Wärmegewinnung mit Flutungswasser in Schlema
Wärmegewinnung mit Flutungswasser in Bad Schlema
Erdwärmesondenbohrung in Schlema
Am 26.01.2006 wurde mit der ersten Bohrung begonnen. © Foto: Silvio Klenner
25.01.2006 Pilotprojekt monovalente Wärmepumpenheizung unter Nutzung des warmen Flutungswassers der tagesnahen gefluteten Wismut-Grubenbaue zur Beheizung eines Eigenheimes mit Schwimmbad in Schlema.
In Anbetracht ständig steigender Preise für fossile Energieträger rücken im privaten wie im öffentlichen Bereich zunehmend Technologien zur Nutzung alternativer Energien in das Blickfeld der Investoren.
Die globalen Veränderungen des Klimas und die damit verbundene Zunahme extremer Wetterereignisse bringen den Menschen zunehmend die Notwendigkeit einer Reduzierung des CO⊃2;;-Ausstoßes ins Bewußtsein. Obwohl auch im vorliegenden Projekt vorrangig private finanzielle Interessen Triebkraft der Anstengungen sind, werden letztendlich neben den Einsparungseffekten bei den Energiekosten positive Ergebnisse hinsichtlich der Schonung fossiler Energieträger und damit eine Verringerung des CO⊃2;;-Ausstoßes erreicht.
In Bad Schlema befinden sich nach Abschluß der Flutung der ehemaligen Uranerzgruben der Wismut GmbH ca. 35 Mio. m⊃3;; warmes Grubenwasser unter bzw. in der Nähe der örtlichen Bebauung, welches durch thermische Gradienten befördert, hervorgerufen durch das bis zu einer Teufe von 1800 m vorhandene Grubengebäude und der damit im Zusammenhang stehenden Gesteinstemperatur bis zu 65° C, ständig durchmischt wird und an der Flutungsoberfläche eine Wassertemperatur von 28° C besitzt. Das Flutungswasser tritt nach Reinigung von Kontaminanten in einer Menge von ca. 6-7 Mio. m⊃3;;/p.a. und einer Temperatur von ca. 25°C mit einem riesigen Wärmepotential ungenutzt nach Übertage in die Zwickauer Mulde aus.
Zur Nutzung diese Bodenschatzes gibt es einen Arbeitskreis Geothermie und Grubenwassernutzung im Verein zur Wiedereröffnung und Entwicklung Kur- und Heilbad Schlema e.V.
Der Arbeitskreis hat eine Leistungsbeschreibung erarbeitet, auf dessen Grundlage die Gemeindeverwaltung Bad Schlema die WISUTEC GmbH, die GEOS GmbH Freiberg und die Ökopark Silbertal GmbH mit der Erarbeitung einer Machbarkeitsstudie zur “Nutzung geothermischer Energie aus dem im Grubengebäude Schlema-Alberoda tagesnah anstehenden Flutungswasser” beauftragte.
Positive ökonomische und wirtschaftsfördernde Ergebnisse für die Region im größeren Stil sollen dabei mit Hilfe der im Februar 2002 gegründeten Ökopark Silbertal GmbH erreicht werden, welcher der Unterzeichner neben über 50 weiteren Gesellschaftern ebenfalls angehört. Die Geschäftsführung der GmbH erfolgt bisher ausschließlich im Ehrenamt um das Stammkapital von 100.500,00 EUR zu schonen. Die Gesellschafter verstehen sich vorrangig als regionale Wirtschaftsförderer und natürlich als Nutznieser der sekundären Ergebnisse der Arbeit der GmbH.
Erläuterungen der Besonderheiten des Vorhabens
Innerhalb o.g. Aufgabenstellung wird vorliegendes Projekt als potentieller Standort für die Anwendung als erster Punkt genannt, wobei nicht der benannte Unterzeichner der Projektbeschreibung Eigentümer des Grundstückes ist, sondern die Antragstellerin Frau Silvia Leon. Der Unterzeichner ist lediglich im Auftrag von Frau Leon tätig.
Verfahrensbeschreibung, Stoff- und Energieströme
Bei dem Projekt von Frau Leon ist geplant einen unter dem Baugrundstück liegenden gefluteten Grubenbau anzubohren und die Erdwärmesonden im Bohrloch und im Grubenbau in das dort vorhandene mindestens ca. 25° C warme Grubenwasser einzubringen.
Die Firste des anzubohrenden Grubenbaues liegt 98,5 m unter den übertägigen Bohransatzpunkten auf der -60 m Sohle unter MSS (Markus-Semmler-Sohle), so dass auf eine bergrechtliche Erlaubnis verzichtet werden konnte. Die Zustimmung der Wismut GmbH zum Anbohren des Grubenbaues und der Nutzung des Grubenwassers wurde im Zuge der Einholung des Nachweises über die Unbedenklichkeit des Wärmeentzuges im betreffenden Gebiet nach dem Wasserhaushaltsgesetz mit eingeholt. Die Wasserrechtliche Erlaubnis wurde mit Bescheid des LRA Aue-Schwarzenberg bei Einbeziehung des Sächsischen Oberbergamtes vom 15.09.2005 erteilt. ( Bohrfirma: Erdwärme & Bohrtechnik GmbH Sachsen )
Der Wärmetausch der geothermischen Energie vom Grubenwasser zum Wärmeträgermedium Tyfocor in der Sonde erfolgt über die PE-Sonden. Die Wärmeenergie soll mittels Zikulationspumpe im geschlossenen Kreislauf über das Wärmeträgermedium Tyfocor zur im Gebäude befindlichen Wärmepumpe transportiert werden. Hier erfolgt die Anhebung der geothermischen Energie auf ein Temperaturniveau von ca. 35°C und die Übergabe an das Wasser der Fußbodenheizung über Wärmetauscher. Ein direkter Abgriff des warmen Grubenwassers kann aus Kontaminationsgründen desselben nicht erfolgen.
Von einer höheren Effizenz der geplanten Anlage als bei herkömmlichen vergleichbaren Wärmepumpenheizungen mit Erdwärmesonden wird ausgegangen, da die Sonden auf ca. 30 % ihrer Teufe in ein deutlich höheres Temperaturniveau gebracht werden als unter üblichen geothermalen Verhältnissen im ungestörten Gebirge. (sonst 6 - 8°C gegenüber geplant 25°C)
Außerdem wird von einem schnelleren “Nachströmen” der Wärmeenergie aus dem Grubenwasser bei Entzug durch die Sonden im Wasser als bei Sonden im massiven Gebirge ausgegangen, da ein direkter zügiger Austausch des Flutungswassers zum nahezu unbegrenzten Flutungshohlraum gegeben ist. Der Unterzeichner ist der Auffassung, dass sich auch außerhalb des unmittelbaren Grubenbaues der anzubohrenden Feldstrecke 113 SW durch die Abkühlung des die Sonden umgebenden Wassers im Bohrloch eine Zikulation einstellen wird, die den Wärmestrom zu den Sonden noch verstärkt, was bei dem vorliegenden Projekt zusätzlich positiv zu bewerten ist, da durch die Beheizung des Schwimmbades die Sonden wegen des ganzjährigen Wärmebedarfes keine echte Ruhephase haben werden.
Der Hohlraum zwischen Sonden und Bohrlochwandung wird bei den max. 99 m tiefen Bohrlöchern dabei nur bis auf eine Teufe von ca. 60 m mit Bentonit verpresst, um eine zusätzliche Kontaktstrecke der eingebauten Sonden zum warmen Grubenwasser von ca. 30 m zu erhalten, da der anzubohrende offene Grubenbau selbst nur etwa 2,50 m hoch ist. Zusätzlich ist zur Vermeidung eines Luftpolsters im Bohrloch im Ergebnis des Flutungsanstieges und der Flutungsschwankungen eine Entlüftungssonde zwischen offenem Bohrloch und übertage vorzusehen.
Die Strecke der erforderlichen Bohrmeter wurde ohne den Effekt des vorhandenen warmen Grubenwassers ermittelt und basiert auf einer Wärmeentzugsleistung von 50 W/m. Nach VDI 4640 wurden bei den am Standort vorhandenen geologischen Gegebenheiten 53,4 W/m ermittelt. In Übereinstimmung mit der Bohrfirma und dem beratenden Markscheider der Wismut gehen wir davon aus, dass nicht alle 4 Sonden den Grubenbau treffen werden. Die größte Wahrscheinlichkeit den Grubenbau mit der Sondenbohrung zu treffen besteht im Bereich des auf dem beigefügten Grubenriß dargestellten Streckenkreuzes zwischen der Feldstrecke 113 SW und dem Querschlag 115 NO der -60 m Sohle.
In dem in der Anlage beigefügten Ausschnitt aus dem Tagesriß wurden die unter dem Grundstück befindlichen Grubenbaue und die Bohransatzpunkte eingezeichnet. Auf ein Übersichtsschema der Sondenleitungen zum Kollektorschacht wurde verzichtet, da es sich mit Ausnahme der Wärmequelle und des Bohrlochausbaus um eine übliche Wärmepumpenanlage mit 4 Erdwärmesonden handelt.
Der tatsächliche wirtschaftliche Effekt läßt sich nach unserer Ansicht nur mit relativ hohen Unsicherheiten vorherbestimmen und soll nach Fertigstellung der Anlage experimentell ermittelt werden. Dabei sollen die Sonden einzeln stillgelegt werden können, um die Entzugsleistung von Sonden im Grubenwasser und die Entzugsleistung von Sonden im Gebirge vergleichend zu ermitteln.
Dabei werden die mit der Erarbeitung der Machbarkeitsstudie beauftragten Ingenieurbüros die Bohr- und Installationsarbeiten sowie den Betrieb der Anlage und die Erfassung der erforderlichen Daten ingenieurtechnisch begleiten.
Die regelmäßige Überprüfung der Anlage durch eine fachkundige Person wird durch einen Wartungsvertrag mit der Fa. Seifert GmbH sichergestellt.
Der ausgewählte Installationsbetrieb, Fa. Seifert GmbH, wird in diesem Jahr seine 100.Wärme- pumpenheizung in Betrieb nehmen und verfügt damit über gute Erfahrungen, um bei dem geplanten Projekt ein kompetenter Partner zu sein. Nähere Informationen können Sie auf deren Internetpräsentation unter www.seifert-haustechnik.de erhalten.
Das vorliegende Projekt wurde als Pilotanlage für die Machbarkeitsstudie ausgewählt, da hier zeitnah mit einem relativ kleinen, privat finanzierten Vorhaben zum zufällig richtigen Zeitpunkt wichtige Erkenntnisse gewonnen werden, mit denen für die anderen in der Aufgabenstellung benannten Großprojekte wesentliche Erfahrungen gesammelt werden können.
Hervorzuheben wäre bei positivem Ausgang dieses Anwendungsfalles die Beispielwirkung für eine Anwendung bei einer großen Anzahl von vorhandenen und neu zu errichtenden Einfamilienhäusern in den das untertägige Grubengebäude überdeckenden Wohnungsbaugebieten in Bad Schlema.
Der Unterzeichner hat als Bauträger und Baufirma in Zusammenarbeit mit der Fa. Seifert sowie der Firma Erdwärme & Bohrtechnik GmbH( www.erdwaerme-bohrtechnik.de ) in 2003 / 2004 bereits ein Mehrfamilienwohnhaus mit konventioneller Wärmepumpenheizung mit 6 Erdwärmesonden in Bad Schlema errichtet. Dabei wurde eine Nutzung der geothermischen Energie aus den tagesnah anstehenden Grubenwässern nicht realisiert, weil die Erkenntnisse zu den Nutzungsmöglichkeiten zu diesem Zeitpunkt für uns noch nicht gegeben waren und 6 unterschiedliche Eigentümer der Wohnungen für ein solches Vorhaben in Anbetracht der Unwägbarkeiten nicht gewonnen werden konnten.
Der Energieverbrauch für die Beheizung dieses Gebäudes ohne Warmwasserbereitung betrug für den Zeitraum 01.03.2004 - 01.03.2005 11.924 kWh bei 472,81 m⊃2; Wohnfläche. Bei einem Preis für Elektroenergie (Sonderstrom) von 0,125 EUR/kWh ergaben sich für die Eigentümer durchschnittliche Heizkosten von 3,15 EUR/m⊃2; a.
Der geplante ökonomische Effekt für künftige Bauvorhaben besteht vorallem darin, dass in Anbetracht der vorhandenen Wärmequelle bei größeren Bauvorhaben die Zahl der erforderlichen Bohrmeter reduziert werden kann und damit am Standort Bad Schlema und an Standorten mit vergleichbaren Verhältnissen durch Senkung der Investitionskosten eine kurzfristigere Amortisation von Wärmepumpenanlagen im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen erreicht wird und somit mehr Investoren diese Form der Gebäudeheizung wählen. Damit wird nach Ansicht des Unterzeichners auch dem Ziel Sachsens im Klimaschutzprogramm entsprochen.
Die in der Anlage beigefügte Wirtschaftlichkeitsberechnung berücksichtigt nicht den beabsichtigten Zusatzeffekt der Nutzung der geothermischen Energie des Flutungswassers sondern basiert rein auf der Wärmeentzugsleistung des anstehenden Gebirges. Die mit der Pilotanlage zu gewinnenden Erkenntnisse sollen erst darüber Aufschluß geben, welche Effekte durch die Nutzung der Bad Schlemaer Besonderheit erzielt werden können.
Da der Unterzeichner selbst 6 Jahre im Wismut-Uranbergbau als Hauer tätig war und inzwischen als Bau-Ing. seit über 10 Jahren selbstständig ein eigenes Bauunternehmen führt, bestehen sowohl bergmännische als auch baufachliche Kenntnisse und darüber hinaus Kontakte zu den für das geplante Vorhaben erforderlichen Fachleuten.
Eine regionale Nachnutzung der bei diesem Vorhaben zu gewinnenden Erkenntnisse liegt somit auch im ureigensten wirtschaftlichen Interesse.
© Bad Schlema, den 12.10.2005 / Veröffentlichungen nur auf Nachfrage!
Anmerkung der Redaktion: Mit diesem Projekt wird am 26.01.2006 begonnen. Auf unseren Seiten werden Sie über alle Neuigkeiten Informiert. Diese Projekt wird von der Firma Ökopark Silbertal GmbH sowohl Herrn Dr.- Ing. Rudolf Daenecke begleitet.
Ihr www.erdwaerme-zeitung.de Team
Siehe auch den Artikel: Nutzung von Grubenwasser zur Wärmegewinnung
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