GEWS: Entwicklung und Bau eines tiefenhorizontierten Geologischen Eis-Wärme-Speichersystems als Demonstrationsanlage auf dem Testfeld TestUM/Wittstock

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GEWS

GEWS: Entwicklung und Bau eines tiefenhorizontierten Geologischen Eis-Wärme-Speichersystems als Demonstrationsanlage auf dem Testfeld TestUM/Wittstock

01.10.2021 bis 30.09.2023


Universität Kiel, Institut für Geowissenschaften
Kompetenzzentrum Geo-Energie
Ludewig-Meyn-Straße 10
24118 Kiel

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Leipzig,
Department Monitoring- und Erkundungstechnologien,
Department Isotopenbiogeochemie  Department Umweltinformatik

Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie (IEG) Bochum

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Nutzung unterirdischer Geosysteme

Der nachhaltigen und klimaneutralen Deckung der Wärmeversorgung zu Kühlzwecken kommt in den nächsten Dekaden vor dem Hintergrund des Klimawandels gerade in urbanen Zentren eine besondere Bedeutung zu. Bisherige Ansätze wie z. B. der Ausbau konventioneller Klimaanlagen erscheinen dabei aus Gründen des Energiebedarfs und auch aufgrund ihrer Auswirkungen auf das Stadtklima keine nachhaltigen Ansätze, um Gebäude und auch gegebenenfalls den Außenbereich von Quartieren bei Bedarf zu kühlen. Ebenso sind neuere Technologien wie der Einsatz konventioneller Eis-Wärme-Speicher, die meist in Betonbecken betrieben werden, aufgrund ihrer bautechnisch begrenzten Volumina und den damit verbundenen hohen Investitionskosten sowie des relativ hohen Flächenbedarfs in ihrer Umsetzung im Gebäudebestand limitiert. Ähnliche Nutzungseinschränkungen bestehen für Speichersysteme, welche eine Vereisung sehr oberflächennaher Bereiche innerhalb der Bodenzone vorsehen. Hierbei können insbesondere potenziell negative geomechanische Effekte, aber auch Schäden u. a. an Pflanzenwurzeln oder der Bodenfauna auftreten.

Mit dem Verbundprojekt GEWS (Geologisches Eis-Wärme-Speichersystem) soll erstmalig die tiefenhorizontierte Nutzung von Grundwasserleitern vorrangig zu Kühlzwecken erprobt werden. Im Unterschied zu konventionellen Eis-Wärme-Speichern werden hierbei aktive bzw. adaptive thermische Isoliersysteme in Erdwärmesonden eingesetzt, die gezielte, tiefenhorizontierte Vereisungs- und Auftauprozesse im geologischen Untergrund ermöglichen. Es ist geplant, kostengünstige und skalierbare GEWS-Anlagen für Lockersedimente zu entwickeln, die auf die Randbedingungen im urbanen Raum ausgelegt werden, da hier der größte Kühlbedarf besteht. Mit den geplanten Untersuchungen sollen die GEWS-Technologie entwickelt sowie deren Umweltauswirkungen und Wirtschaftlichkeit bestimmt werden.

Das Verbundprojekt gliedert sich in fünf Teilprojekte. Im Zentrum des ersten Teilprojekts steht die Erprobung und Weiterentwicklung der Technologie zur Vereisung bzw. zum Auftauen wasserführender geologischer Schichten. Die Experimente finden auf einem Testfeld (TestUM) nahe dem brandenburgischen Wittstock statt. Mit Hilfe geophysikalischer Monitoringverfahren soll der räumliche Vereisungsstatus im Umfeld eines oberflächennahen Grundwasserleiters überwacht werden. Das zweite Teilprojekt fokussiert auf die Erfassung und Bilanzierung der eingesetzten thermischen und elektrischen Energieflüsse bei den Gefrier- und Auftauprozessen. Diese Untersuchungen werden von numerischen Simulationen begleitet, die in ein Modellierungswerkzeug zur Prognose der zeitlich-räumlichen Dynamik der Vereisungs- und Auftauprozesse münden sollen. Im dritten Teilprojekt werden die potentiellen hydrogeochemischen und mikrobiologischen Effekte von GEWS-Anlagen bestimmt. Mit dem vierten Teilprojekt sollen GEWS hinsichtlich Kosten und Treibhausgasemissionen betrachtet sowie deren mögliche Rolle bei der Transformation von Wärmeversorgungssystemen bestimmt werden. Ein fünftes Teilprojekt befasst sich mit der numerischen Modellierung möglicher Oberflächendeformationen, die infolge des Gefrierens und Auftauens durch die Verformung des Untergrundes verursacht werden können.

Weitere Informationen finden sich auf der Projektwebseite