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GeothermieWie die Wärme aus der Erde kommt

Zwei Arbeiter an einem Bohrgrät für Geothermie
Hier sind Bohrführer und Gehilfe bei einer Geothermiebohrung zu sehen. (Foto: Petra Franke / energiezukunft)

Für ein Wohnquartier mit 84 Wohneinheiten im Norden Berlins soll Geothermie die Heizwärme bereitstellen und zwei Wärmepumpen mit Wasser aus der Tiefe speisen. Doch wie wird die Wärme aus der Erde gefördert? Ein Baustellenbesuch

27.07.2022 – Der Weg von der Straßenbahn zur Baustelle führt durch ein beschauliches Wohngebiet. Am nördlichen Rand von Berlin im Stadtteil Französisch-Buchholz entsteht ein Wohnquartier mit Doppel- und Reihenhäusern und einem Gemeinschaftshaus. 84 Wohneinheiten sind geplant. Die Heizungswärme für die Bewohnerinnen und Bewohner soll ausschließlich aus Geothermie gewonnen werden. Doch wie genau wird die Erdwärme gefördert und wie läuft eine Geothermiebohrung ab? Ein Besuch auf der Baustelle soll diese Fragen beantworten.

Gegen acht Uhr herrscht auf dem Baufeld schon reger Betrieb. Bauarbeiter verschiedener Gewerke arbeiten auf der beräumten Freifläche. Aus der Erde ragen über den Platz verteilt Kunststoffrohre. Bagger, Baumaterialien und an den Rändern zwei aufgeschobene Erdwälle sind zu sehen. Einzig der Rohbau der künftigen Energiezentrale steht schon. Begrenzt wird das Areal von ruhigen Straßen mit Ein- und Zweifamilienhäusern.

Martin Krüll, der Projektleiter, der für NATURSTROM die Geothermiearbeiten überwacht, erzählt die Fakten: „Die Energiequelle für alle Gebäude ist ausschließlich Geothermie. Die zwei Wärmepumpen in der Energiezentrale setzen die Erdwärme in Heizwärme um, der Strom zum Betrieb der Wärmepumpen kommt von der Photovoltaik auf den Dächern der Häuser und bei zusätzlichem Bedarf als NATURSTROM-Ökostrom aus dem Netz. Die Warmwasserbereitung erfolgt über Durchlauferhitzer – also ebenfalls Strom.“

Mit zwei Bohrgeräten ist die Firma Geowell vor Ort. Sie führt bereits seit mehreren Wochen Geothermiebohrungen auf der Fläche aus. Die Bohrgeräte sind in diesem Fall Raupenfahrzeuge, die das Gestänge, die Bohrvorrichtung und den Kompressor vereinen. Jeweils ein Bohrführer arbeitet mit einem Gehilfen. Ich lerne den Bohrführer Heiko Krause kennen, der gerade mit einem Kollegen an einer Bohrung arbeitet.

Früher am Morgen hatten sie schon in 40 Meter Tiefe eine kritische Stelle zu überwinden, jetzt bei rund 80 Metern läuft alles wie geschmiert. Zeit für Erklärungen ist kaum. Der Bohrführer bedient die Maschine, sein Gehilfe nimmt mit einer magnetischen Hebehilfe jeweils eine neue Bohrstange aus dem Vorratsbehälter und setzt sie in die Halterung. Verschraubt wird maschinell. Die dicken Haltebacken halten die drei Meter langen Rohre fest, die jeweils oben und unten ein Gewinde haben. Per Knopfdruck vom Bohrführer dreht sich das Gestänge, die Rohre werden verschraubt. Dann wird weiter gebohrt. Die Maschine treibt den Bohrkopf Meter für Meter in die Erde.

In der hohlen Bohrung, die im oberen Bereich durch eine Verrohrung geschützt ist, fließt beim Bohren ein Wassergemisch. Es enthält Antisol, eine Art Tapetenkleister, der die Bohrlochwandung abdichtet und später beim Entfernen der Rohre verhindert, dass das Bohrloch zusammenfällt.

Gleichzeitig wird Bohrgut nach oben gepumpt. Das Gemisch aus Wasser, Erde, Sand und Kies strömt als schmutzig braune Brühe in einen Container.  In regelmäßigen Abständen fängt der Gehilfe Teile des Bohrgutes mit einem großen Sieb auf. Der Bohrführer wirf einen Blick darauf. Anhand der Mischung kann er sehen, welche Schichten gerade tief unten in der Erde durchbohrt werden. Das Ziel bei 99 Meter ist bald erreicht. Bis in diese Tiefe sollen die Erdwärmesonden eingebracht werden.

Ein wichtiger Schritt steht jetzt an. Das Gestänge wird Rohr für Rohr wieder aus der Erde gezogen, auseinandergeschraubt und abgelegt. Zuletzt tritt der Bohrkopf zu Tage: bei dieser Bohrung in ganz gutem Zustand. Er kann noch einmal verwendet werden. Andere Bohrungen haben den Bohrkopf mehr mitgenommen, nahezu zerstört beim Durchdringen von steinigen Abschnitten.

Sind alle Rohre geborgen, muss es schnell gehen und die Sonden in die Erde eingebracht werden, bevor das Bohrloch instabil wird oder durch nachrutschende Sande zugeschwemmt wird.

Bereits zu Beginn der Bohrung hat das Team die Sonden bereit gelegt. Sie warten wenige Meter entfernt aufgewickelt auf eine Spule auf ihren Weg ins Erdreich. Sonden sind in diesem Zusammenhang keineswegs wie man denken könnte kugelförmige Messgeräte, sondern so heißen die schwarzen Kunststoffrohre, die später das Wasser als Wärmeträger enthalten, das in einem Kreislauf zwischen Erde und Wärmepumpe strömt.

Weil sich die Sonden nicht so einfach bis in 100 Meter Tiefe ins Erdreich stecken lassen, ist ein Metallzylinder von knapp einem Meter Länge an dem Sondenende befestigt. Mit ihm voran als unterstützendes und ziehendes Gewicht werden die Sonden ins Bohrloch hineingedrückt.

Ein Knochenjob. Immerhin handelt es sich um fünf dickere Kunststoffrohre von je 100 Metern Länge, die nicht einfach so im Loch verschwinden. Jetzt muss Hand in Hand gearbeitet werden. Der Bohrführer dreht die Spule und sorgt so dafür, dass sich die Rohre abwickeln. Der Gehilfe steht am Bohrloch, schiebt nach, packt mit beiden Händen und viel Kraft das Rohrbündel und drückt es ins Loch. Bohrwasser quillt ihm entgegen.

Plötzlich stockt die Bewegung. Der Bohrführer packt mit an, zusammen lupfen die Arbeiter kurz das Rohrbündel an und schieben dann mit vereinten Kräften nach – Glück gehabt, die Bewegung wird wieder stetiger. Doch ganz bis auf 100 Meter schaffen sie es nicht allein. Die letzten 20 Meter arbeiten die Männer zu dritt. Ein Kollege vom anderen Bohrgerät kommt hinzu und hilft beim Hineindrücken. Als der letzte Meter geschafft ist und nur noch die Enden der Sonden aus der Erde ragen, ist Erleichterung zu spüren. Wenn bei diesem Arbeitsschritt nicht alles glatt läuft, bedeutet das Mehrarbeit, unter Umständen eine neue Bohrung.

Doch wofür die fünf Kunststoffrohre? Vier davon sind Sonden, in denen später Wasser zirkuliert. Die Rohre sind vorm Einlassen bereits u-förmig gekreuzt und behalten diese Stellung.  Aus einem Ende fließt wärmeres Wasser aus dem Boden zum Sammelschacht und von dort zur Wärmepumpe. In das andere Ende fließt kälteres Wasser, von der Wärmepumpe kommend, zurück und strömt ins Erdreich, um sich dort erneut zu erwärmen – und das jeweils im Duo.

Das fünfte Rohr wird zum Verfüllen benutzt. Dies ist der nächste Arbeitsschritt. Unweit des Bohrlochs wird Thermozement angemischt und über das Rohr in die Erde gepumpt. Der Thermozement füllt die Hohlräume im Bohrloch rund um die Sonden aus und sorgt für gute Wärmeleitfähigkeit: die Erdwärme kann tatsächlich gut aus dem Erdreich hin zu den Sonden und dem Wasser darin geleitet werden.

Ist das Loch verfüllt, wird gut gespült, die Schutzkappen der Sonden entfernt, die Sonden mit Wasser vollständig aufgefüllt und wieder sorgfältig verschlossen. Die Bohrung ist jetzt zu einer (Erdwärme-) Sonde fertig ausgebaut. Jetzt wird das Bohrgerät umgesetzt zur nächsten markierten Stelle.

Zeit für ein kurzes Gespräch. Seit 14 Jahren bohrt Heiko Krause für Geothermie in ganz Deutschland. Er kennt die Beschaffenheit von Böden und das jeweilige Handling beim Bohren. Er erzählt: „In den letzten Jahren haben wir zunehmend Großbaustellen so wie diese hier.“

Insgesamt 68 Bohrungen werden es am Ende sein, aus denen warmes Wasser aus der Tiefe nach oben strömt. Die Bohrungen müssen einen Mindestabstand von sechs Metern zueinander haben, um sich nicht gegenseitig thermisch zu beeinflussen. Zusätzlich wird es zwei Bohrungen für Temperatursonden geben. Die Wasserschutzbehörde will prüfen, wie sich die Temperatur des Grundwassers verändert.

Das erzählt mir der Geologe Winfried Reul. Er arbeitet für Geo-En, ein Ingenieur- und Planungsbüro mit Expertise für Geothermie, das für die Geothermie-Planung bei diesem Projekt verantwortlich zeichnet. Ihn begleite ich, während er die bereits fertigen Sonden nummeriert. Denn später werden die 68 Sonden mit flexiblen Rohrleitungen verbunden und in Gräben zu einem Sammelschacht geführt. Die Sammelschächte, die bereits auf der Baustelle bereit stehen, sind große Plastikzylinder. Sie vereinen jeweils 17 Sonden, von dort strömt das Wasser in dickeren Rohren zur Wärmepumpe in der Energiezentrale – und zurück in die Sonden.

Die Anzahl und die Standorte der Bohrungen hat Geo-En geplant, ein Vermesser hat sie auf dem Gelände eingemessen und mit Metallstäben markiert. Gut die Hälfte der Bohrungen ist bereits erfolgt. Doch jetzt könnte es zu Verzögerungen kommen. Am Vortag wurde eine Standardprobe des beiseitegeschobenen Erdreichs durchgeführt, das sich als großer Wall auf dem Baufeld türmt. Sie hat ergeben, dass die Erde teilweise belastet ist. Sie kann nun nicht auf der Fläche verbleiben, sondern muss abtransportiert werden. Die Bohrarbeiten werden zunächst an anderen Bohrpunkten fortgesetzt, um eine Unterbrechung der Arbeiten zu vermeiden.

Reul erklärt auch, warum genau bis 99 Meter gebohrt wird: Ab 100 Meter Tiefe gilt Bergrecht und die Bergbaubehörde müsste zustimmen. Die Genehmigungsverfahren nach Bergrecht sind aufwendiger. Bis maximal 99,9 Meter erteilt die zuständige Wasserbehörde in aller Regel eine Genehmigung, sofern das Grundstück sich nicht in einem Wasserschutzgebiet befindet oder sonstige Versagensgründe vorliegen. Tiefere Erdwärmesonden könnten pro Sonde mehr Energie bereit stellen, so dass weniger Bohrungen notwendig wären. Deshalb findet Reul auch, dass das Bergrecht dringend angepasst werden müsste. „Es wurde nicht verfasst für den Bodenschatz Erdwärme, sondern ursprünglich für Kohle und andere Bodenschätze. Für die Geothermie ist es ein Bremsklotz.“ Dennoch – trotz der beinahe 100 Meter zählt diese Art der Geothermie als oberflächennah. Bei der Tiefengeothermie wird zwischen 400 und 5.000 Meter tief gebohrt.

Als ich die Baustelle verlasse, ist Bohrführer Krause mit seinem Gehilfen bereits bei der zweiten Bohrung des Tages, wenn alles glatt läuft, werden sie heute noch eine Bohrung abschließen können. Petra Franke


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Kommentare

Diskutieren Sie über diesen Artikel

Jan 28.07.2022, 23:33:47

Ich kann es kaum glauben, dass das Warmwasser mit Durchlauferhitzer produziert wird? Wieso können das nicht auch mit Hilfe der Wärmepumpen produziert werden?

 

Was machen die Wärmepumpen außerhalb der Heizperiode?

 

Werden im Sommer die Häuser durch das Geothermiewasser gekühlt?

Krüll 29.07.2022, 14:33:35

+17 Gut

Hallo Jan, ja das Warmwasser wird über Durchlauferhitzer produziert. Die Wärmepumpen werden mit VL/RL = (40/30) °C gefahren, um eine hohe JAZ zu erzielen. Berechtigterweise stand auch die WWB im Raum mit entsprechend höheren VL-Temperaturen. Gemeinsam mit dem Bauherren kamen wir jedoch, nicht zuletzt wegen der Leginoellenthematik (wohlwissend der 3-Liter-Regel) zu dem Schluss, dass es hier sinnvoller ist mit Durchlauferhitzern zu agieren. Die Wärmepumpen stehen auch zentral und in den WE sind lediglich Übergabestationen, keine Buster-Wärmepumpen oder ähnliches.

Außerhalb der Heizperiode stehen die Wärmepumpen still.

Die Häuser werden im Sommer indirekt passiv klimatisiert über die vorhandene Fußbodenheizung. Dies sorgt auch für die Regeneration des Sondenfeldes.

Ich hoffe ich konnte deine Nachricht zufriedenstellend beantworten.

Freundliche Grüße

Martin Krüll


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