GEWS-II: Realitätsnahe, langfristige, saisonale Erprobung der GEWS-Anlage im Testfeld TestUM zur Ermittlung belastbarer energetischer Betriebsparameter und Umweltauswirkungen

Zurück zur Liste

GEWS II

GEWS-II: Realitätsnahe, langfristige, saisonale Erprobung der GEWS-Anlage im Testfeld TestUM zur Ermittlung belastbarer energetischer Betriebsparameter und Umweltauswirkungen

01.04.2024 bis 31.03.2025


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 für Technische Biogeochemie, Department Umweltinformatik

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Nutzung unterirdischer Geosysteme

Mit dem Verbundprojekt GEWS (Geologisches Eis-Wärme-Speichersystem) sollte erstmalig die Nutzung von Grundwasserleitern vorrangig zu Kühlzwecken erprobt werden. Im Unterschied zu konventionellen Eis-Wärme-Speichern werden hierbei aktive thermische Isoliersysteme in Erdwärmesonden eingesetzt, welche gezielte, tiefenhorizontierte Vereisungs- und Auftauprozesse im geologischen Untergrund ermöglichen. Es war vorgesehen, kostengünstige und skalierbare GEWS-Anlagen für Lockersedimente zu entwickeln, welche auf die Randbedingungen im urbanen Raum ausgelegt werden, da hier der größte Kühlbedarf besteht. Mit den geplanten Untersuchungen sollten die GEWS-Technologie entwickelt sowie deren Umweltauswirkungen und Wirtschaftlichkeit bestimmt werden. Die GEWS-Anlage wurde im Projektkonsortium, bestehend aus der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie (IEG) sowie dem beauftragten Büro für zeitgemäße Energieanwendung (BZE-Ökoplan), erfolgreich entwickelt und im Rahmen eines Feldversuchs in seinen Grundfunktionen und Umweltauswirkungen (Betriebsphase I) orientierend über mehrere Frost-Tau-Zyklen getestet, wonach sich das Verfahren ohne negative Umweltauswirkungen anwenden lässt.

Ziel des einjährigen Anschlussprojekts GEWS-II ist es, die bisher noch nicht hinreichend betrachteten praxisbezogenen Aspekte, wie insbesondere das saisonale Verhalten der GEWS-Anlage, anhand eines realen Lastprofils zu erproben. In dieser sog. Betriebsphase II soll von den Verbundpartnern CAU und UFZ gemeinsam mit BZE-Ökoplan als Auftragnehmer überprüft werden, ob die experimentell ermittelten Betriebsparameter gegenüber alternativen Versorgungsansätzen wettbewerbsfähig und die Umweltauswirkungen weiterhin geringfügig sind. Im Fokus der Untersuchungen stehen die Erfassung, Charakterisierung und Optimierung der energetischen Speichereigenschaften der GEWS-Anlage bei unterschiedlichen Betriebsmodi sowie eine Bewertung der Einsatzpotentiale, da mit der bestehenden Anlage (bis zu 28 KW Heizleistung, geeignet zur Versorgung von 5-10 Bestandswohneinheiten) auch andere zu versorgende Infrastrukturen, wie z. B. Krankenhäuser oder Wohnanlagen, skaliert berücksichtigt werden können. Bei erfolgreicher Durchführung des Projekts können GEWS-Anlagen einen wichtigen Beitrag zur Umsetzung der kommunalen Wärmeplanung leisten, für die ein hoher Bedarf an saisonalen thermischen Latentspeichern besteht.

Das Verbundprojekt gliedert sich in drei Teilprojekte (TP) mit insgesamt neun Arbeitspaketen. Im Rahmen von TP1 soll die GEWS-Anlage für den saisonalen Betrieb optimiert, angepasst und erprobt werden. Es ist vorgesehen, die bisher erarbeitete technische Basis weiter zu untersetzen und einzelne Bestandteile der obertägigen Wärmeversorgungsanlage für den saisonalen Betrieb zu ertüchtigen. Ferner sind Erprobung und thermischer Betrieb des Sondenfeldes mit Vereisungs- und Auftauzyklen unter realitätsnahen Betriebsbedingungen geplant, um hypothetische Wärmeversorgungsszenarien potentieller GEWS-Nutzer nachzustellen. TP2 befasst sich mit der energetischen Charakterisierung, Bilanzierung und Bewertung des saisonalen Anlagenbetriebs mittels praxisnaher Lastprofile. Mit diesem Teilprojekt sollen energetische und betriebstechnische Daten erarbeitet werden. Dies umfasst die kontinuierliche Messung energetischer Flüsse während der Vereisungs- und Tauzyklen im Hinblick auf die Bilanzierung und wirtschaftliche Bewertung des Speichersystems (Betriebskosten). Weiterhin sind eine Erweiterung und Kalibrierung der bisherigen numerischen Modellansätze (zeitlich-räumliche Dynamik der Vereisungs- und Auftauprozesse, mögliche Oberflächendeformationen) beabsichtigt. TP3 fokussiert auf die Untersuchung der Umweltauswirkung von GEWS im Grundwasserleiter bei saisonalem Betrieb und mit praxisnahen Lastprofilen. Mit dem Teilprojekt wird das begleitende geophysikalische, hydrochemische, mikrobiologische und geomechanische Monitoring der Umweltauswirkungen fortgesetzt, um die Datengrundlage für die Beurteilung ökologischer Auswirkungen von Eis-Wärme-Speichern und zyklischer Nutzung des geologischen Untergrundes im Rahmen einer Wärmeversorgung zu Kühl- und Heizzwecken für Genehmigungsbehörden weiter zu untersetzen.

Weitere Informationen finden sich auf der Projektwebseite der Universität Kiel.