Erdsonden-Wärmespeicher

1. Grundlagen / Aufbau

Ein Erdsonden-Wärmespeicher besteht aus mehreren U-förmigen Kunst-stoffrohren, die 20 bis 100 m tief im Erdboden verankert sind. /Al-Addous/ Mit der herkömmlichen Wärmepumpentechnik werden schon seit langem diese Bohrlöcher als Wärmequelle genutzt. Daher ist der Gedanke naheliegend, diese auch als Wärmespeicher zu nutzen. Beim Bau solcher Anlagen werden die einzelnen Sonden zu Feldern zusammengefasst. Die Bohrlöcher weisen dabei untereinander einen Abstand von ca. 1,5 bis 3 m auf. In den Rohren zirkuliert ein Wasser-Glykol-Gemisch, welches eine frostsichere Anwendung gewährleistet. /AEE/, /Eisenmann et al./

Abb. 1: Schema Erdsonden-Wärmespeicher

2. Speichermaterial

Die Erdsonden speichern die Wärme im natürlichen Untergrund. Dieser kann je nach Zusammensetzung unterschiedliche Wärmekapazitäten aufweisen und sich auf bis zu 80 °C erwärmen.

3. Be- und Entladung

Die zu speichernde Wärme wird den Erdsonden zugeführt, indem das Wasser-Glykol-Gemisch durch die Rohre gepumpt wird. Die Wärme wird dadurch zuerst an das Verfüllmaterial der Bohrlöcher und dann an die Umgebung abgegeben. Bei der Entladung werden die Erdsonden mit kühlerem Wasser beschickt und entnehmen dabei der Umgebung die gespeicherte Wärme.

4. Größe

Neben Aquifer-Speichern zählen auch Erdsonden-Wärmespeicher zu den Großspeichern. Unter 50.000 m³ Speichervolumen ist eine wirtschaftliche Nutzung nur in den wenigsten Fällen gegeben. /AEE/, /Fisch et al./

5. Anforderungen / Einsatzbedingungen

Die Erdwärmesonden-Technologie wird besonders in dichten, wassergesättigten Ton- und Gesteinsschichten angewandt, da hier die Wärmekapazität des Untergrundes besonders hoch ist und durch die geringe Grundwasserbewegung Wärmeverluste weitgehend vermieden werden. Somit lässt sich Wärme über Wochen und Monate im Untergrund speichern. Jedoch ist das benötigte Volumen im Vergleich zu Heißwasserspeichern um den Faktor 3 bis 5 größer und auch wesentlich längere Zugriffszeiten müssen in die Berechnungen mit einbezogen werden. /AEE/, /Al-Addous/

6. Kosten / Wirtschaftlichkeit

Die Investitionskosten sind hauptsächlich von den Tiefenbohrungen abhängig. Daher sollte aus wirtschaftlichen Gründen der Erdsonden-Speicher in gut bohrfähigen Untergründen errichtet werden. Die Kosten hierfür lassen sich nur grob in Abhängigkeit des Gesamtspeichervolumens angeben. Diese sind im Bereich 0,70 - 2,00 EUR pro kWh anzusetzen. Nachdem der Speicher errichtet wurde, fallen kaum noch Betriebskosten an.

7. Technische Reife

Es existieren derzeit einige Pilotprojekte, in denen die Markttauglichkeit dieser Technologie erprobt wird. Jede Anlage muss einzeln geplant werden. Daher kann über die Wirtschaftlichkeit dieses Speichers keine pauschale Angabe gemacht werden.

8. Nutzungssektor

Die häufigste Anwendung finden diese Speicher in Kombination mit solarthermischen Anlagen. Besonders im Sommer können die Überschüsse in den Erdsonden-Speichern eingespeist und bei Bedarf abgerufen werden. Dabei empfiehlt sich häufig der Einsatz einer Wärmepumpe. Aber auch Abwärme aus industriellen Prozessen kann mit diesem Speicher im großen Maßstab genutzt werden.