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Arnsberg - Geothermieanlage

Tiefe Erdwärmesonde Arnsberg. Quelle: Stadtwerke Arnsberg

Im Arnsberger Stadtteil Neheim wurde eine der wenigen Tiefen Erdwärmesonden installiert. Mit der Energie wird der größte Teil des Wärmebedarfs des Freizeitbades „Nass“, umliegender Sportstätten und einer Realschule gedeckt – vergleichbar dem Wärmebedarf von 140 Einfamilienhäusern.

Steckbrief

Name der Anlage

Geothermie Arnsberg - NASS

Standort

Arnsberg

Eigentümer/ Betreiber

Stadtwerke Arnsberg

Nutzungsart

Tiefe Erdwärmesonde

Jahr der Inbetriebnahme

2012

Leistung thermisch [MWth]

0,36

Leistung elektrisch [MWel]

-

Bohrungen [m]

2.835

Thermalwassertemperaturen [⁰C]

55

Förderraten [kg/s]

20

Sonstiges

 

Beschreibung der Anlage

Unser Pilotprojekt Tiefengeothermie ist ein hochinnovatives und komplexes, aber auch mit Risiken behaftetes Vorhaben auf dem Weg zu einer zukunftsfähigen Energieversorgung. Es findet in einer bisher nicht erforschten Tiefe statt und soll eine neue Technik des "Transports" der Energie aus der Tiefe der Erde hervorbringen. Deshalb gab das Land NRW Zuschüsse zu den Kosten des Projektes.

Das Projektbudget beläuft sich auf rund 3,35 Mio. EUR. Davon tragen die Stadtwerke Arnsberg 2,5 Mio. EUR und das Land NRW 0,85 Mio. EUR.

Hintergrund des Arnsberger Projektes bildet das Wissen, dass die Erde nahezu „unendliche“ Wärmereserven in erreichbarer Tiefe besitzt. Die Geologen gehen davon aus, dass man auch im Sauerland mit einer Temperaturzunahme von ca. 30 °C je Kilometer Tiefe rechnen kann. Dieses Potenzial soll mithilfe einer Tiefen-Erdwärmesonde (TEWS) genutzt werden.

Herzstück der Anlage ist ein ca. 2.835 m tiefes Bohrloch, in dem ein geschlossenes Wassersystem zur Zirkulation gebracht wird. Das so erwärmte Wasser gibt seine Energie über einen Wärmetauscher an die Verbraucher ab. Die Verbraucher erhalten einen Anschluss an eine quasi unerschöpfliche Energiequelle zur Wärmegewinnung und Brauchwassererwärmung. 

Prinzip ‚Tiefe Erdwärmesonde’

Vorteile des geschlossenen Systems

  • nur eine Bohrung erforderlich
  • kein Fündigkeitsrisiko (Aquifer)
  • geschlossenes Leitungssystem
  • wartungsarm und verschleißfrei
  • langlebig und betriebssicher
  • umweltverträglich, da kein Stoffaustausch

Geschichte und Infrastruktur der Anlage

Mit den Arbeiten an dem Vorhaben wurde 2005 begonnen. In rund 600 m Tiefe war man auf Thermalsole mit einer Temperatur von 24,5 °C gestoßen. Bei der Analyse stellte sich heraus, dass man hochwertiges Heilwasser gefunden hatte. Diese soll nun zukünftig dem benachbarten Freizeitbad zur Verfügung stehen, dass auf den Einkauf von Sole verzichten und sich mit dem hochwertigen neuen Produkt erfolgreich im Gesundheits- und Wellness- Bereich weiterentwickeln kann. 

1. Bauabschnitt 2006 bis 2008, Tiefengeothermiebohrung erfolgreich abgeschlossen

Arnsberg ist die tiefste Geothermiebohrung in NRW. Die Tiefengeothermiebohrung wurde am 25.01.2008 mit einer Tiefe von 2.835 m erfolgreich abgeschlossen. Es zeigte sich, dass das in dieser Tiefe liegende Gestein ca. 90 °C heiß ist. Die Bohrung wurde mit einem Stahlrohr und mit hoch wärmeleitfähigem Zement gesichert. Die im Rahmen der Geothermiebohrung Arnsberg gewonnenen geologischen Erkenntnisse wurden ausgewertet und dienen als Grundlage für die weiteren Bauabschnitte. Es handelt sich um die tiefste Geothermiebohrung in Nordrhein-Westfalen.

2. Bauabschnitt 2008 bis 2011

Erforschung, Entwicklung und Einbau eines neuen Transportsystems für die Geothermie (Tiefe-Erdwärmesonde - TEWS). Januar 2008 bis August 2008: Innenrohr war nicht praxistauglich

Außenrohr

Während der Bohrung wurde das gesamte Bohrloch mit Stahlrohren ausgekleidet. So wurde verhindert, dass instabile Bereiche des durchbohrten Gesteins ins Bohrloch fallen. Die Stahlrohre bilden also das Außenrohr.

Innenrohr

In der Zeit vom 31.07.2008 bis 05.08.2008 wurde ein Innenrohr als Transportleitung für das aufsteigende heiße Wasser eingebaut. Diese Transportleitung, die in der Mitte des Außenrohres bis in eine Tiefe von 2.825 m reicht, erwies sich nicht als praxistauglich und wurde wieder entfernt. Das Bohrloch blieb seitdem frei und ist mit Wasser gefüllt. Januar 2009 bis November 2011: Moratorium

Wir haben uns mit der Bohrfirma darauf verständigt, Erfahrungen vergleichbarer Tiefengeothermieprojekte in Aachen und Zürich abzuwarten, die als Schlussfolgerung aus den Erfahrungen in Arnsberg "Transportleitungen" aus anderen Werkstoffen bzw. Baukonstruktionen entwickeln. Mittlerweile wurde eine funktionierende Transportleitung aus glaserfaserverstärktem Kunststoff eingebaut.

Dann prüfte die Bohrfirma, ob die Leistungsfähigkeit des „Innenrohres“ aus dem Geothermieprojekt in Zürich hinsichtlich des „Wärmeertrages“ gesteigert werden kann. In unserem Auftrag ermittelt die Ruhr-Universität Bochum die Wärmeeffizienz und die sich daraus ergebende Wirtschaftlichkeit verschiedener baulicher Varianten. Das Rohr wurde anschließend noch einmal durch ein qualifiziertes Materialprüfungsinstitut auf mechanische und thermische Belastungen getestet. Die Ergebnisse der Untersuchungen und Berechnungen des „Internationalen Geothermiezentrums“ der Ruhruniversität Bochum liegen vor. Danach ist es möglich, mit der Züricher Lösung etwa die Hälfte der geplanten Wärmeenergiemenge im NASS einzusetzen. Dies reicht den Stadtwerken und den beteiligten Firmen allerdings nicht aus. Deshalb hat die Firma „Daldrup“ eine völlig neue  Tiefe-Erdwärmesonde (TEWS) entwickelt, die einem „Stresstest“ (mechanische und thermische Belastung) in einem Fachinstitut der Technischen Universität Clausthal-Zellerfeld ausgesetzt wurde. Die Entwicklung stellt eine weltweite Neuheit dar.

Der Stresstest der Technischen Universität Clausthal-Zellerfeld ist abgeschlossen. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse aller Versuche, dass die von der Firma Daldrup neu entwickelte Tiefenerdwärmesonde gute mechanische Eigenschaften hat und für den Einsatz im Projekt 'Große Wiese' geeignet ist. Außerdem hat die Technische Universität Clausthal-Zellerfeld theoretische Berechnungen angestellt. Diese bestätigen die praktischen Ergebnisse des Stresstests. Zurzeit erarbeitet die Firma Daldrup für diese neue Sonde ein Einbaukonzept mit Kostenberechnungen, welches uns bis Ende Oktober vorliegen soll. Die Firma Daldrup geht davon aus, dass Einbau und Probebetrieb der völlig neu entwickelten Tiefe-Erdwärmesonde noch bis Ende 2011 möglich sind.

24.10.2011 - Öffentliche Vorstellung der neu entwickelten Tiefe-Erdwärmesonde (TEWS) für Arnsberg

Die von den Firmen Daldrup & Söhne AG (Ascheberg) und aquatherm GmbH (Attendorn) entwickelte Sonde wurde der Öffentlichkeit am 24.10.2011 vorgestellt. Es handelt sich hierbei um ein Kompositrohr, dessen äußerer Mantel aus Stahl ist und das innere, wasserführende Rohr, aus Polypropylen (PP). Das äußere Stahlrohr gewährleistet die mechanische Stabilität, wogegen das PP-Rohr wegen seiner geringen Wärmeleitfähigkeit einen schnellen Transport des heißen Wassers an die Erdoberfläche garantiert. Die Materialkombination, die hier eingesetzt wird, ist eine Weltneuheit. Sie wurde noch nie zuvor bei Tiefengeothermiebohrungen eingesetzt. Während die bisher angewendeten GFK-Rohre in den USA produziert und in den Niederlanden gefertigt wurden, wird das PP-Rohr in Attendorn produziert und auf der Baustelle in Arnsberg mit dem Stahlrohr zusammengefügt, was somit für uns eine „regionale und westfälische Lösung" bedeutet.

Die neue Erdwärmesonde wurde von der TU Clausthal-Zellerfeld rechnerisch und labortechnisch geprüft. Alle Tests sind positiv verlaufen und bestätigen, dass diese neu entwickelte Sonde für den Einsatz im Pilotprojekt Tiefengeothermie in Arnsberg geeignet ist.

3. Bauabschnitt 2011, Produktion der neu entwickelten TEWS.

Die Firma aquatherm GmbH hat mit der Produktion des PP-Rohres begonnen. Das einbaufertige Rohr wird bis spätestens Mitte November 2011 zur Verfügung stehen.

4. Bauabschnitt 2011 / 2012, Einbau der TEWS.

Mit dem Einbau der neu entwickelten Tiefe-Erdwärmesonde (TEWS) ist im Dezember begonnen worden. Der Einbau erfolgt mittels leistungsfähiger Kräne und eines kleinen Gerüstes. Der weitere Aufbau einer Bohranlage ist hierzu nicht mehr erforderlich.

Der Einbau der Tiefe-Erdwärmesonde (TEWS) wurde in der ersten Februarwoche 2012 erfolgreich abgeschlossen! Die Sonde, eine Kombination aus Stahl und Kunststoff (Polypropylen), ist ohne nennenswerte technische Probleme bis zu einer Tiefe von 2.800 m niedergebracht worden. Die Bergbaubehörde hat die Arbeiten intensiv begleitet. Am 8. Februar 2012 hat die Firma Daldrup mit dem Einbau der Zirkulationspumpe begonnen. Zeitgleich erfolgen die hierfür erforderlichen, vorbereitenden Arbeiten in der Haustechnik des Freitzeitbades Nass.

5. Bauabschnitt 2012, Probebetrieb

Der Probebetrieb läuft seit 9. Februar 2012. Wir gehen davon aus, dass das zur Verfügung gestellte Investitionsbudget von 3,35 Mio. EUR ausreicht.

Wir freuen uns ganz besonders, dass wir hier mit einer ’Westfälischen Lösung’, d.h. mit Unterstützung und Beteiligung von westfälischen Unternehmen aus Ascheberg, Attendorn und Arnsberg, dieses Pilotprojekt Tiefengeothermie gemeinsam erfolgreich umsetzen können. Seit 22.06.2012 gibt es uverlässige Wärme aus 2.835 m Tiefe. Die Tiefengeothermieanlage liefert seit Anfang Februar2012 erfolgreich heißes Wasser in das Freizeitbad Nass.

Das Planziel von 55°C heißem Wasser an der Erdoberfläche wurde erreicht. Mit diesem heißen Wasser sichert das Freizeitbad Nass seinen Besuchern eine angenehme Raumtemperatur, ohne gefährliches CO2, ohne lange Transportwege und ständig erneuerbar. Die Energiewende (Wärmewende) ist hier konkret gelungen. 

Weblinks

https://www.stadtwerke-arnsberg.de/produkte-und-services/referenzen/tiefengeothermie.html

http://www.uni-protokolle.de/nachrichten/id/20352/

http://de.wikipedia.org/wiki/Arnsberg

zuletzt bearbeitet April 2020