Wärmewende Schweiz: Neue Bohrtechnik für kommunalen Wärmespeicher
Die Erschließung unterirdischer Wärmespeicher ist ein wichtiger Baustein der Wärmewende und wird in der Schweizer Hauptstadt Bern vorangetrieben. Um tiefere Gesteinsschichten zu erschließen, haben Forscher eine innovative Bohrtechnik entwickelt.
30.05.2025 – Der Untergrund ist eine wichtige Ressource für die Wärmewende. Abwärme aus dem Gewerbe lässt sich im Sommer dort speichern und für die Heizung von Wohngebäuden im Winter nutzen. Wenn es besonders tief gehen soll, benötigt die Erschließung unterirdischer Wärmespeicher gelegentlich innovative Bohrtechnik, sagten sich Forscher des Fraunhofer IEG und machten sich auf den Weg: Durch den Einsatz des neuartigen Bohrverfahrens Micro Turbine Drilling - MTD® konnte das Fraunhofer IEG nun erfolgreich Wegsamkeiten für Wasser in Gesteinsschichten in bis zu 500 Meter Tiefe schaffen. Die Bohrtätigkeit war Teil einer laufenden Erschließung unter der Schweizer Hauptstadt Bern, die in kommenden Projektphasen zum Wärmespeicher ausgebaut werden soll.
Bohren mittels Mikrobohrturbine
„Wärmespeicher sind ein wichtiger Baustein der Wärmewende“, sagt Niklas Geissler vom Fraunhofer IEG, der mit seinem Team das Verfahren entwickelt hat. Die Mikroturbine kann aus konventionellen Bohrlöchern heraus eingesetzt werden, um radiale Nebenarme zu bohren. Dadurch vergrößert sie kontrolliert und zuverlässig die innere Oberfläche des Bohrlochsystems und erhöht gezielt die Durchlässigkeit für das Arbeitsmedium Wasser. „Indem wir notwendige Fließwege im Speichergestein schaffen, helfen wir Wärmespeicher effektiv zu betreiben“, erläutert der Fachexperte.
Von den senkrechten Hauptbohrungen bohrt MTD® horizontale Nebenarme und macht es Wasser einfacher, zwischen den Bohrungen zu fließen. (schematische Darstellung, nicht maßstabstreu). Grafik: N. Geissler/Fraunhofer IEG
Wärme für den Winter speichern
Der regionale Energieversorger Energie Wasser Bern ewb entwickelt an seiner Energiezentrale Forsthaus das Pilotprojekt Geospeicher. Es soll überschüssige Wärme speichern und im Winterhalbjahr nutzen. In der Energiezentrale Forsthaus betreibt ewb eine Kehrichtverwertungsanlage, ein Holzheizkraftwerk und ein Gas- und Dampf-Kombikraftwerk. Diese Anlagen erzeugen Strom und Wärme. Die produzierte Wärme wird an das Fernwärmenetz abgegeben. Insbesondere im Sommer kann die Wärme aus der Kehrichtverbrennung nicht vollständig genutzt werden. Im Winter hingegen wäre diese Wärme sehr gefragt.
Projekt Geospeicher
An diesem Punkt setzt das Pilotprojekt Geospeicher an. Im Sommer soll das Speichergestein in einer Tiefe bis zu 500 Metern mit überschüssiger Abwärme der Energieanlagen erhitzt werden. Der Sandstein im Untergrund würde mit 90 Grad heißem Wasser erwärmt wie ein Kachelofen. In den Wintermonaten ließe sich die gespeicherte Energie des Gesteins dann wieder mit Wasser als Arbeitsmedium bei etwa 60 Grad Celsius zurückgewinnen und in das Fernwärmenetz einspeisen – also genau dann, wenn der Bedarf hoch ist. Auf diese Weise könnte der Energieversorger einen saisonalen Energievorrat von 12 bis 15 Gigawattstunden Wärme anlegen. Der Geospeicher würde die Effizienz der Energiezentrale Forsthaus weiter steigern, den Bedarf an Rohstoffen senken und die Emissionen an Treibhausgasen reduzieren.
Bohrung liefert wichtige Erkenntnisse
Mittlerweile sind drei Hauptbohrlöcher bis zu einer Tiefe von 500 Metern gebohrt worden. In der Tiefe hat das Projekt den begehrten Sandstein in mehreren Schichten entdeckt, die insgesamt 35 Meter mächtig sind, berichten die Forschenden. Die Auswertung der geologischen Daten und erste Zirkulationstests haben gezeigt, dass die Gesteinsschichten kompakter sind als erhofft und die erreichbare Zirkulation von Wasser nicht den notwendigen Wärmeein- und -austrag erbringen könne.
Einsatz der Mikroturbine
Um die Zirkulation zu verbessern, hat das Team des Fraunhofer IEG nun mit seiner neuen Technologie MTD® weitere Wegsamkeiten für das Wasser erbohrt. Dabei kommt eine kompakte Mikro-Bohrturbine zum Einsatz, die mit einem speziellen Bohrmeißel ausgestattet ist. Mit Abmessungen von gerade einmal 3,6 Zentimetern im Durchmesser und 5 Zentimetern in der Länge ist das Gerät extrem klein. Die Mikro-Bohrturbine ist an einem Schlauch befestigt, über den sie mit bis zu 150 Liter Wasser pro Minute bei etwa 150 bar Eingangsdruck angetrieben wird, um den Meißel in Rotation zu versetzen. Dieser besteht aus einer Wolframcarbid-Matrix mit eingearbeiteten Diamantkörnern und schleift sich mit bis zu 80 000 Umdrehungen pro Minute zunächst durch die Stahlverrohrung der Bohrung und anschließend weiter in das Gestein.
In der Stunde schaffe die Turbine mehrere Meter. Das Wasser, das die Mikroturbine antreibt, dient zugleich als Kühlung, damit der Bohrer nicht heiß läuft, und auch als Spülung, um den Bohrstaub abzutransportieren. Im Projekt Geospeicher hat das Team vom Fraunhofer IEG nun mehr als 20 Nebenarme mit einer Durchschnittslänge von fünf Metern in einer Tiefe von rund 500 Meter erbohrt. Energie Wasser Bern führt nun die weiteren hydraulischen Tests durch, die die notwendigen Daten für die nächsten Ausbauphasen liefern, berichten die Akteure. na
