Senatsverwaltung für Umwelt, Verkehr und Klimaschutz Berlin | Referat II D 3 Gewässerschutz / Grundwasserbenutzungen| Dr. Marec Wedewardt
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Genehmigungsrechtliche Aspekte bei der Zulassung von Erdwärmeanlagen in Berlin
KolloquiumGrundwassererwärmung in urbanen Gebieten – (k)ein Problem?7. November 2017, Rathaus Dresden
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Inhalt
1. Randbedingungen
2. Ist-Situation Oberflächennahe Geothermie
3. Rechtlicher Rahmen
4. Anwendungspraxis
5. Mögliche Auswirkungen
6. Maßnahmen
7. Praxisbeispiele
8. Fazit und Ausblick
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Hydrogeologisches Profil
Randbedingungen
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Stark wachsende StadtBevölkerungsprognosen vs. reale Bevölkerungsentwicklung(Daten publiziert bei Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt)
� GrundversorgungTrinkwasserEnergie…
� Infrastrukturöffentlicher NahverkehrWohnraum…
Bevölkerungszuwachs bedeutet Nachfrage von 15.000 bis 20.000 Wohnungen pro Jahr (Quelle: Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Wohnen)
Randbedingungen - Die Wachsende Stadt - Berlin
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Randbedingungen
Trinkwassergewinnung in Berlin:
� aus dem eigenen Stadtgebiet� naturnahe Aufbereitung� Grundwasseranreicherung
Quelle: http://www.stadtentwicklung.berlin.de/umwelt/umweltatlas/karten/pdf/02_11_2009.pdf
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Einbauten im Untergrund mit thermischen Einflüssen
oberirdische Topographie spiegelt sich auch im Untergrund wieder:Tiefgeschosse, -garagen
TunnelbauwerkeAbwasserkanäleunterirdische Stromtrassen
Geothermiesystemeunterirdische Energiespeicher
Randbedingungen
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Ist-Situation Oberflächennahe Geothermie
Erdwärmeanlagen Berlin
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
An
zah
l
Stand: 30.10.2017
Anlagen >30 kW
Wasser-Wasser-Anlagen
Erdwärmekollektoranlagen
Erdwärmesondenanlagen
20
133
1848
162129
306
366
330
362380
247
285
240
166
137117
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Ist-Situation Oberflächennahe Geothermie
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� Stark zunehmende Anlagendichte
� Steigende Anzahl Großanlagen [>> 50 kW]
� Verdichtung in eng bebauten Innenstadtbereichen
� "Routine" bei Anlagen < 30 kW
� Preisdruck auf dem Geothermiemarkt
� Teil erneuerbarer Energien – Beitrag zur Energie-/Wärmewende
Ist-Situation Oberflächennahe Geothermie
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EuroparechtWasserrahmenrichtlinie
BundesrechtWasserhaushaltsgesetz
BundesberggesetzLagerstättengesetzUmweltverträglichkeitsprüfungsgesetzBundesnaturschutzgesetzBundes-Bodenschutzgesetz
LandesrechtLänder Wassergesetze (z. B. Berliner Wassergesetz)WasserschutzgebietsverordnungenErlasse (Anordnung an andere staatliche Stellen)
Rechtlicher Rahmen
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Wasserhaushaltsgesetz
§ 8 Erlaubnis
Abs. 1: Die Benutzung eines Gewässers bedarf der Erlaubnis ...
§ 9 Benutzungen
Abs. 1 Nr. 5: das Entnehmen, Zutagefördern, Zutageleiten und Ableiten von Grundwasser [z. B. Wasser-Wasser-Wärmepumpen]
Abs. 2 Nr. 2: Maßnahmen, die geeignet sind, dauernd oder in einem nicht nur unerheblichen Ausmaß schädliche Veränderungen der Wasserbeschaffenheit herbeizuführen [z. B. Erdwärmenutzungen]
§ 13 Inhalts- und Nebenbestimmungen
Abs. 1: … sind auch nachträglich sowie auch zu dem Zweck zulässig, nachteilige Wirkungen für andere zu vermeiden oder auszugleichen.
Abs. 2 Nr. 3: … die Bestellung verantwortlicher Betriebsbeauftragter vorschreiben,
Rechtlicher Rahmen
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§ 18 Widerruf der Erlaubnis
Abs. 1: Die Erlaubnis ist widerruflich.
§ 100 Aufgaben der Gewässeraufsicht
Abs. 1: …die Gewässer sowie die Erfüllung der öffentlich-rechtlichen Verpflichtungen zu überwachen, … Die zuständige Behörde ordnet nach pflichtgemäßem Ermessen Maßnahmen an, um Beeinträchtigungen des Wasserhaushalts zu vermeiden.
§101 Befugnisse der Gewässeraufsicht
Abs. 1 Nr. 2: technische Ermittlungen und Prüfungen vorzunehmen,Nr. 3: zu verlangen, dass Auskünfte erteilt, Unterlagen vorgelegt ...
§ 103 Bußgeldvorschriften
Abs. 1 Nr. 20: Ordnungswidrig handelt, …, entgegen §101 Abs. 2 … eine Auskunft nicht, nicht richtig, nicht vollständig oder nicht rechtzeitig erteilt.
Rechtlicher Rahmen
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Technische Regelwerke
� Stand der Technik (§3 Nr. 11 WHG)� Beste verfügbare Techniken (IVU-RL)� Allgemein anerkannte Regeln der Technik
(niedrigstes Technikniveau, nicht normiert)� Stand von Wissenschaft und Technik
Regelwerke Sonstige Gütesiegel Länderleitfäden Literatur (Beispiele) Zertifizierung
VDI 4640 Teil 1-5 (E) LAWA 2011: Wasserwirtschaftliche Anforderungen an EWS
WärmepumpeEHPA Gütesiegel
Je Bundesland UBA UFOPLAN: Auswirkungen thermischer Veränderungen … Geothermie, 2015
DVGW W 120-2DVGW Cert GmbHZertifizierung Bau
DIN 8901 2002 LQS EWS Baden-Württemberg
H. Brielmann et. al. 2011H. Brielmann et. al. 2009
SIA-Norm 384/6 (CH) AQUITHERM Projekt
Empfehlungoberflächennahe Geothermie – Planung, Bau, Betrieb und Überwachung –EA Geothermie, 2014
Auswahl:
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Anwendungspraxis
Oberflächennahe → Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren Geothermie → Geothermische Brunnenanlagen
→ Erdberührte Betonbauteile (u.a. Energieschlitzwände, -pfähle)
Besonderheiten
� Erdwärmesondenfelder für geothermische Großanlagen
� Kompakte Siedlungsgebiete mit intensiver Geothermienutzung, analog Erdwärmesondenfelder
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� Geothermische Speicher für saisonale Wärme- und Kältespeicherung:
AquiferspeicherErdwärmesondenspeicherKavernenspeicher
Sommer WinterKühlen HeizenDas
Bild kann
Das Bild kann
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Anwendungspraxis
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Auswirkungen auf
� Grundwasser(Stockwerksbau, Absenkung / Anhebung, Arteser, Stoffeinträge, hydrochemische / thermische / biologische Änderungen)
� Geologie(Lösungserscheinungen, Mineralumbildungen/Quellungen, Ausgasungen)
� Untergrund(Hebungen, Verbruch)
� Umwelt(Verunreinigungen von Gewässern und Grundstücken, Altlasten, Ausgasungen)
� Anlagentechnik(Verockerung)
Mögliche Auswirkungen
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Mögliche Auswirkungen
Thermische Auswirkungen
→ wasserrechtlicher Benutzungstatbestand (WHG §9 Abs. 2 Nr. 2)
Beeinflussung von� Grundwasser-Lebensgemeinschaften� Ökosystemfunktionen� Grundwasserqualität� Fließgeschwindigkeit
� benachbarten Geothermieanlagen
→ Trinkwassergewinnung
→ Übernutzung der Potenziale
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Maßnahmen
1. Wasserbehördliche Erlaubnis
Großanlagen (>> 30 kW Heizleistung)� GRT (Präzisierung der Untergrundkenntnisse )� thermohydrodynamische Simulation (Auswirkungen des Betriebes auf
das Grundwasser über 25 Jahre +)
Mögliche Auflagen (Auszug):� Bestellung eines Betriebsbeauftragten� Errichtung von Temperaturmessstellen� Temperaturmessungen, Erfassung Betriebsdaten (Stromzähler,
Wärmemengen, Wärmepumpenlaufzeiten)� Min.- und Max. Temperaturen für die Benutzung des Grundwassers� durchschnittliche jährliche Temperaturänderung� Bewertungsbericht
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Maßnahmen
2. Überwachung
� Bewertung der zur Antragstellung eingereichten Modellierung� Überwachung der Anlagenerrichtung (Qualitätssicherung)� Überwachung des Anlagenbetriebes� Vollzug bei Verstößen gegen Auflagen (z. B. Temperaturänderung -
Anlagenregulierung)
� Festlegung von Temperaturgrenzwerten:Berlin min. 5°C bis max. 20°C, Temperaturänderung ∆ 3 K
� Festlegung der Betriebsmodi:Heizen oder Heizen und Kühlen
Praxis → Grenzen: mehrere Eigentümer, Eigentümerwechsel, Wartungsverträge, Verständnis der haustechnischen Steuerung, Betriebsbeauftragte …
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Warum?
� Umweltgesetze� Vorsorgender Grundwasserschutz� hohe Anlagendichte� lange Betriebszeiten� Vorbelastungen im Untergrund� Unsicherheiten in der Anlagensteuerung
Maßnahmen
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Prognose mit der Antragstellung – thermohydrodynamische ModellierungTemperaturentwicklung über 25 Betriebsjahre
Darstellung im Antrag:BeispielAnfang 25. Jahr Ende Heizfall – Ende März im 1./2. GwLEnde 25. Jahr Ende Kühlfall – Ende September im 1./2. GwL
Ausgangstemperatur 11,7 °C77 kW Heizleistung, 79 kW Kühlleistung, 16 EWS
Praxisbeispiele
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Praxisbeispiel 1
52 kW Heizleistung, 104 kW Kühlleistung
GwT Messstelle Anstrom
GwT Messstelle Abstrom
� Erdwärmesonden unter Gebäude� GwT Messstellen im Keller zugänglich� Abstände GwT Messstellen zu EWS
nicht optimal
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-100
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-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0
Tie
fe [
m a
b G
OK
]
Temperatur [°C]
Temperaturveränderung im Abstrom
GRT 28.07.11
TMB 09.04.14
TMB 19.09.14
TMB 23.04.15
TMB 15.10.15
TMB 14.04.16
TMB 13.10.16
TMB 09.05.17
TMB 18.09.17
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0
Tie
fe [
m ab
G
OK
]Temperatur [°C]
Temperaturveränderung im Anstrom
TMN 09.04.14
TMN 19.09.14
TMN 23.04.15
TMN 15.10.15
TMN 14.04.16
TMN 13.10.16
TMN 09.05.17
TMN 18.09.17
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Praxisbeispiel 2
45 kW Heizleistung
GwT Messstelle Anstrom
GwT Messstelle Abstrom
GwT Messstelle Verlust
Erdwärmesondenfeld
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-90
-80
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-50
-40
-30
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10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0
Tie
fe [
m a
b G
OK
]
Temperatur [°C]
Temperaturveränderung im Abstrom
TMB 11.06.14
TMB 20.01.15
TMB 09.07.15
TMB 04.02.16
TMB 20.10.16
TMB 10.05.17
TMB 29.09.17
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0
Tie
fe [
m a
b G
OK
]
Temperatur [°C]
Temperaturveränderung im Anstrom
TMN 11.06.14
TMN 20.01.15
TMN 09.07.15
TMN 04.02.16
TMN 20.10.16
TMN 10.05.17
TMN 29.09.17
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Fazit und Ausblick
� komplexe wasserwirtschaftliche Verhältnisse
� Vielzahl konkurrierender Grundwasserbenutzer
� hochwertige Planung
Anpassung der Planung und Technik an das Projekt
� normgerechte Ausführung
Einhaltung der Qualitätsanforderungen
� Qualitätssicherung und Überwachung
� klare und einheitliche Vorgaben der Behörden
� ganzheitliche Energiekonzepte
� dauerhafte Sicherstellung der Trinkwasserversorgung
� nachhaltiger Grundwasserschutz
� Vermeidung von Schadensfällen
� Schutz von Bauherrn und Bürgern
� Beitrag der Geothermie als grundlastfähige Energiequelle zum zukünftigen Energiemix
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Fazit und Ausblick
Diskussion
� gründliche und kritische Bewertung neuer Technologien
z.B. Bohrverfahren, geothermische Sondersysteme
� breite Diskussion
z. B. unterirdische Energiespeicherung
� unterirdische 3D Raumordnung
� Temperaturmanagement
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit