Zusammenfassung
Die Zahl an Erdwärmesonden nimmt in ganz Europa stetig zu. Wie mit anderen Technologien der Energiegewinnung sind auch mit Erdwärmesonden Risiken verbunden. Deshalb bedarf es Leitlinien als Grundlage für die Bewilligungsverfahren, die den Bau und Betrieb einer solchen Anlage regeln. Um dabei den zu erwartenden Nutzen gegen mögliche Risiken abwägen zu können, sind Kenntnisse über die hydrogeologischen Verhältnisse am Standort und die dort stattfindenden Prozesse erforderlich. Am Beispiel des Erdwärmenutzungskonzepts des Kantons Basel-Landschaft wird gezeigt, wie die Bewilligung von Erdwärmesonden differenziert geregelt werden kann, und wie die geologischen Merkmale einer Region in ein Erdwärmenutzungskonzept integriert werden können. Dabei werden insbesondere Karstgebiete, Gebiete mit der Gefahr des Gebirgsquellens und der Subrosion, Gewässerschutzbereiche, und Gebiete mit Grundwasserstockwerkbau oder gespannten Grundwasserverhältnissen berücksichtigt. Der Artikel will damit einen Beitrag zur derzeit stattfindenden gesellschaftlichen Diskussion über den Nutzen und die Risiken der untiefen Geothermie leisten, indem er Risiken durch den Bau und Betrieb von Erdwärmesonden beschreibt, und Möglichkeiten aufzeigt, diese Risiken in der Bewilligungspraxis zu berücksichtigen.
Abstract
The number of borehole heat exchangers (BHEs) is continuously rising in Europe. Just like other energy producing technologies, there are risks associated with BHE systems. Therefore, guidelines are necessary for regulating the construction and operation of such installations. In order to be able to trade-off the expected benefits against possible risks, knowledge about the local hydrogeological conditions, and the processes taking place, is required. Using the geothermal energy use concept developed for Canton Basel-Landschaft as an example, it is shown how the approval of BHE systems can be regulated in a differentiated way, and how the geological characteristics of a region can be integrated into a geothermal energy use concept. In particular, karst areas, areas with the risk of ground swelling and subrosion, water protection areas, and areas with multiple or confined aquifers are considered. The article aims at making a contribution to the present societal discussion about the benefits and risks of shallow geothermal energy systems by describing the risks associated with BHEs, and by presenting options to account for these risks in approval practice.
Literatur
Anagnostou, G.: Design uncertainties in tunneling through anydritic swelling rocks. Felsbau 25(4), 48–54 (2007)
AUE: Erdwärmenutzungskonzept Basel-Landschaft. Konzept für die Nutzung der Erdwärme zu Heiz- und/oder Kühlzwecken durch Erdwärmesonden, Erdregister, Wärmekörbe, Energiepfähle und Grundwasserwärmepumpen im Kanton Basel-Landschaft. Februar 2010. Herausgegeben vom Amt für Umweltschutz und Energie Basel-Landschaft, Liestal (2010). Erhältlich unter www.bl.ch/erdwaerme
BAFU: Vollzugshilfe Wärmenutzung aus Boden und Untergrund. Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern (2009)
BBergG: Bundesberggesetz vom 13. August 1980 (BGBl. I S. 1310), zuletzt geändert durch Artikel 11 des Gesetzes vom 9. Dezember 2006 (BGBl. I S. 2833) (1980)
Blum, P., Campillo, G., Münch, W., Köbel, T.: CO2 savings of ground source hest pump systems—a regional analysis. Renew. Energy 35(1), 122–127 (2010)
BUWAL: Wegleitung Grundwasserschutz. Vollzug Umwelt, Bundesamt für Umwelt. Wald und Landschaft (heute Bundesamt für Umwelt BAFU), Bern (2004)
Eiswirth, M., Hötzl, H., Ohlenbusch, R., Schnell, K.: Untersuchungen zur Umweltverträglichkeit von Baustoffen im Grundwasser. WasserAbwasserPraxis 2, 33–38 (1999)
Epting, J., Huggenberger, P., Butscher, C.: Thermal groundwater use in urban areas—spatiotemporal scales and concepts. In: Abstract book Groundwater Quality 2010, the 7th International IAHS Groundwater Quality Conference, Zurich, Switzerland, 13–18 June 2010
Epting, J., Huggenberger, P., Rauber, M.: Integrated methods and scenario development for urban groundwater management and protection during tunnel road construction: a case study of urban hydrogeology in the city of Basel. Switzerland. Hydrogeol. J. 16, 575–591 (2008)
Epting, J., Romanov, D., Huggenberger, P., Kaufmann, G.: Integrating field and numerical modeling methods for applied urban karst hydrogeology. Hydrol. Earth Syst. Sci. 13, 1163–1184 (2009)
Ferguson, G.: Unfinished business in geothermal energy. Ground Water 47(2), 167 (2009)
Fischer, H.: Übersichtstabelle zur Geologie der weiteren Umgebung von Basel (südlicher Sundgau, östliche Ajoie, Delsberger Becken, Basler und Aargauer Tafeljura bis Fricktal, Dinkelberg). Geographisch-ethnologische Gesellschaft, Basel (1969)
FWS: Gütesiegel für Erdwärmesonden-Bohrfirmen – Regelement. Fördergemeinschaft Wärmepumpen Schweiz (FWS), Bern (2007)
Goldscheider, N., Bechtel, T.D.: Editors’ message: The housing crisis from underground—damage to a historic town by geothermal drillings through anhydrite. Staufen, Germany. Hydrogeol. J. 17, 491–493 (2009)
GschG: Bundesgesetz über den Schutz der Gewässer (Gewässerschutzgesetz, GSchG) vom 24. Januar 1991. Bundesversammlung der Schweizerischen Eidgenossenschaft, Bern (1991)
GschV: Gewässerschutzverordnung (GSchV) vom 28. Oktober 1998. Schweizerischer Bundesrat, Bern (1998)
Guerrero, J., Gutiérrez-Santolalla, F., Lucha, P.: Paleosubsidence and active subsidence due to evaporite dissolution in Zaragoza area (Huerva River valley, NE Spain): processes, spatial distribution and protection measures for transport routes. Eng. Geol. 72(3–4), 309–329 (2004)
Hähnlein, S., Kübert, M., Walker-Hertkorn, S., Bayer, P., Blum, P.: Rechtliche Rahmenbedingungen bei der thermischen Grundwasserbewirtschaftung. bbr Sonderheft Geothermie, 14–20 (2009)
Hähnlein, S., Molina-Giraldo, N., Blum, P., Bayer, P., Grathwohl, P.: Ausbreitung von Kältefahnen im Grundwasser bei Erdwärmesonden. Grundwasser 15(2), 123–133 (2010)
Hauber, L., Jordan, P., Madsen, F., Nüesch, R., Vögtli, B.: Tonminerale und Sulfate als Ursache für deuckhafters Verhalten von Gesteinen. Bericht Forschungsauftrag 55/92 und 52/96 auf Antrag des Bundesamtes für Straßenbau (ASTRA), Bern (2005)
Hecht-Méndez, J., Molina-Giraldo, N., Blum, P., Bayer, P.: Evaluating MT3DMS for heat Transport simulation of closed geothermal systems. Ground Water (2010). doi:10.1111/j.1745-6584.2010.00678.x (in Druck)
Hubbert, M.K.: The theory of ground-water motion. J. Geol. 48(8), 785–944 (1940)
Huggenberger, P., Epting, J., Affolter, A., Zechner, E.: Concepts for transboundary groundwater management in a region of extensive groundwater use and numerous contaminated sites. In: International Conference “Transboundary Aquifers: Challenges and New Directions” (ISARM2010), akzeptierter Konferenzbeitrag, 6.–8. Dezember 2010, Paris (2010)
Klotzbücher, T., Kappler, A., Straub, K.L., Haderlein, S.B.: Biodegradability and groundwater pollutant potential of organic anti-freeze liquids used in borehole heat exchangers. Geothermics 36(4), 348–361 (2007)
Kübert, M., Walker-Hertkorn, S., Blum, P., Bayer, P., Hähnlein, S.: Praktische Hinweise zur Genehmigungspraxis der thermischen Nutzung des Untergrundes. bbr Sonderheft Geothermie, 8–13 (2009)
Kutzner, C.: Injektionen im Baugrund. Enke Verlag, Stuttgart (1991)
La Vigna, F., Ciadamidaro, S., Mazza, R., Mancini, L.: Water quality and relationship between superficial and ground water in Rome (Aniene River basin, central Italy). Environ. Earth Sci. 60(6), 1267–1279 (2010)
LGRB: Leitfaden zur Nutzung von Erdwärme mit Erdwärmesonden. 4. überarbeitete Neuaufl., Umweltministerium Baden-Württemberg, Stuttgart (2005)
LGRB: Geologische Untersuchungen von Baugrundhebungen im Bereich des Erdwärmesondenfeldes beim Rathaus in der historischen Altstadt von Staufen i. Br. Sachstandsbericht des Landesamts für Geologie. Rohstoffe und Bergbau Baden-Württemberg (LGRB), Freiburg i. Br. (2010)
Ondreka, J., Rüsgen, M.I., Stober, I., Czurda, K.: GIS-supported mapping of shallow geothermal potential of representative areas in south-western Germany–Possibilities and limitations. Renew. Energy 32, 2186–2200 (2007)
Pannike, S., Kölling, M., Panteleit, B., Reichling, J., Scheps, V., Schulz, H.D.: Auswirkung hydrogeologischer Kenngrößen auf die Kältefahnen von Erdwärmesondenanlagen in Lockersedimenten. Grundwasser 11(1), 6–18 (2006)
Panteleit, B., Reichling, J.: Automatisierte Attribuierung von Bohrungsdaten mit Parametern zur Optimierung von Erdwärmesondenanlagen. Grundwasser 11(1), 19–26 (2006)
Ruckstuhl, S., Suter, M.J.-F., Giger, W.: Sorption and mass fluxes of sulfonated naphthalene formaldehyde condensates in aquifers. J. Contam. Hydrol. 67, 1–12 (2003)
Ruckstuhl, S., Suter, M.J.-F., Kohler, H.-P.E., Giger, W.: Leaching and primary biodegration of sulfonated naphthalenes and their formaldehyde condensates from concrete superplasticizers in groundwater affected by tunnel construction. Environ. Sci. Technol. 36(15), 3284–3289 (2002)
Saner, D., Juraske, R., Kübert, M., Blum, P., Hellweg, S., Bayer, P.: Is it only CO2 that matters? A life cycle perspective on shallow geothermal systems. Renew. Sustain. Energy Rev. 14, 1798–1813 (2010)
Sanner, B., Karytsas, C., Mendrinos, D., Rybach, L.: Current status of ground source heat pumps and underground thermal energy storage in Europe. Geothermics 32(4–6), 579–588 (2003)
Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein (SIA): SIA-Norm 384/6 Erdwärmesonden; Zürich (2010)
Signorelli, S., Andenmatten Bertoud, N., Kohl, T., Rybach, L.: Statistik geothermische Nutzung der Schweiz für die Jahre 2002 und 2003. Schlussbericht, Bundesamt für Energie, Bern (2004)
Tsang, C.F., Bernier, F., Davies, C.: Geohydromechanical processes in the Excavation Damaged Zone in crystalline rock, rock salt, and indurated and plastic clays—in the context of radioactive waste disposal. Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 42(1), 109–125 (2005)
Verein deutscher Ingenieure (VDI): VDI 4640: Thermische Nutzung des Untergrundes; Düsseldorf (2000)
WHG: Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushalts (Wasserhaushaltsgesetz – WHG). Stand: BGBl. I 2010, Nr. 34, S. 823–846, ausgegeben am 30.06.2010 (2010)
White, W.B.: Groundwater flow in karstic aquifers. In: Delleur, J.W. (Hrsg.) The Handbook of Groundwater Engineering, S. 18-1–18-6. CRC Press/Springer, Boca Raton/Heidelberg (1999)
Wyss, R.: Eine Erdgasbohrung in Rothrist? Umwelt Aargau 44, 31–34 (2009)
Zaporozec, A.: Ground-water pollution and ist sources. GeoJournal 5(5), 457–471 (1981)
Danksagung
Wir danken Dr. Wolfgang Engesser (Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Baden-Württemberg, LGRB) für die Bereitstellung des Fotos in Abbildung 6.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Butscher, C., Huggenberger, P., Auckenthaler, A. et al. Risikoorientierte Bewilligung von Erdwärmesonden. Grundwasser 16, 13–24 (2011). https://doi.org/10.1007/s00767-010-0154-5
Received:
Revised:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s00767-010-0154-5