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Heißdampf aus der Tiefe für Wärme und Strom

Weil sie permanente, CO2-freie Energie bieten, sind Tiefengeothermieanlagen eine interessante Ergänzung zu anderen alternativen Energieformen wie Wasser, Wind oder Sonne. Besonders, wenn sie Strom erzeugt und gleichzeitig Wärme nutzt, ist Geothermie lohnend. Dabei gibt es zwei Optionen: Die Hydrogeothermie fördert heißes Quellwasser an die Oberfläche, wo ihm Wärmetauschern die Wärme entziehen. Petrothermale Verfahren dagegen benötigen trockenes, heißes Gestein. In dieses presst man mit hohem Druck Wasser, das sich erwärmt und über ein zweites Bohrloch wieder an die Oberfläche gelangt.

Bisher gibt es nur wenige Versuchsanlagen, was auch daran liegt, dass vielerorts noch nicht klar ist, welche Standorte überhaupt für Bohrungen geeignet sind. Um für die Zukunft abschätzen zu können, wie viel Erdwärmepotential die Region bietet, führte die Firma Fritz eine Machbarkeitsstudie durch. Dazu untersuchten Experten sechs mögliche Standorte auf ihre geothermischen, seismologischen und geologischen Strukturen und analysierten, wie wirtschaftlich eine Anlage wäre. An allen Standorten fand sich in etwa 7000 Metern Tiefe zwischen 200 und 300 Grad warmes Wasser, das sich prinzipiell für geothermische Vorhaben eignet. Nur in Breisach ist es möglich, auch hydrogeothermal Strom zu erzeugen, weshalb man dort anschließend weitere Planungen unternahm.

Projektdaten

Projektnummer 2004-11
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Fritz Planung GmbH
Laufzeit Mai 2004 bis Sommer 2005
Zuschuss 60.000

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Solare Fernwärmeversorgung Freiburg Gutleutmatten
Freiburg

Solare Fernwärmeversorgung im Neubaugebiet Freiburg Gutleutmatten

Energieeffiziente Neubauten verbrauchen im Sommer kaum Heizenergie; der größte Posten für die Wärmeversorgung ist dann das Warmwasser. Das Freiburger Neubaugebiet Gutleutmatten kombiniert deshalb den Anschluss ans Fernwärmenetz mit solarthermischen Anlagen auf allen Gebäuden mit ihren etwa 500 Wohneinheiten. Diese Kombination bietet etliche Vorteile, wird aber bisher selten zusammen eingesetzt. Das Projekt der badenova WärmePlus zeigt jetzt Wege auf, Fernwärme und Solarthermie effizient miteinander zu verknüpfen. Je weniger Wärme die Wohneinheiten aus dem Fernwärmenetz beziehen, desto höher ist der relative Wärmeverlust im Netz. Deshalb schaltet das innovative System, gesteuert von einer zentralen Anlage, je nach Bedarf, das Wärmenetz ab und auf Wärme aus den etwa 40 Solaranlagen mit 2000 Quadratmetern Kollektorfläche um. Um den Wechsel zwischen beiden Systemen störungsfrei und energieeffizient durchzuführen ist eine besondere Regelstation nötig. Diese stellt sicher, dass Restwärme optimal genutzt wird und gleicht Druck- und Temperaturunterschiede aus, indem sie beispielsweise die Rohrleitungen nach einer Passivphase langsam wieder anwärmt. Auch die konsequente Ausstattung aller Gebäude mit Solaranlagen stellt die Planer vor eine Herausforderung. Hohe und schmale Gebäude beispielsweise haben nur wenig Dachfläche im Verhältnis zu ihrem Wärmebedarf. Mehrere Optionen ermöglichen es, auch diese Gebäude im Sommer allein mit Solarwärme zu versorgen: Hochwertigere Kollektoren bieten einen höheren Solarertrag, zusätzliche Wärme könnte über das vorhandene Netz von anderen Gebäuden bereitgestellt werden oder ein Durchlauferhitzer den restlichen Wärmebedarf decken. Das Projekt prüft, welche dieser Alternativen technisch, wirtschaftlich und ökologisch am sinnvollsten sind. Außerdem testen die Planer unterschiedliche zentrale und dezentrale Anlagen, um das Warmwasser möglichst effizient konstant auf die erforderlichen 60°C aufzuheizen. Gegenüber einer Fernwärmeversorgung ohne Solaranlagen spart das Projekt pro Jahr etwa 800 MWh an Energie oder 42 Tonnen CO2 ein. Mit Führungen und Informationsveranstaltungen stellen badenova Wärmeplus und der Forschungspartner Fraunhofer ISE die Anlage und Forschungsergebnisse vor. Das Projekt zeigt damit Wege auf, bestehende Fernwärmenetze mit Solarthermie zu kombinieren und so dem Ziel einer klimaneutralen Wärmeversorgung näher zu kommen.

Der naturnahe Wasserhaushalt als Leitbild in der Siedlungswasserbewirtschaftung – Analyse der Langzeitauswirkungen auf Grundwasserneubildung, Verdunstung und Abflussbildung im urbanen Raum
Freiburg - Landwasser

Ein Modell für den naturnahen Wasserhaushalt

Seit 1999 müssen Stadtplaner die urbane Wasserbewirtschaftung möglichst naturnah und umweltfreundlich gestalten. Für eine solche nachhaltige Wasserwirtschaft fehlten teilweise aber noch die Grundlagen. Bislang war es noch kaum erforscht, wie Regenwasser auf verschiedenen Siedlungsflächenverhalten versickert oder verdunstet, und wie sich diese Faktoren auf das städtische Mikroklima auswirken. Im Projekt des Lehrstuhls für Hydrologie der Universität Freiburg entstand deshalb ein Modell, das diese Faktoren für verschiedene Bebauungsarten analysierte und mit unbesiedelten Flächen im Umland verglich. Dafür kartierten die Wissenschaftler das Stadtgebiet von Freiburg und teilten es in verschiedene Oberflächenarten ein, z. B. Pflaster oder Asphalt, Häuser oder städtische Grünflächen ein. Auf verschiedenen Referenzflächen wurde über drei Jahre hinweg gemessen und festgehalten, wie dort Regenwasser verdunstet oder versickert, sich auf Stadtklima und Grundwasser auswirkt und wie effizient das Kanalsystem und bestehende Versickerungsmaßnahmen sind. Der Vergleich mit einer unbebauten Naturfläche im Umland erlaubt Rückschlüsse darauf, wie naturnah der Freiburger Wasserkreislauf ist. In Zusammenarbeit mit dem Eigenbetrieb Wasserwirtschaft der Stadt Freiburg und dem Ingenieurbüro Ernst & Co entstand so ein Instrument, das es zukünftig erlaubt, für einzelne Gebiete oder eine Stadt genaue Vorhersagen zu treffen. Eine Fallstudie in Landwasser ergänzte das Projekt. Aus diesen Erkenntnissen entwickelten die Forscher ein Model, das es auch anderen Städten erlaubt, ihre Wasserwirtschaft künftig nachhaltiger zu gestalten. Wesentliche Erkenntnisse: Die entwickelten Simulationswerkzeuge erlauben die zeitliche Dynamik des Wasserhaushaltes für die natürlichen, teilversiegelten und versiegelten Flächen, sowie für die dezentralen und zentralen Maßnahmen zur Versickerung von Niederschlag detailliert zu betrachten und in Ihrer Wirkung auf den gesamten Wasserhaushalt des Siedlungsraumes zu bewerten. Anhand des vorliegenden Modells lässt sich der Einfluss von Regenwasserbewirtschaftungsmaßnahmen auf den Wasserhaushalt innerhalb von Siedlungsräumen nun zusätzlich auch in seiner Abweichung vom Wasserhaushalt naturnaher Referenzflächen quantifizieren und bewertet werden. Das Modell ist in allen Siedlungen anwendbar. Die Verfügbarkeit von Wasser in Städten für die Verdunstung kann gezielt zur Verringerung der Erwärmung städtischer Innenräume durch den Klimawandel beitragen. Dazu ist jedoch die genaue Berechnung des Wasserhaushaltes aller Oberflächentypen, sowie zentraler und dezentraler Maßnahmen zur Regenversickerung notwendig.

Wärmerückgewinnung und Wasserrecycling aus Grauwasser
Offenburg

Wenn Abwasser zum Rohstoff wird

Der Durchschnittsdeutsche verbraucht 128 Liter Wasser am Tag, davon entfallen etwa 46 Liter auf die Körperpflege, also beispielsweise Baden oder Duschen. Energieintensiv erhitzt ist dieses nur leicht verschmutzte Grauwasser zu schade um ungenutzt als Abwasser in die Kanalisation zu fließen. Bisherige Wasserrecyclinganlagen nutzen aber bisher entweder nur dessen Restwärme, um damit Brauchwasser zu erhitzen oder reinigen das Grauwasser, um es beispielsweise für Waschmaschine und Toilettenspülung wieder zu verwenden. Seit 2006 entwickelte die Firma Pontos ein Gesamtsystem, das anschließend in einem Studentenwohnheim im Freiburger Stadtteil Vauban eine zweijährige Testphase durchlief. Das Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe begleitete den Testbetrieb. Dabei durchläuft das warme Grauwasser einen speziellen Wärmetauscher, in dem es seine Wärme an das zu erwärmende Trinkwasser abgibt. Um das biologisch-physikalisch Wasser anschließend aufzubereiten, nutzte die Firma Pontos das System AquaCycle. Die kompakte, einfach zu bedienende Anlage filtert das Grauwasser vor und reinigt es zweifach durch Biokulturen, um es schließlich mit UV-Strahlen zu hygienisieren. Nach dem Wärmetauscher hat das Wasser noch etwa 10 Grad, was die biologischen Abbauprozesse erschwert, die bisher mit 20 bis 30 Grad abliefen. Obwohl die niedrigere Temperatur die Biokulturen weniger leistungsfähig macht, stellten die Experten fest, dass die Anlage immer noch effizient genug läuft. Wasserfiltration und Wärmerückgewinnung zu kombinieren bietet mehrere Vorteile: Weil die Bewohner weniger Trinkwasser verbrauchen und Abwasser in die Kanalisation leiten, sinkt die Wasserrechnung. Außerdem braucht die die Heizung weniger Energie um das schon vorgewärmte Trinkwasser zu erhitzen. Das Trinkwasser zu erwärmen macht bei einem Niedrigenergiehaus 40 Prozent des Energiebedarfs aus, bei einem Passivhaus sogar mehr als die Hälfte. Für das Freiburger Wohnheim sank der Energiebedarf für die Warmwasserbereitung um 20 Prozent. Außerdem ersetzte das Grauwasser das Trinkwasser für die Toilettenspülung fast vollständig.