Hydrochemische Methoden zur geothermalen Erkundung und Charakterisierung von Thermalwässern

• Main Author: Schäffer, Rafael
• Format: Others
• Language: de
• Published: 2018
• Online Access: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/7502/1/Dissertation_Sch%C3%A4ffer_2018-04-25.pdf; Schäffer, Rafael <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Sch=E4ffer=3ARafael=3A=3A.html> (2018): Hydrochemische Methoden zur geothermalen Erkundung und Charakterisierung von Thermalwässern.Darmstadt, Technische Universität, [Ph.D. Thesis]

Im Ende 2016 verabschiedeten Klimaschutzplan 2050 hat die deutsche Bundesregierung das Ziel ausgegeben, in Deutschland in der Mitte des 21. Jahrhunderts Treibhausgasneutralität herzustellen. Zur Erreichung dieses Zieles sind umfassende gesellschaftliche und wirtschaftliche Veränderung erforderlich. Vielfältige Pläne und Maßnahmen betreffen die Energiewirtschaft, die Industrie, Gewerbe und Handel, Haushalte und Gebäude, den Verkehr sowie Landwirtschaft und Landnutzung. Eine dieser Maßnahmen ist der Ausbau der Geothermie als grundlastfähige und dezentrale erneuerbare Energie. Bei tiefen Geothermieprojekten entfallen gut ⅔ der Kosten auf die Bohrungen, die gleichzeitig für mehr als die Hälfte des Projektrisikos verantwortlich sind. Kosten und Risiken können durch die Verwendung bereits bestehender oder die Reaktivierung stillgelegter Bohrung erheblich reduziert werden. Solche Bohrungen bietet die Kohlenwasserstoffexploration, der Bergbau oder die Balneologie. Auf letztem liegt der Fokus dieser Doktorarbeit. Denn Geothermie ist ideal für Schwimmbäder und ähnliche Einrichtungen, da diese ganzjährig einen zum Stromverbrauch relativ hohen Wärmebedarf bei vergleichsweise geringen Vorlauftemperaturen der Heizungsanlagen aufweisen. Viele Schwimmbäder stammen aus den 70er und 80 Jahren und werden in naher Zukunft saniert oder neu gebaut werden. Daher ist jetzt ein günstiger Zeitpunkt, um die Energieversorgung auf Geothermie umzustellen. Die verschiedenen Etappen eines solchen Vorhabens – Vorerkundung, Erkundung, Bohrung, Konstruktion und Inbetriebnahme – werden in vier Projekten im In- und Ausland beispielhaft erprobt. Die Recherche und Zusammenstellung bis zu 175 Jahre zurückreichender Zeitreihen physikochemischer und hydrochemischer Kennwerte zeigt zeitliche und räumliche Veränderungen auf Thermalwasservorkommen aufgrund anthropogener Eingriffe in den Untergrund auf. Die Auswertung und Darstellung der im Gelände und im Labor gewonnen Daten erfolgt hauptsächlich mit weiterentwickelten Versionen von Piper-, Stiff- und Schoeller-Diagrammen. Zur Abschätzung von Reservoirtemperaturen sind verschiedene Kationen-Lösungsgeothermometer angewendet worden. Zur geothermalen Ausbeutung hydrothermaler Vorkommen ist ein Sole-Kompaktwärmeübertrager konzipiert worden. Die geförderte Solemenge und –Temperatur kann durch Reaktivierung und Vertiefung stillgelegter Brunnen erhöht und die Leistung des Wärmeübertragers somit erhöht werden. Bei weiterem Energiebedarf kann ein Erdwärmesondenfeld gebaut werden. Es zeigt sich, dass diese Optionen allesamt wirtschaftlich sind und sich nach wenigen Jahren amortisieren. Zusätzlich werden signifikante Mengen an Kohlendioxidemissionen vermieden. Bei der Errichtung eines Erdwärmesondenfeldes können durch eine Quellbeweissicherung mögliche Veränderungen der Grundwasserbeschaffenheit kontrolliert werden. Dies erleichtert die behördliche Genehmigung eines solchen Vorhabens und erhöht die öffentliche Akzeptanz eines solchen Vorhabens. Basierend auf den Fallbeispielen in Bad Nauheim und Bad Soden-Salmünster wird das hydrothermale Potenzial bestehender Bohrungen in 15 hessischen Städten mit Thermalwasservorkommen auf 117 GWh/a geschätzt.