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Geothermie; regenerative und klimaschonende Chance

Durch die Nutzung der Geothermie zur Energieversorgung wird ein nach menschlichen Maßstäben unerschöpflicher Energievorrat erschlossen, denn es sind noch immer 99% der Erde heißer als 1000 °C - und von dem verbleibenden 1% erreichen 99% Temperaturen von über 100 °C.

Die Bedeutung der Geothermie für die Wärmeerzeugung nimmt laufend zu. Ende 2009 waren weltweit 50,6 Gigawatt an thermischer Leistung installiert. Das waren 60 Prozent mehr als noch vor fünf Jahren.

Deutschland belegt mit derzeit fast 2,5 GW an thermischer Leistung einen der vorderen Plätze bei der installierten Kapazität zur Wärmeerzeugung; die Wachstumsaussichten sind als hervorragend zu bezeichnen. Lt. einer Prognose des Bundesverbands Erneuerbare Energie zufolge, soll die installierte Leistung für die Wärmebereitstellung im Jahr 2020 bereits 26,5 Terawattstunden (TWh) betragen.

Geothermie (Erdwärme) zählt zu den regenerativen Energien und bietet die Chance der klimaschonende Energieversorgung. Sie steht fast überall und jederzeit, unabhängig von Faktoren wie dem Klima, der Tages – oder Jahreszeit zur Verfügung. Hierbei wird die Wärme genutzt, die im Boden z.B. durch Sonneneinstrahlung und Niederschlägen, aus Prozessen im Erdinneren aber auch im Grundwasser gespeichert ist.  In unserer Region (Mitteleuropa) liegt die Temperatur des Bodens und des Grundwassers bei einer Tiefe von 10 Metern konstant bei etwa 10 Grad, und nimmt im Mittel um rund 3 C° pro 100 Meter Tiefe zu.

Die Nutzung der Erdwärme darf aber nicht zu Lasten der Umwelt , insbesondere des Grundwassers gehen, denn in der Regel ist mit der Geothermischen Nutzung des Untergrundes ein Eingriff in das Grundwasser verbunden.  Für den Bau und Betrieb eine Anlage zur geothermischen Nutzung des Untergrundes (auch Oberflächengewässer) sind die Bestimmungen des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) in Verbindung mit dem bayerischen Wassergesetz (BayWG) und den hierzu ergangenen Verwaltungsvorschriften  (VwVBayWG, VAwS etc) maßgebend. Im behördlichen Genehmigungsverfahren ist dem Antrag zur thermischen Nutzung des Untergrundes das Gutachten eines privaten Sachverständigen in der Wasserwirtschaft beizufügen, der eine Zulassung für den entsprechenden Anerkennungs- bzw. Nutzungsbereich besitzt.

Zuständige Genehmigungsbehörde ist hier die Untere Wasserbehörde bei der örtlichen Kreisverwaltung (Landratsamt Amberg-Sulzbach, Sachgebiet Wasserrecht) oder kreisfreien Städten (Stadt Amberg); abhängig von der benötigten thermischen Leistung (> 0,2 Megawatt) und/oder einer Bohrtiefe von > 100 Metern sind auch die Vorgaben des Bundesbergbaugesetzes (BBergG) zu berücksichtigen.

Auch wenn das Temperaturniveau in den oberen Bodenschichten mit ca. 10C° relativ niedrig ist, bietet es für die sog. oberflächennahe geothermische Nutzung einen breiten Anwendungsraum, nicht nur im privaten Bereichen wie in  Ein- und Mehrfamilienhäusern, sondern auch für die gewerbliche Nutzung, beispielsweise in Büro- und Verwaltungsgebäuden, Schwimmbädern und Fertigungs- und Produktionshallen an. Geothermie kann nicht nur zum Heizen in den kalten Monaten, sondern auch zur Gebäudekühlung (Klimatisierung) in den Sommermonaten genutzt werden.  

Grundsätzlich muss zwischen offenen und geschlossenen Systemen unterschieden werden. 

  • bei offenen Systemen (Grundwasserwärmepumpen) wird Grundwasser über einen Entnahme- oder  Förderbrunnen erschlossen (alternativ aus einem oberird. Fliessgewässer entnommen) zu einem Wärmetauscher geleitet, wo das Grundwasser seine Wärme abgibt und anschließend wieder über einen Schluckbrunnen in den Grundwasserleiter (alternativ über ein Einleitungsbauwerk in das oberird. Gewässer) eingeleitet wird.
  • Bei geschlossenen Systemen ( z.B. Erdwärmesonden, Flächenkollektoren, Erdwärmekörbe) zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit durch unterirdische Rohrleitungen und transportiert die geothermische Wärme zu einer Wärmepumpe.  Mit dieser wird die relativ niedrige Temperatur der Erdwärme (ca. 10 C°) zur Gebäudeheizung angehoben; das geschieht im Prinzip wie bei einem Kühlschrank (Verdampfer, Kompressor, Kondensator); nur eben umgekehrt. Die abgekühlte Wärmeträgerflüssigkeit fließt dann wieder durch die unterirdischen Leitungen z.B. in die Sonden oder Kollektoren, hier gleicht sie sich wieder der anstehenden Bodentemperatur an. 
    •  Erdwärmesonden
      Vertikale Bohrungen in der Regel mit einer Tiefe von bis zu 100 m, in die Doppel-U-Sonden aus PE Kunststoff eingebracht werden. Anschließend werden die Bohrungen mit einem hoch wärmeleitfähigen, dauerhaft abdichtenden Spezialzement (z.B. Bentonit) verpresst. Durch die vertikale Bauweise und Bohrtiefe ist nur eine geringer Flächenbedarf der Anlage nötig.
    • Flächenkollektoren
      Erdwärmekollektoren werden unter der örtlichen Frostgrenze horizontal, flächig und in Schlaufen verlegt. Sie bestehen aus einem speziellen Kunststoff, in der Regel PE 100-RC oder PE-X mit erhöhter Punktlast- und Spannungsrissbeständigkeit. Zur Realisierung wird  ein freie Fläche (Garten) in etwa 1,5 bis 2-facher Größe der zu beheizenden Wohnfläche benötigt.
    • Erdwärmekörbe
      Erdwärmekörbe werden ebenfalls unter der örtlichen Frostgrenze, in der Regel in einer Tiefe von 1 bis 5 m gesetzt. Auch sie bestehen aus einem speziellen Kunststoff mit erhöhter Punktlast- und Spannungsrissbeständigkeit. Die einzelnen Körbe werden untereinander verbunden, über einen Verteiler wird eine zentrale Zuleitung zu der  Wärmepumpe hergestellt.  Erdwärmekörbe weisen einen geringeren Flächenbedarf als Erdwärme-kollektoren auf.

Neben den o.g. Systemen bestehen noch Sonderformen der thermischen Nutzung in geschlossenen Systemen z.B. in erdberührenden Bauteil aus Beton. Hier können z. B. in Boden- und Fundamentplatten, Bohrpfählen, Schlitzwänden etc. Kunststoffrohre zur Wärmeübertragung und thermischen Nutzung verbaut und genutzt werden.

 

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