Geohydromodellierung

GEWS

Infolge des voranschreitenden Klimawandels und damit verbundener sommerlicher Hitzewellen wird der Kühlungsbedarf in den nächsten Jahren stark zunehmen. Insbesondere in urbanen Räumen besteht deshalb die Notwendigkeit, ganze Quartiere und Stadtteile vor den Auswirkungen extremer Wärme zu schützen. Konventionelle Eis-Wärme-Speicher stellen eine Möglichkeit zur Kühlung dar, wobei hierfür zumeist künstliche Behältnisse eingesetzt werden. Abgesehen von begrenzten Volumina und vergleichsweise hohen Investitionskosten stehen diese Speicher in räumlicher Konkurrenz zur obertägigen Flächennutzung. Ähnliche Nutzungseinschränkungen bestehen für Speichersysteme, welche eine Vereisung oberflächennaher Bereiche vorsehen. Hierbei können insbesondere negative geomechanische Effekte auftreten.

Mit dem Verbundprojekt GEWS (Geologisches Eis-Wärme-Speichersystem) soll erstmalig die Nutzung von Grundwasserleitern vorrangig zu Kühlzwecken erprobt werden. Im Unterschied zu konventionellen Eis-Wärme-Speichern werden hierbei aktive thermische Isoliersysteme in Erdwärmesonden eingesetzt, welche gezielte, tiefenhorizontierte Vereisungs- und Auftauprozesse im geologischen Untergrund ermöglichen. Es ist geplant, kostengünstige und skalierbare GEWS-Anlagen für Lockersedimente zu entwickeln, welche auf die Randbedingungen im urbanen Raum ausgelegt werden, da hier der größte Kühlbedarf besteht. Mit den geplanten Untersuchungen sollen die GEWS-Technologie entwickelt sowie deren Umweltauswirkungen und Wirtschaftlichkeit bestimmt werden.

Das Verbundprojekt gliedert sich in fünf Teilprojekte. Im Zentrum des ersten Teilprojekts steht die Erprobung und Weiterentwicklung der Technologie zur Vereisung bzw. zum Auftauen wasserführender geologischer Schichten. Die Experimente finden auf einem Testfeld nahe dem brandenburgischen Wittstock statt. Mit Hilfe geophysikalischer Monitoringverfahren soll der räumliche Vereisungsstatus im Umfeld eines oberflächennahen Grundwasserleiters überwacht werden. Das zweite Teilprojekt fokussiert auf die Erfassung und Bilanzierung der eingesetzten thermischen und elektrischen Energieflüsse bei den Gefrier- und Auftauprozessen. Diese Untersuchungen werden von numerischen Simulationen begleitet, welche in ein Modellierungswerkzeug zur Prognose der zeitlich-räumlichen Dynamik der Vereisungs- und Auftauprozesse münden soll. Im dritten Teilprojekt werden die potentiellen hydrogeochemischen und mikrobiologischen Effekte von GEWS-Anlagen bestimmt. Mit dem vierten Teilprojekt sollen GEWS hinsichtlich Kosten und Treibhausgasemissionen betrachtet sowie deren mögliche Rolle bei der Transformation von Wärmeversorgungssystemen bestimmt werden. Ein fünftes Teilprojekt befasst sich mit der numerischen Modellierung möglicher Oberflächendeformationen, die infolge des Gefrieren und Auftauens durch die Verformung des Untergrundes verursacht werden können.

Laufzeit:

  • 01.10.2021-30.09.2023

Förderung:

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Fachprogramm Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N) im BMBF-Rahmenprogramm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung (FONA3)“: FKZ 03G0907A-C

Verbundpartner:

  • Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
  • Helmholtz Zentrum für Umweltforschung – UFZ GmbH
  • Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie – Fraunhofer IE

Verbundkoordination:

  • Prof. Dr. Andreas Dahmke
    Institut für Geowissenschaften
    Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Testfeldkoordination:

  • Dr. Götz Hornbruch
    Institut für Geowissenschaften
    Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

 

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