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Empfehlung Oberflächennahe Geothermie: Planung, Bau, Betrieb und Überwachung - EA Geothermie

Empfehlung Oberflächennahe Geothermie: Planung, Bau, Betrieb und Überwachung - EA Geothermie

Geotechnik (Editor), Deutsche Gesellschaft für Geowissen (Editor)

ISBN: 978-3-433-02967-1

Nov 2014

336 pages

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Description

The aim of the Recommendations is the technically correct exploitation of the subsoil for geothermal purposes. It should be of assistance in avoiding impairment of soil and groundwater during the operation of the plant and buildings.
Vorwort V

Abbildungsverzeichnis XIII

Tabellenverzeichnis XXII

Vorbemerkung XXV

Formelzeichen und Indizes  XXVII

1 Einleitung  1

2 Grundlagen 5

2.1 Grundlagen der Geologie, Hydrogeologie und Geotechnik 5

2.2 Grundlagen der Geothermie  12

2.3 Solarspeicherzone 27

2.4 Geosolarer Übergangsbereich 31

2.5 Terrestrische Zone 34

2.6 Anthropogene thermische Beeinflussung  34

2.7 Wechselwirkungen geothermischer Anlagen mit dem Untergrund 35

2.7.1 Hydrochemische Wechselwirkungen  36

2.7.2 Wechselwirkungen zwischen geothermischen Systemen und Grundwasserorganismen 37

3 Geothermische Anlagen 39

3.1 Geschlossene Systeme 40

3.1.1 Erdwärmesonden (Geothermiesonden) 40

3.1.2 Verdampfersonden 48

3.1.3 Erdwärmekollektoren  49

3.1.4 Energiepfähle und erdberührende Betonbauteile  53

3.2 Offene Systeme (direkte Grundwassernutzung)   58

3.2.1 Brunnenanlagen 60

3.2.2 Geothermie Nutzung im Bergbau und Hohlraumbau 64

3.3 Geothermische Speicher  68

3.3.1 Aquiferspeicher (Aquifer Thermal Energy Storage, ATES) 68

3.3.2 Erdwärmesondenspeicher (Borehole Thermal Energy Storage, BTES) 70

3.3.3 Kavernenspeicher (Cavernous Thermal Energy Storage, CTES) 71

4 Rechtliche Grundlagen 73

4.1 Wasserrecht  76

4.1.1 Europäische Regelungen 76

4.1.2 Deutsches Recht 77

4.2 Bergrecht 78

4.3 Lagerstättenrecht 80

4.4 Naturschutz und Landschaftspflege 81

4.4.1 Eingriffsregelung nach dem Bundesnaturschutzgesetz 81

4.4.2 Schutzausweisungen in Landschaftsplänen  82

4.4.3 Europäisches ökologisches Netz „Natura 2000“ 82

4.5 Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung 84

5 Grundlagen der Planung 85

5.1 Projektablauf  86

5.2 Erkundungsbedarf für Erdwärmesondenanlagen  90

5.3 Modelle zur Simulation des Wärmetransportes 92

6 Bohrungen und Ausbau 97

6.1 Bohrverfahren 97

6.2 Hinweise zum Ausbau von Bohrungen 100

6.3 Bohrlochabweichung  103

6.4 Geologische und hydrogeologische Einflüsse 111

6.5 Response Test Verfahren 116

6.5.1 Grundlagen und Messprinzip eines Geothermal Response Tests 118

6.5.2 Auswertung 119

6.5.3 Thermischer Bohrlochwiderstand  122

6.5.4 Qualitätssicherung mit Hilfe des GRT 123

6.5.5 Auswertung instationärer GRT-Daten 125

6.5.6 Zylinderquellen-Verfahren  127

6.5.7 Enhanced Geothermal Response Test 144

7 Planung, Herstellung und Betrieb geschlossener Systeme  151

7.1 Erdwärmesondenanlagen 151

7.1.1 Planung und Dimensionierung 151

7.1.2 Verfüllung des Ringraums  163

7.1.3 Anforderungen an den Verfüllbaustoff 166

7.1.4 Nicht vollständig abgedichtete Erdwärmesonden  . 184

7.1.5 Druck- und Durchflussprüfung an Erdwärmesonden 190

7.1.6 Wärmeträgermedien  197

7.1.7 Horizontale Anschlussleitungen und Schnittstelle zur Haustechnik 200

7.1.8 Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung 202

7.1.9 Dokumentation 205

7.1.10 Rückbau und Stilllegung 207

7.2 Erdwärmekollektoren (EWK) 207

7.2.1 Planung und Bemessung von Kollektoranlagen 208

7.2.2 Bauausführung von Flächenkollektoren 211

7.2.3 Bauausführung von Erdwärmekörben 212

7.2.4 Verlegung der Leitungen   212

7.2.5 Füllen und Entlüften  213

7.2.6 Wärmeträgermedien  213

7.2.7 Druckprüfung 213

7.2.8 Inbetriebnahme 213

7.2.9 Dokumentation 214

7.2.10 Betrieb der Erdwärmekollektoren 215

7.2.11 Auswirkungen des Betriebes der Erdwärmekollektoren 215

7.2.12 Rückbau / Stilllegung 217

8 Planung, Herstellung und Betrieb offener Systeme 219

8.1 Brunnenanlagen 219

8.1.1 Planung und Dimensionierung 226

8.1.2 Bauausführung, Qualitätssicherung, Dokumentation 228

8.1.3 Pumpversuch und Brunnentest 228

8.1.4 Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung 228

8.1.5 Hydrochemische und mikrobiologische Einflüsse   232

8.1.6 Dokumentation 237

8.1.7 Stilllegung und Rückbau 237

8.1.8 Praxisbeispiel Brunnenanlage 238

8.2 Aquiferspeicher 242

9 Risikopotenziale 245

9.1 Die 5-M-Methode  245

9.1.1 Mensch 246

9.1.2 Methode 246

9.1.3 Material  247

9.1.4 Maschinen 248

9.1.5 Medium  248

9.1.6 Fazit 249

9.2 Geologische Risiken  250

9.2.1 Quellfähige und setzungsempfindliche Gesteine 250

9.2.2 Lösliche Gesteine 251

9.2.3 Überkonsolidierte und porenwasserdruckanfällige Gesteine 251

9.2.4 Tektonik 252

9.2.5 Massenbewegungen  252

9.2.6 Erdfall-, Senkungs- und Bergsenkungsgebiete 252

9.2.7 Gasaustritte  253

9.3 Hydrogeologische Risiken  254

9.3.1 Gespanntes und artesisch gespanntes Grundwasser 254

9.3.2 Stockwerke 254

9.3.3 Hydrochemische Gradienten 256

9.3.4 Entgasung  256

9.3.5 Wasserqualität 256

9.4 Umwelttechnische Risiken 257

9.4.1 Altlasten und Altablagerungen 257

9.4.2 Bergbau, Bergbaufolgeschäden 257

9.5 Risiken beim Sondeneinbau  258

9.6 Betriebsrisiken 260

Literatur 263

Gesetze, Normen, Regelwerke 269

Leitfäden von Ländern und Kommunen 275

Glossar A bis Z 277