19 | 11 | 2019

Planungsrelevante Datenerhebung zum geothermischen Nutzungspotential eines Standorts

Die Ergebnisse von geothermischen Messungen wie Thermal-Response-Tests und Temperaturprofilen geben Aufschluss über das geothermische Nutzungspotential eines Standortes.

Für die Auslegung und Abschätzung des Langzeitverhaltens von größeren Erdwärmeanlagen sind Modellierungen und Langzeitsimulationen erforderlich. Für diese müssen standortbezogene, geothermische Eingangsparameter erhoben werden. Dazu zählen die effektive Wärmeleitfähigkeit des erbohrten Gebirges sowie die mittlere ungestörte Untergrundtemperatur - besser noch ein Temperaturprofil des ungestörten Untergrundes. Ergänzend ist der thermische Bohrlochwiderstand der Erdwärmesonden von Bedeutung, der sich aus den Materialeigenschaften der Erdwärmesonde (Wärmeträgerflüssigkeit, Verfüll- und Sondenmaterial) ergibt. Hieraus kann, in Abhängigkeit von der Auslegung (z. B. die Anzahl, Tiefe, Lage der Erdwärmesonden) und Betriebsdauer der Erdwärmeanlage, die spezifische Entzugsleistung der Erdwärmesonden (W/m) am Standort abgeleitet werden.

Um das geothermische Nutzungspotential am Standort zu bestimmen, werden folgende geothermische Messdienstleistungen angeboten:

trt im aufbau av

TRT - Thermal-Response-Test auch als Geothermal Response Test (GRT) bezeichnet

Der TRT (Thermal-Response-Test) wird an einer vollständig ausgebauten Erdwärmesonde in Form eines In-Situ-Tests durchgeführt. Das Prinzip eines TRTs basiert darauf, dass mit einer bekannten, konstanten Energie beaufschlagtes Wasser, das heißt erwärmtes Wasser, in den U-Rohren der Erdwärmesonde zirkuliert wird. Dabei stellt sich im Laufe von ca. 72 h ein Temperatur-Gleichgewicht aus Temperatureintrag und Temperturabfluß in das umgebende Gebirge ein. Aus der zeitlichen Entwicklung der Differenztemperatur von eingespeißtem erwärmten Wasser und der Temperatur im Rücklauf, das ist die Temperaturantwort - "Response" - des Untergrundes, wird

temperaturprofil vor und nach trt mit anomalie

  • die Wärmeleitfähigkeit des Gebirges
  • der thermische Bohrlochwiderstand
  • die mittlere ungestörte Untergrundtemperatur
  • und Sondenlänge

rechnerisch gemittelt über die Gesamtsondenlänge abgeleitet.

Temperaturprofile

Der Thermal Response Test wird qualitativ aufgewertet, wenn dieser mit einer Temperaturtiefenprofilmessung kombiniert wird. Mit der ergänzenden Temperaturprofilmessung kann die mit dem Thermal Response Test ermittelte mittlere  Wärmeleitfähigkeit des Gebirges tiefenabhängig aufgelöst werden. Diese Daten liefern bei heterogenen Untergrundverhältnissen eine deutlich verbesserte Datengrundlage für die daraus abgeleitete Auslegung der geplanten Erdwärmeanlage. Man spricht hier auch von einem "Enhanced Geothermal Response Test" (EGRT).

Eine an einen Wegstreckenzähler angeschlossene Temperatursonde misst innerhalb den wassererfüllten U-Rohren der Erdwärmesonde ein über die Tiefe aufgelöstes Temperaturprofil. Damit kann die auf Grund von Gesteinswechsel oder Grundwasservorkommen lokal variierende Wärmeleitfähigkeit im erbohrten Untergrund tiefenbezogen aufgelöst werden.

Die Temperaturprofile in der rechten Abbildung weisen auf eine Temperaturanomalie bei ca. 43 m Tiefe. Nach den Ergebnissen des zugehörigen Thermal Response Tests ist in dieser Erdwärmesonde eine für die Geologie am Standort ungewöhnlich hohe Wäremeentzugsleistung zu erwarten. Aus den Temperaturprofilen unmittelbar im Anschluß an den Thermal Response Test geht hervor, dass die Wärmeenergie im Grundwasservorkommen unterhalb 43 m u. GOK für die erhöhte Wärmeentzugsleistung verantwortlich ist.