EWS-tech II

04/2016 – 12/2019 (3,75 Jahre)

ca. 2,1 Mio. EUR

Im Rahmen des integrierten Klimaschutzziels Baden-Württembergs ist die Geothermie ein zentraler Baustein. Bereits seit einigen Jahrzehnten trägt die oberflächennahe Geothermie signifikant zur Wärmebereitstellung und damit zur Reduktion der CO2-Emissionen bei.

In Regionen in Baden-Württemberg mit schwierigen geologischen Randbedingungen sind allerdings in der Vergangenheit Schadensfälle, insbesondere im Zusammenhang mit quellenden Anhydrithorizonten, aufgetreten. Die Analyse dieser aufgetretenen Schadensfälle zeigt, dass stockwerksübergreifende Bohrungen als besonders kritisch einzustufen sind, welche Grundwasserleiter unterschiedlicher Druckpotentiale verbinden und nicht durch eine adäquate Verfüllung abgedichtet werden.

Daher bilden Untersuchungen zum Einfluss von Grundwasserflüssen auf die Verfüllqualität von Erdwärmesonden einen der Schwerpunkte des Forschungsvorhabens EWS-tech II. Für diese und weitere realitätsnahe Randbedingungen werden in dem Forschungsprojekt EWS-tech II überprüfbare Qualitätskriterien für Erdwärmesondenverfüllungen entwickelt.

Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg

• Steinbeis Forschungsinstitut Solites
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW)
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (MPA Karlsruhe)
• EIFER (European Institute for Energy Research)

Das Verbund-Forschungsvorhaben zielt auf Qualitätsverbesserungen bei der Erstellung von Erdwärmesonden ab, indem überprüfbare Qualitätskriterien für Erdwärmesondenverfüllungen unter realitätsnahen Randbedingungen erarbeitet und in einem Empfehlungskatalog zusammengefasst werden, der die folgenden Untersuchungsaspekte berücksichtigt:

• Bewertung des Verhaltens von EWS-Verfüllbaustoffen bei verschieden ausgeprägten Grundwasserströmungen, wobei der Schwerpunkt auf Bohrungen liegt, die mehrere Grundwasserstockwerke unterschiedlicher Druckpotentiale verbinden
• Bewertung des Einflusses der Rauigkeit der Bohrlochwandung auf die Systemdurchlässigkeit unter Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Verfüllbaustoffen, Wand-Topographien und Grundwasserströmungen
• Vor- und Nachteile sowie Eignungsgrenzen dotierter Verfüllbaustoffe und Bewertung der zugehörigen geophysikalischen Messverfahren
• Langzeitintegrität verfüllter EWS-Bohrungen

Zur Erreichung der Ziele werden in dem Verbundforschungsvorhaben durch die Projektpartner verschiedene, sich ergänzende Versuchsaufbauten eingesetzt. Bei den geplanten Versuchen werden vier im Rahmen des Forschungsvorhabens durch den Projektpartner MPA Karlsruhe (KIT) neu entwickelte, magnetisch dotierte Referenz-Verfüllbaustoffe mit unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften eingesetzt, um den Zusammenhang zwischen den rheologischen Eigenschaften und der Verfüllqualität untersuchen zu können.

Zu den wesentlichen Arbeitspunkten von Solites gehört die Visualisierung des Verfüll- und Aushärtevorgangs von 6 m hohen Erdwärmesonden bei Vorliegen verschieden ausgeprägter Grundwasserströmungen mit Hilfe von Technikumsversuchen. In Realmaßstabsversuchen werden darüber hinaus von Solites größenmaßstäblich realistische Grundwasserstockwerksverbindungen untersucht.

Die Versuchsdurchführungen umfassen auch den Einsatz einer automatischen Abdichtungsüberwachung auf Basis magnetischer Suszeptibiltiätsmessungen.

Als zentrales Ergebnis des Forschungsvorhabens wird ein Empfehlungskatalog für EWS-Verfüllbaustoffe erarbeitet. Dieser Empfehlungskatalog enthält unter anderem:

• Anforderungskriterien an EWS-Verfüllbaustoffe (auch hinsichtlich der magnetischen Dotierung)
• Hinweise zur Verfülltechnik bei Vorliegen von Grundwasserströmungen im Bohrloch
• Bewertung der Nachweisgrenzen und der Aussagekraft von Methoden der automatischen Abdichtungsüberwachung