Geothermie-Allianz Bayern
Teilprojekt „sozial. Klimaschutz durch eine sichere Technologie“
Aufgrund der zunehmenden Umweltbedenken gegenüber der Nutzung nicht erneuerbarer Ressourcen für die Wärme- und Stromerzeugung gewinnen erneuerbare Quellen, wie z. B. die Geothermie, immer mehr an Bedeutung. In Deutschland wird angestrebt, bis zum Jahr 2050 80 % des Strombedarfs und 60 % des Bruttoendenergieverbrauchs durch erneuerbare Ressourcen zu decken (BMWi 2014). Der Anteil der Tiefengeothermie-Anlagen an der Wärmeversorgung des Landes lag im Jahr 2020 bei etwa 0,1 %. Nach einer aktuellen Studie des Leibniz-Instituts für Angewandte Geophysik (LIAG) könnte die Tiefengeothermie bis 2050 rund 17 % des erwarteten Wärmebedarfs decken (Weber et al. 2019).
Die durch diese mikroseismischen Ereignisse verursachten Gebäudeerschütterungen sind der Hauptgrund für den Rückgang der öffentlichen Akzeptanz von Geothermieexplorationen. In den meisten Fällen werden diese Erschütterungen als allgemeines Ärgernis empfunden, ähnlich wie die Erschütterungen durch den Betrieb von Eisenbahnschienen. Darüber hinaus ist die durch geothermische Aktivitäten induzierte Seismizität im Vergleich zu petrothermalen Aktivitäten, Bergbau oder Oberflächenbelastungen durch hydraulische Reservoirs wesentlich geringer (Grünthal, 2014). Dennoch wird ein gründliches Verständnis der Auswirkungen induzierter Seismizität auf die Gebrauchstauglichkeit von Gebäuden dazu beitragen, die öffentliche Wahrnehmung zu verbessern und mögliche Maßnahmen zur Risikominderung zu entwickeln. In diesem Projekt wird versucht, eine Methodik zur Bewertung der Auswirkungen von induzierter Seismizität durch geothermische Kraftwerke auf Bauwerke zu entwickeln. Das Projekt wird im Folgenden kurz vorgestellt:
- Entwicklung einer Gebäudetaxonomie:
Im ersten Teil des Projekts werden verschiedene Typologieklassen definiert, um die Gebäude in München so zu kategorisieren, dass eine bestimmte Gruppe von Gebäuden ein ähnliches Verhalten unter den Bodenerschütterungen zeigt. Eine solche Kategorisierung wird hauptsächlich auf der Grundlage des strukturellen Systems (Baumaterial, primäre Tragstruktur, Niveau des Code Designs) und der geometrischen Konfiguration (Gebäudehöhe) definiert.
- Modellierung der Boden-Bauwerk-Interaktion:
Unter Verwendung der identifizierten Gebäudetypologieklassen werden exemplarische Gebäudemodelle erstellt. Diese Gebäudemodelle werden dann mit exemplarischen Impedanzmodellen für den Untergrund gekoppelt, wobei die Bodenparameter variiert werden, um den Einfluss von Boden-Bauwerk-Interaktionen zu untersuchen. Die Reaktion dieser Modelle, d. h. die horizontalen und vertikalen Plattenschwingungen, wird unter der an der Boden-Bauwerk-Grenzfläche aufgebrachten Anregung bewertet.
- Probabilistische Bewertung:
Es wird eine standort- und gebäudespezifische probabilistische Risikoanalyse durchgeführt, um die Überschreitungswahrscheinlichkeit eines Grenzzustandes für die definierten Gebäudeklassen auf der Grundlage der zuvor festgelegten stochastischen Eingangsgrößen und Modellparameter abzuschätzen.
Der vorgeschlagene Modellierungsansatz wird mit Hilfe von Finite-Elemente-Modellen im Originalmaßstab und den aus den in und um München durchgeführten Feldstudien verfügbaren Gebäudeschwingungsdaten verifiziert.
Referenzen:
- BMWi: Innovation durch Forschung - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz: Projekte und Ergebnisse der Forschungsförderung im Jahr 2014, Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Berlin, (2014).
- Grünthal, G. (2014). Induzierte Seismizität im Zusammenhang mit Geothermieprojekten im Vergleich zu natürlichen tektonischen Erdbeben und anderen Arten von induzierten seismischen Ereignissen in Mitteleuropa. Geothermics, 52, 22-35.
- Weber, J., Born, H., & Moeck, I. (2019, Juni). Geothermal Energy Use, Country Update for Germany 2016-2018. In Proceedings of the European Geothermal Congress.