11. Bohrtechnik für oberflächennahe geothermische Energiequellen

Seit mehr als 30 Jahren werden in Deutschland und Nachbarländern Bohrungen geteuft, die nach ihrem Ausbau zur Gewinnung von oberflächennaher geothermischer Energie genutzt werden. Dabei unterscheiden wir zwischen zwei völlig unterschiedlichen Systemen; nämlich Förderbrunnen und Re-Infiltrationsbrunnen (offenes System) einerseits und geschlossenen Sondensystemen andererseits.

Mit dem „offenen System“ nutzt man immer sehr oberflächennahe Grundwasserleiter mit möglichst hoher Porosität, um dem geförderten Grundwasser die vorhandene Energie zu entziehen und reinfiltriert das abgekühlte Wasser in einen zweiten Brunnen. Diese Bauwerke sind in aller Regel nicht tiefer als max. 50 m, erfordern aber dennoch Besonderheiten bei der Ausführung der Bohrarbeiten (siehe Abschn. 11.4.1) und der Dimensionierung der Brunnenausbauten.

Die geschlossenen Erdwärmesondensysteme wurden zunächst auch wegen erforderlicher zusätzlicher Genehmigungsverfahren nicht tiefer als 100 m gebohrt.

Da die Bohrungen für den Einbau von Erdwärmesonden in allen möglichen geologischen Formationen (Lockergesteinsfolgen, Festgesteinsformationen) geteuft werden, kommen nicht selten unterschiedliche Bohrverfahren zum Einsatz. Aufgrund logistischer Gegebenheiten (enge Platzverhältnisse beim Bohren) wurden Bohrungen bis 200 m Tiefe häufig die wirtschaftlichere Lösung für die Nutzung der geothermischen Energie in existenten Gebäuden und einer größeren Anzahl flacher Bohrungen gegenüber bevorzugt. Durch die Weiterentwicklung der Materialien für den Ausbau der geschlossenen Erdwärmesonden sind seit einigen Jahren Bohrtiefen bis 400 m nicht mehr nur die Ausnahme. Deshalb ist das Tiefenintervall bis 400 m das, was in diesem Kapitel mit „oberflächennahen Bohrungen“ beschrieben werden soll.

Wenn Anfang der 90er-Jahre Bohrungen für den Einbau von Erdwärmesonden zur Ausführung kamen, wurden diese Bohrungen von dem jeweiligen Bohrunternehmen mit den zur Verfügung stehenden Bohranlagen und Ausrüstungsgegenständen nach bestem Wissen und Gewissen gebohrt, die Sonden aus HDPE eingebaut und der Ringraum häufig gemäß angetroffenen geologischen Formationen verfüllt. Als die Nachfrage für solche Bohrungen Ende der 90er-Jahre rasant anstieg, die Anzahl der Bohrungen für einzelne Projekte immer größer wurde und die Bohrungen auch deutlich tiefer geplant und ausgeführt werden mussten, genügte die bis zu diesem Zeitpunkt eingesetzte Technik, sowohl was die Bohrgerätetechnik als auch das Bohrzubehör betrifft, nicht mehr den Anforderungen. Das war nun der Zeitpunkt, als nahezu alle Hersteller von Bohrgeräten und Bohrzubehör auf die neu gestellten Anforderungen reagierten. So wurden existente technische Details weiterentwickelt und den neuen Anforderungen angepasst, bzw. gänzlich neue Gerätschaften konstruiert und gebaut.

Die Ausführungen in diesem Kapitel konzentrieren sich auf den letzten Stand der modernen Technik und beschreiben lediglich drei Bohrverfahren, nämlich solche, die heute fast ausschließlich zum Einsatz kommen. Bewusst werden „Spezialitäten“ beschrieben denn das „Normale“ und „Fundamentale“ ist in neuerer einschlägiger Literatur bereits beschrieben (z.B. David Urban 2013).