EU-Projekt ThermoMap – Tool für Erdwärmekollektoren - FAU

EU-Projekt ThermoMap –Tool für Erdwärmekollektoren

25.03.2015 2Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung

1. Forschungsfelder Geothermie FAU

2. ThermoMap

3. Ziele

4. Datengrundlage

5. Prozessablauf (vereinfacht)

6. Qualität der Daten

7. Ausblick

Inhalt

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1. Forschungs-

felder

Geothermie

Energiepark Hirschaid – elemente e Ausstellung

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• Tiefengeothermie

- Geothermisches Potential Nord-Bayern (Datenpool Gesteinsphysik)

- Geothermisches Potential Nord-Bayern (Struktur/Aufbau des tieferen Untergrundes)

- Nördlicher Rheingraben (Architektur, Porenräume, petrophysikalische Eigenschaften

geothermischer Reservoir-Analoga)

• Oberflächennahe Geothermie

- EU Projekt Cheap GSHPs (Reduktion der Bohrkosten – Tiefenbereich 50 Meter)

- ITER (Steigerung der Effizienz horizontaler Systheme)

- GeoSurf (Messsystem zur effizienteren Planung von oberflächennahen geothermischen Anlagen)

- ThermoMap (Auskunftstool für Erdwärmekolletoren)


Arbeitsgruppe


Prof. Dr. Helga de WallStrukturgeologie, Tektonik, Regionale Geologie, Gesteinsphysik

Prof. Dr. Harald StollhofenAngewandte Sedimentologie, Bohrlochgeophysik, Petrophysik

Prof. Dr. Joachim RohnIngenieurgeologie, Oberflächennahe Geothermie

Dr. David BertermannOberflächennahe Geothermie, Bodenkunde, GIS

Dr. Wolfgang Bauer (Lehrbeauftragter)Geothermie, Regionale Geologie, Exploration

Dipl.-Min. Mario KittelPoroPerm, Ultraschall (p/s-Wellen), Wärmeleitfähigkeit

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2. ThermoMap


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http://www.thermomap-project.eu

Arbeitstitel: Area mapping of superficial geothermic resources by soil and groundwater data

Interaktives Analyse- und Auskunfts-

system zur flächenhaften Abschätzung

des oberflächenhaften geothermischen

Potentials


ThermoMap

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Oberflächennahe Geothermie – Wärmeübertragungssystheme

Erdwärmesonden (vertikal / schräg) Erdwärmekollektoren (horizontal)

o Eine Vielzahl von Unterlagen zur Planung von Anlagen vorhanden

• Geologische Karten• Informationssysteme (ISONG – BW; NIBIS® -

Niedersachsen; IOG- Bayern)

o Einfache Übertragung von geologischen Daten zu Entzugsarbeiten machbar

• Geringer Einfluss von jahreszeitlichen Schwankungen

• Wärmespezifische Parameter von Gesteinen sind relativ gut erforscht

o Simulationssoftware vorhanden (EED, EWS,….)

o Kaum Unterlagen zur Planung von Anlagen vorhanden• Wissenschaftliche Datenbasis gering• Kleinräumig hohe Heterogenität von

verschiedenen Parametern

o Darstellung einer Entzugsarbeit ist schwierig• Einfluss witterungsbedingter Faktoren• Abhängigkeit von bodenkundlichen

Standortparametern

o Keine flächendeckende Simulationssoftware vorhanden


ThermoMap

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Es gibt bis dato kein allgemeingültiges kollektor-bezogenes Abschätzverfahren für das oberflächen-nahe Geothermiepotential in Europa

Fazit


ThermoMap

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Ermittlung des oberflächennahen Geothermischen Potentials (vSGP) aus bereits bestehenden Datensätzen

3.Ziele


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• Erstellung einer europäischen Übersichts-karte mit Potentialdarstellung der oberflächennahen Geothermie (Outline Map)

• Detaillierte Potentialabschätzung in den einzelnen Untersuchungsgebieten (Fokus: 10 Meter – bzw. bis Festgestein)

Ziele


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Ziele


Warum Fokus auf den ersten 10 Metern?

• Verhältnismäßig geringer Installationsaufwand von Kollektoren

• Sehr gute Einsetzbarkeit in Neubauten (Passivhaus, Plushaus…..)

• Weniger genehmigungsrechtliche Auflagen (Wasserwirtschaft)

• Gut kombinierbar mit anderen nachhaltigen Energiesystemen (PV)

Wertvoller Systembaustein bei der Umsetzung der energiepolitischen Vorgaben (regional / national / international)


4. Daten-

grundlage


Datengrundlage

Kollektorsysteme werden durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Einen besonders großen Einfluss haben klimatische und boden-physikalische Eigenschaften.


Datengrundlage

Klimatische Bedingungen:

• Niederschlagsverteilung

• Jahrestemperaturverlauf

Alle klimatischen Parameter haben einen direktenbzw. indirekten Einfluss auf die bodenphysikalischenParameter und somit auch auf das geothermische Potential


Datengrundlage

Klimatische Bedingungen:

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 50 100 150 200 250 300 350

Tem

pera

tur

[°C

]

Tage

Jahrestemperaturverlauf im ErdreichSand feucht ; Klimazone Passau

Taußen [°C] 1m u.GOK 2m u.GOK 3m u.GOK 4m u.GOK 5m u.GOK

Exemplarische Jahrestemparaturkurven eines feuchten Sandes für die Klimaregion Passau (Einteilung nach DIN 4710)


Bodenphysikalische Eigenschaften:

• Bodenart• Lagerungsdichte• Wassergehalt• (Mineralanteil)

Bodenkundliche Systembausteinezur Abschätzung des oberflächennahengeothermischen Potentials

Datengrundlage


Datengrundlage

Der Parameter Bodenart liefert wichtige Systemparameter für die Abschätzung des geothermischen Potentials:

- Porenraumverteilung (Wassergehalt)- Mineralzusammensetzung (Quarzanteil)

Abhängigkeit der Porenraumverteilung von der Bodenart(verändert nach Kuntze et al. 1994)


5. Prozess-

ablauf


Prozessablauf

Bodenkundliche Systemparameter Klimatische Systemparameter

Bodenart

Lagerungsdichte

Wassergehalt

Niederschlags-verteilung

Jahrestemperatur-verlauf

Berechnung der Wärmeleitfähigkeit und der vol. Wärme-kapazität des Bodenkörpers (nach Kersten 1949 und Dehner 2007)


Prozessablauf

Link für den

http://geoweb2.sbg.ac.at/thermomap/

http://www.thermomap-project.eu/


Was kann der MapViewer leisten?

- Ersten Übersicht über das standörtlicheGeothermische Potentials geben

- Ersetzt keine Detailplanung eines Fachplaners

Schritt 1 - Auswahl zwischen:

- Europäischer Übersichtskarte- Testgebieten (14 Stück)

Kartenansicht im Internet


Europäische Übersichtskarte



Darstellung aller systemrelevanter Parameter

5-stufige Klasseneinteilungder Wärmeleitfähigkeit



Auswählen einer konkreten Adresse



Klimatische Verhältnisse



Standortauskunft ausdrucken



6. Qualität der

Daten


Testgebiete Europäische Übersichtskarte

Aufgrund der europaweiten Datenverfügbarkeit ist jedoch eine flächendeckende Beurteilung der Standorte auf Test Area Niveau

momentan nicht möglich

Tool zur Erweiterung der Datenbasis (auf Grundbasis der

Daten der Europäischen Übersichtskarte)

Diese Parameter bilden eine gute Grundlage für eine erste

standörtliche Abschätzung des oberflächennahen

geothermischen Potentials (bis max. 10 Meter Tiefe).


Qualität der Daten

Auswählen eines konkreten Ortes


Durch gezielte Dateneingabeist die Kreation eines „eigenen“

Testgebietes möglich



7. Ausblick


Ausblick

Ergebnis: Berechnung der Potentiale ist machbar

Problem: Schlechte Datenlage für Europäische Übersicht

Lösung: Insitu - Messgerät der Potentiale für detailliertere standortbezogene Planung von Anlagen


Ausblick

www.environmental-geophysics.co.uk/images/Res/2.jpg

Kleinräumige Darstellung der standörtlichen Potentiale (graphisch und numerisch) - Projektansatz GeoSurf

Logo

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Danke!

Kontakt:

Dr. David BertermannFriedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg

GeoZentrum Nordbayern, Lehrstuhl für Geologie

Schlossgarten 5, 91054 ErlangenE-Mail: [email protected]

Tel.: +49 9131 85 25824


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