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| Für den wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Erfolg der klimaneutralen Transformation der Wärmeversorgung (Heizen und Kühlen) gelten neben der oberflächennahen Geothermie hochkapazitäre Wärmespeicher als ein wichtiger Schlüssel um die fluktuierenden Energiedargebote und -bedarfe effektiv und effizient nutzen zu können. Ein entsprechender Wärmespeicherbedarf existiert insbesondere für urbane Räume mit hohen Wärmebedarfsdichten und Nah- bzw. Fernwärmenetzpotentialen die allerdings i. d. R. ein geringes Dargebot freier Flächen aufweisen so dass untertägige Wärmespeichersysteme mit unterschiedlichen Energiedichten und Temperaturspannbreiten dort eine besondere Rolle spielen. In der Studie wird daher das nationale Ausbaupotential oberflächennaher Geothermie- sowie (Hochtemperatur-)UTES-Anlagen behandelt und in den Kontext von Referenz- und Zielszenarien für das deutsche Energiesystem eingeordnet. Vor dem Hintergrund zu erwartender induzierter und "natürlicher" Temperaturveränderungen im oberflächennahen geologischen Untergrund einschließlich der Grundwasserleiter leitet sich ein beträchtlicher potenzieller Handlungsbedarf im Hinblick auf ein untertägiges Wärmemanagement ab. Mit Hilfe des sog. ANGUS-Konzepts zur untertägigen prozessorientierten und quantitativen Raumplanung werden Bewirtschaftungsansätze mit multiplen Nutzungsoptionen und ihren thermischen hydraulischen geomechanischen und (mikro-)biologischen Auswirkungen aufgezeigt. Aufbauend auf diesen generellen Ansatz behandelt die Studie die betrieblich-thermischen Charakteristika und Nachhaltigkeitsaspekte von herkömmlichen oberflächennahen Geothermie- sowie von UTES-Anlagen und betrachtet detailliert potenzielle positive und negative Umwelt- und Klimawirkungen. Auf der empirischen Grundlage von Labor- und Feldversuchen sowie der einschlägigen Literatur werden temperaturinduzierte Konzentrationsänderungen der im Grundwasser gelösten Komponenten die vergleichsweise gering ausfallen ebenso thematisiert wie mögliche Auswirkungen auf das Aquiferbiom. Eine rechtliche Einordnung bewertet insbesondere die potenzielle Bedeutung von oberflächennaher Geothermie und UTES für die Transformation der Wärmeversorgung woraus zum einen Anregungen zum Hochlauf von (Hochtemperatur-)UTES-Anlagen formuliert werden. Zum anderen wird aus rechtlicher Perspektive skizziert wie durch geeignete Planungs- und Monitoringmaßnahmen der oberflächennahe geologische Untergrund sowohl für die Wasserver- und -entsorgung als auch zur Wärmever- und -entsorgung im Sinne eines optimierten Klima- und Umweltschutzes genutzt werden kann. | |
| For the economic and social success of the climate-neutral transformation of the heat supply (heating and cooling) in addition to near-surface geothermal energy high-capacity heat storage is considered an important key to being able to use the fluctuating energy supply and demand effectively and efficiently. A corresponding heat storage requirement exists in particular for urban areas with high heat demand densities and local and district heating network potentials which however generally have a low availability of free space so that underground heat storage systems with different energy densities and temperature ranges play a special role there. The study therefore deals with the national expansion potential of near-surface geothermal and (high-temperature) UTES plants and contextualizes it in reference and target scenarios for the German energy system. Against the background of expected induced and “natural” temperature changes in the near-surface subsoil including the aquifers a considerable potential need for action with regard to underground heat management is derived. With the help of the so-called ANGUS concept for underground process-oriented and quantitative spatial planning management approaches with multiple utilization options and their thermal hydraulic geomechanical and (micro-)biological effects are shown. Based on this general approach the study deals with the operational-thermal characteristics and sustainability aspects of conventional near-surface geothermal and UTES plants and considers potential positive and negative environmental and climate impacts in detail. On the empirical basis of laboratory and field tests and the relevant literature temperature-induced changes in the concentration of the components dissolved in the groundwater which are comparatively small are discussed as are possible effects on the aquifer biome. A legal classification assesses in particular the potential significance of near-surface geothermal energy and UTES for the transformation of the heat supply from which suggestions for the ramp-up of (high-temperature) UTES plants are formulated. On the other hand it outlines from a legal perspective how the near-surface subsoil can be used for water supply and disposal as well as for heat supply and disposal in terms of optimized climate and environmental protection through suitable planning and monitoring measures. |
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