Eine Grundwasserwärmepumpe ist eine Wärmepumpe, die ihre Wärmeenergie dem Grundwasser entnimmt.
Die Wärmepumpe ist angeschlossen an einen Förderbrunnen und an einen Reinjektionsbrunnen. Die Tiefe dieser Brunnen wird durch den Flurabstand (Grundwasserspiegel) vorgegeben. Die notwendigen Bohrtiefen sind oft sehr viel geringer als bei Erdwärmesonden. Die Temperatur des Grundwassers enspricht meist der Jahresmitteltemperatur der Umgebung.
In den Niederlanden sind Grundwasserwärmepumpen wesentlich weiter verbreitet als in Deutschland, was nicht nur mit den unterschiedlichen hydrogeologischen Gegebenheiten zusammen hängt.
Durch ihre hohe Effizienz können Systeme der oberflächennahen Geothermie eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung des Wärme- und Kältesektors einnehmen. Dabei kann das Grundwasser individuell über eine Grundwasserwärmepumpe (GWWP) oder gemeinschaftlich über ein grundwasserversorgtes Wärmenetz einen Beitrag zur Treibhausgasneutralität leisten. Beide Wärmeversorgungsarten nutzen die thermische Energie des Grundwassers, indem es über Entnahmebrunnen gefördert und nach dem Wärmetauscher über Schluckbrunnen in das gleiche Grundwasserstockwerk wieder eingeleitet wird. Folglich sind das Vorhandensein eines Grundwasserleiters und die Eigenschaften des Grundwassers, einschließlich seiner Menge, Qualität, Tiefe und Temperatur, die wichtigsten Faktoren, die die Machbarkeit und Leistung von Anlagen bestimmen. Besonders in urbanen Gebieten kann die Effizienz von thermischen Nutzungen erhöht sein, da das Grundwasser aufgrund des Hitzeinseleffektes (Wärmeinsel) im Untergrund häufig anthropogen erwärmt ist.
Ein verstärkter Ausbau der thermischen Grundwassernutzung in geeigneten urbanen Gebieten kann zum Abbau dieses Energieüberschusses und vor allem zur erneuerbaren Wärmeerzeugung beitragen. Die Grundlage für einen geregelten Ausbau sollte hierbei die kommunale Wärmeplanung als strategisches Planungsinstrument schaffen. Mit einer immer dichter werdenden Anzahl von Nutzungen steigt allerdings das Risiko von negativen thermischen Beeinflussungen zwischen benachbarten GWWP-Anlagen. Eine negative Beeinflussung entsteht, wenn thermisch verändertes Grundwasser aus einem Schluckbrunnen in einen Entnahmebrunnen einer Anlage mit gleicher Nutzungsart (Heizen oder Kühlen) fließt, wodurch die Effizienz dieser Anlage beeinträchtigt werden kann. Um in der kommunalen Wärmeplanung belastbare Aussagen mit geringem Realisierungsrisiko im Zielszenario treffen zu können, ist es daher zwingend erforderlich, Methoden anzuwenden, die sowohl ein technisch realisierbares Potenzial als auch einen räumlich nachhaltigen Ausbau evaluieren.
Zahlreiche Forschungsstudien haben geothermische Potenziale von Grundwasserleitern an verschiedenen Standorten bewertet, darunter Basel, Barcelona, Perth, Turku, Lohja und Lahti und München. Bei der Bewertung des technischen Potenzials ist im Allgemeinen nicht das Risiko einer negativen thermischen Beeinflussung zwischen benachbarten Nutzungen zu berücksichtigen. Für eine umfassende Bewertung des räumlich verteilten Potenzials ist es jedoch notwendig, den thermischen Fußabdruck von Nutzungen mit einzubeziehen, da die räumliche Nutzbarkeit der thermischen Ressource Grundwasser dadurch begrenzt ist. Die Bestimmung eines räumlichen Potenzials ist somit die Voraussetzung zur Berechnung
Böttcher Fabian, Smajil Halilovic, MaikGünther, Thomas Hamacher, Kai Zosseder:
Integration der thermischen Grundwassernutzung in die kommunale Wärmeplanung:
In: Grundwasser – Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie (2024), https://doi.org/10.1007/s00767-024-00582-9
Weitere Literatur siehe:
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