1992 Handlungsbevollmächtigter, stv. Hauptabteilungsleiter für Berufsbildung,
Arbeits-undUmweltschutz,ArbeitsmedizinsowieLeiterdesamfreienMarkttätigen
Service-CentersArbeits-undUmweltschutzeinesGroßkonzerns
(cid:129) 2004–2005 Prokurist, Hauptabteilungsleiter für Arbeits-, Gesundheits- und Umwelt-
schutzineinemEnergiekonzern
(cid:129) 2005–2008MitgliedderWerksleitungineinemGroßbetriebimEnergiebereich
(cid:129) von 1997 bis 2002 zusätzlich Privatdozent an der RWTH Aachen, Lehr- und For-
schungsgebietfürArbeits-undGesundheitsschutz
VII
VIII ÜberdieHerausgeber
(cid:129) seit2003apl.Univ.-ProfessorderderRWTHAachenUniversity
(cid:129) 1998–2003 zusätzlich Rektor der Fachhochschule für Bergbau, Rohstoffveredelung
undArbeitswissenschaften,Saarbrücken
(cid:129) 2000 Gastdozent an der Universität Aurel Vlaicu in Rumänien und 2002 Verleihung
derEhrendoktorwürde
(cid:129) 2000MitbegründerundGesellschafterderCBMGmbH,seit2009Consultant
ProfessorWilliFreeden
(cid:129) WilliFreeden,Prof.Dr.rer.nat.,Dipl.-Math.,
(cid:129) Studium in Mathematik, Geographie und Philosophie an der RWTH Aachen, 1971
Diplom in Mathematik, 1972 Staatsexamen in Mathematik und Geographie, 1975
PromotioninMathematik,1979HabilitationinMathematikanderRWTHAachen,
(cid:129) 1979 Privatdozent an der RWTH Aachen, 1981/1982 Visiting Research Professor an
der Ohio State University, Columbus (Department of Geodetic Science and Survey-
ing), 1984 Professor in Mathematik an der RWTH Aachen (Institut für Reine und
Angewandte Mathematik), 1989 Professor in Technomathematik (Industriemathema-
tik), 1994 Leiter der Arbeitsgruppe Geomathematik, 2002 Dekan des Fachbereichs
Mathematik, TU Kaiserslautern, 2002 Leiter der universitätsweiten Graduate School
(ISGS)„InternationalSchoolforGraduateStudies“derTUKaiserslautern,2003–2006
VorsitzenderdesRheinland-PfalzLandesarbeitskreises„CurriculareStandardsimFach
Mathematik in der Lehrerausbildung an RP-Universitäten“, 2002–2006 Vizepräsident
fürForschungundTechnologieanderTechnischenUniversitätKaiserslautern,
(cid:129) seit 2005 Mitglied der Deutschen Geodätischen Kommission (DGK), Bayerische
AkademiederWissenschaften,
(cid:129) 2010 Editor des „Handbook of Geomathematics (HBGM)“, 2015 Zweite Edition
des HBGM, 2014 Mitherausgeber des Springer Spektrum „Handbuch Tiefe Geother-
mie“(HbTG),2017MitherausgeberdesSpringerSpektrum„HandbuchderGeodäsie“
(HbG),2017EditordesBirkhäuser„HandbookofMathematicalGeodesy“,
(cid:129) 2009 Editor in Chief des Springer „International Journal on Geomathematics
(GEM)“,
ÜberdieHerausgeber IX
(cid:129) 2014EditorinChiefderSpringerBookSeries„GeosystemsMathematics“,
(cid:129) 2015EditorinChiefderBirkhäuserSeries„LectureNotesinGeosystemsMathematics
andComputing“,
(cid:129) Mitglied der Editorial Boards von mehr als zehn internationalen Zeitschriften der
MathematikunddenGeowissenschaften,
(cid:129) (Mit-)Organisatorvonmehrals50internationalenKonferenzenundSymposia,
(cid:129) Verfasservonmehrals180BeiträgenininternationalenZeitschriftenundJournalender
MathematikunddenGeowissenschaften,
(cid:129) (Mit-)Verfasser von zwölf wissenschaftlichen Forschungs- und Lehrbüchern im Be-
reichGeomathematik.
(cid:129) LeiterderBMWi-ProjekteGEOFÜNDundSPE
ProfessorHansJacobi
StudiumDipl.-Ing.,späterDr.Ing.,BerufswegvomSchichtführerzumVorstand,Manda-
teinAufsichtsrätenundBeiräten,EigeneBeratungsgesellschaft,Honorarprofessorander
RWTHAachen
PräsidentderGDMB,PräsidentdesORCFachverbandes
Herr Jacobi ist geschäftsführender Gesellschafter der Jacobi und Partner Industriebe-
ratung GmbH. Er war viele Jahre in verantwortlichen Positionen im Bergbau, zuletzt als
VorstandsvorsitzendereinerAktiengesellschaft.ErwarverantwortlichfürProduktion,Re-
strukturierung von Bergwerken und Neubau von Anschlussbergwerken sowie Restruktu-
rierung und Neubau von Kokereien. Er baute für den Konzern das internationale Ge-
schäftauf,hatineigenerVerantwortungumfangreicheVeränderungsprozessevorbereitet,
moderiertunddurchgeführt.
Als Präsident der GDMB, Gesellschaft der Metallurgen und Bergleute e. V. ist er
für die Arbeit von Fachausschüssen der Metallurgie, und des Bergbaus, darunter ein
FachausschussfürGeothermieverantwortlich.
DerORCFachverbandhatdieVerbreitungeinerTechnologiezurStromerzeugungauf
niedrigemTemperaturniveaualsZiel.
X ÜberdieHerausgeber
Dipl.-Ing.ThomasNeu
(cid:129) 1979 bis 1984 Bergbaustudium an der TU Clausthal, Studienschwerpunkt Rohstoff-
wirtschaft
(cid:129) 1984 bis 1995 Saarbergwerke AG, verschiedene Aufgaben in Stab und Linie unter
undüberTage,zuletztAbteilungsleitertechnisch-wirtschaftlichePlanungundUmwelt-
schutzbeauftragterdesBergwerkesWarndt/Luisenthal
(cid:129) BisJuli2003TechnischerGeschäftsführerderSAARMontanGesellschaftfürbergbau-
bezogeneDienstleistungenmbH,Saarbrücken
(cid:129) BisFebruar2008GeschäftsführenderGesellschafterderDRILLTHERMGesellschaft
für Erdwärmeanlagen, Brunnenbau und Bohrungen mbH, Saarbrücken, sowie der
FORATHERMEurl,St.Avold
(cid:129) BisFebruar2010GeschäftsführenderDirektorderENROEnergieSE,EssenundGe-
schäftsführer von deren Tochtergesellschaften ENRO Geothermie GmbH, Essen, und
ENROGeothermieEntwicklungGmbH,Ludwigsfelde.
(cid:129) Bis Mai 2013 Geschäftsführer der Geothermische Kraftwerksgesellschaft Traunreut
GmbH,Traunreut
(cid:129) Ab Juni 2013 geschäftsführender Gesellschafter der pro G.E.O Ingenieurgesellschaft
mbH,Saarbrücken,Bergbau–Geothermie–Umwelt–Infrastruktur