Forschung

 

Das tewag-Team arbeitet fortlaufend daran, geothermisches Fachwissen zu erweitern. Ziel ist es, das Systemverständnis auszubauen, allgemeingültige Vorgaben für eine qualitativ hochwertige Planung sowie die fachgerechte Ausführung und Überwachung von Geothermie-Anlagen zu erarbeiten und Erdwärme-Versorgungskonzepte zu optimieren. Dafür erhielt die tewag das Forschungssiegel "INNOVATIV durch Forschung" des Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft. Mit dem Sigel würdigt der Stifterverband als größter privater Wissenschaftsförderer in Deutschland das Engagement der tewag für Foschung und Entwicklung.

Kalte Nahwärmeversorgung

In den letzten Jahren beschäftigten wir uns unter anderem mit zentralen und dezentralen Systemen geothermischer Wärmeversorgung und schlossen ein Forschungsvorhaben zur "Kalten Nahwärmeversorgung" erfolgreich ab. Mit einem sogenannten Kalten Nahwärmenetz ist es möglich, eine komplette Siedlung über ein zentrales Sondenfeld und den dezentralen Einsatz von Wärmepumpen bei den einzelnen Abnehmern sehr effizient mit Wärme und Kälte zu versorgen. Das vom BMWi finanzierte Forschungsvorhaben vertiefte unser Wissen über Modellierung, Wärmeübertragung, Energietransport, die Aufstellung von Verteilnetzen sowie über den Einsatz passender Materialien und Regelungskomponenten. Die gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen sowie die Entwicklung einer speziellen Auslegungssoftware machten das neuartige Versorgungssystem marktreif. Umsetzen konnte das tewag-Team eine Kalte Nahwärmeversorgung bereits in den Baugebieten "Sonnenberg" in Ludwigsburg sowie "Grüne Höfe" in Esslingen.

Qualitätskriterien für Erdwärmeanlagen

Derzeitige Forschungsaktivitäten konzentrieren sich auf die Qualitätssicherung bei Planung, Bau und Betrieb von Erdwärmesondenanlagen. Wir erarbeiten Empfehlungen dafür, wie Beeinträchtigungen des Grundwassers zu vermeiden sind und beschreiben neben einer fundierten Planung, die bohrtechnischen Auswirkungen von Georisiken, und was eine Ausführung der Bohr- & Anbindearbeiten nach heutigem Stand der Technik bedeutet. Es geht darum, Kriterien für Eingriffe in Boden und Grundwasser aufzustellen, die Risiken minimieren und eine nachhaltige, natürliche Kreisläufe erhaltende Bewirtschaftung des Untergrundes sicherzustellen.

Entwicklung eines Messgerätes und Planungsinstrumentes für Flächenkollektoren bzw. kompakte Kollektoren

Obwohl technisch attraktiv, ist der Anteil von Erdwärmekollektoren derzeit mit etwa 20% aller Erdreichwärmequellen für Wärmepumpen gering. Dabei haben gerade die horizontalen Systeme finanzielle wie auch planerische Vorteile gegenüber den vertikalen Systemen. Horizontale Systeme sind genehmigungsrechtlich lediglich anzeigepflichtig und haben neben geringen genehmigungsrechtlichen Auflagen zudem geringere Installationskosten gegenüber den vertikalen Systemen. Die wesentlichen Gründe für den bisher geringen Markt liegen in einem hohen Flächenbedarf. Der Grund liegt oft nicht in der geringen Effektivität des Flächenkollektors, sondern in Unsicherheiten bei der Planung der Anlage.

Die Bodenbeschaffenheit bzw. dessen Wärmeleitung haben einen direkten Einfluss auf die potentielle Entzugsleistung der Anlage. Da die Bodenart gegenwärtig oft nicht direkt bestimmt werden kann, werden „etablierte Schätzwerte“ herangezogen und Sicherheitsmargen eingebaut, wodurch die Anlagen überproportional ausgelegt werden. Auch wird im Zuge dieses aktuellen ZIM Vorhabens mit unseren Projektpartnern der Universität Erlangen-Nürnberg dem Geo-Center of Northern Bavaria und der Firma WFS ein Messgerät entwickelt mit dem ausgehend von elektrischen Messungen typische thermische Kennwerte zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit ermittelt werden. Aus bodenkundlichen Kerngrößen wie dem Porenverhalten oder der räumlichen Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstandes (oder seines Kehrwertes, der elektrischen Leitfähigkeit) des Untergrundes können im Idealfall die benötigten thermischen Parameter wie die Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes abgeleitet werden.

Neue Anlagensysteme

In einem bereits abgeschlossenen Vorhaben betrachteten und bewerteten wir eine über 200 m tiefe CO2-Sonde (Heat-Pipe mit Thermosiphon-Effekt). Auch wurde der Einsatz einer Direktverdampfersonde (Phasenwechselsonde) genaueren Bewertungen unterzogen. Zudem wurde die Möglichkeiten der Kombination einer solarthermischen Anlage mit einer erdgekoppelten Wärmepumpenanlage in mehreren Varianten durchleuchtet. Als Wärmequelle dient dabei u.a. eine Kaskaden-Solarthermie-Speicherung in einer „Geothermiezisterne“ mit Untergrundvereisung.

 

Der ausgeprägt interdisziplinäre Charakter der Forschungsvorhaben und die enge Zusammen­arbeit unter den Projektpartnern vereinfacht es zunehmend, auf komplexe, fachübergreifende Fragestellungen in Forschung und Entwicklung befriedigende Antworten zu finden.