Tiefen-EWS Oftringen
Grössere Gebäude oder Wohnüberbauungen haben häufig einen hohen Bedarf an thermischer Energie. Wird ein grosser Teil dieser Energie geothermisch gewonnen, so werden meist Erdwärmesondenfelder realisiert. Eine Grundvoraussetzung hierfür ist ein genügend grosses Platzangebot. Mancherorts (z. B. in Städten) ist freie, unbebaute Fläche teuer bzw. nicht vorhanden. Ein Ausweg könnten tiefere Erdwärmesonden sein.
Im Sommer 2007 ist das 719 m tiefe Bohrloch für die sehr tief reichende konventionelle Erdwärmesonde (EWS) auf dem heutigen Betriebsgelände der Axpo in Oftringen erstellt worden. Vor dem Sondeneinbau wurde ein umfangreiches geowissenschaftliches Untersuchungs- und Messprogramm durchgeführt. Ein wesentliches Ziel dieser Arbeiten war die Erweiterung der bislang fehlenden geothermischen Datenbasis in einem wenig erforschten Gebiet der Schweiz. Neben der genauen stratigraphischen Abfolge wurden verschiedene geophysikalische Gesteinsparameter und wichtige Kenngrössen wie Gesteinstemperatur oder Wärmeleitfähigkeit bestimmt.
Nach Abschluss dieser Untersuchungen wurde im November 2007 die mit 706 m Länge weltweit tiefste Doppel-U-Sonde gebaut. Nach der Fertigstellung wurden verschiedene geophysikalische Tests an der Sonde durchgeführt. Auf dieser Datengrundlage sind Computermodelle entwickelt worden, mit denen die theoretische Leistungsfähigkeit der Sonde für einen dauerhaften Wärmeentzug mit und ohne Wärmepumpe errechnet werden konnte.
Ziel des aktuellen Forschungsvorhabens ist es, die "Tiefen-EWS Oftringen" hinsichtlich ihres Leistungspotentials und Verhaltens bei konstantem Wärmeentzug praktisch zu testen. Aus den Messdaten soll ein Leitfaden für eine optimierte Vorgehensweise für zukünftige Tiefensondierungen entwickelt werden.
Zu einem Sondentyp dieser Art und Tiefe gibt es praktisch keine "echten" Langzeitdaten. Insbesondere ist nicht bekannt, wie sich die Sonde bei definiertem Leistungsentzug bzw. unterschiedlichen Durchflüssen wirklich verhält und welche Durchflussraten eine möglichst verlustarme Förderung der Wärme zum Sondenaustritt erlauben. Aus diesem Grunde wurde die Pilot- und Demonstrationsanlage "Tiefen-EWS Oftringen" von der EBERHARD & Partner AG geplant und realisiert. Der definierte Leistungsentzug wird über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) vollautomatisch geregelt. Die Überwachung, Parametereingabe sowie die Auslesung der Daten erfolgt vor Ort oder online von Aarau aus.
Allgemeines Schema zur Temperaturentwicklung in einer Erdwärmesonde bei verschiedenen Durchflüssen
Für "normale" Erdwärmesonden bis 350 m Tiefe sind diese Einflussgrössen hinlänglich bekannt. Die meisten Modellierungsansätze basieren auf diesen Messdaten. Für tiefer reichende EWS gibt es hingegen noch keine fundierten Datensätze. In der ersten Phase des im Dezember 2009 gestarteten Forschungsprojektes sollen die Leistungsparameter für den Fall einer Direktheizung bestimmt werden.
Diese Graphik gibt einen Überblick über den Zustand der Anlage am 16. Dezember 2009. Neben den Temperaturen werden die eingestellten Parameter und Laufzeiten gezeigt. Ferner kann die Betriebsart (Hand- oder Automatikbetrieb) eingestellt werden.
Ohne Zirkulation stellt sich bei der "Tiefen-EWS Oftringen" am Sondenfuss eine Temperatur von 49 °C ein. Wird die Anlage in Betrieb genommen und auf eine minimale Durchflussmenge von 1.5 m3/h eingestellt, so fällt die Temperatur in 700 m Tiefe auf etwa 30 °C. Bei einem einwöchigen Leistungsentzug von 10 kW schwankt die Temperatur am Sondenfuss zwischen 28 und 29 °C. Am Sondenaustritt wird noch eine Temperatur von 21 bis 25 °C erreicht. Es handelt sich hierbei um Ergebnisse der ersten Testläufe der installierten Forschungsanlage. In den nächsten Wochen wird der Durchfluss auf 2.5 und 3.5 m3/h eingestellt und dabei eine konstante Wärmeleistung von 10, 20 und 30 kW entzogen.
Die realisierte geothermale Forschungsanlage "Tiefen-EWS Oftringen"
Folgende Firmen haben zur Realisierung der Pilotanlage beigetragen:
Das Forschungsprojekt wird vom Bundesamt für Energie finanziert,
Projekt-Nr.: 103'342, Kurzbericht zur Detailplanung und Realisierung [1'508 KB]
