Die Broschüre beschreibt Möglichkeiten der Wärmeversorgung von sächsischen Gartenbaubetrieben mit Geothermie in Abhängigkeit von geologischen Standortfaktoren und Betriebsstrukturen/ Nutzungskonzepten. Ziel des Projektes war, für die Beheizung von Gewächshäusern den Einsatz von Geothermie zur Grundlastversorgung zu untersuchen. Hervorzuheben ist hierbei die Verknüpfung der geologischen/geothermisch und gärtnereitechnischen Komponente. Die Ergebnisse zeigen, welches geothermische System die wirtschaftlichste Variante für Gewächshäuser und deren Nutzung ist. Das Projekt stellt eine Entscheidungsgrundlage für die Nutzung von Geothermie in sächsischen Gartenbaubetrieben dar.

Die Broschüre gibt einen Überblick über die Ergebnisse des EU-Projektes TransGeoTherm. Im Projekt wurde ein grenzüberschreitendes 3D-Modell entwickelt, das den geologischen Untergrund der Neiße-Region darstellt. Mit dem 3D-Modell wurden geothermische Potenzialkarten berechnet. Damit steht erstmals für diese Region ein Hilfsmittel für die qualifizierte Planung geothermischer Anlagen zur Verfügung. Der Abschlussbericht richtet sich an Bürger, Unternehmen, Behörden und Institutionen, die sich mit der Erdwärmenutzung befassen.

Den technologischen Hintergrund für diese Arbeit liefert die bei der Erschließung tiefer Lagerstätten (Erdgas, Erdöl, Erdwärme) eingesetzte Stimulationstechnik des Hydraulic Fracturing. Bei dieser Technik werden mittels hydraulischem Druck Risse im Lagerstättengestein erzeugt, die durch Einspülen von Feststoffkörnern (Proppants) offengehalten werden sollen. Der inhaltliche Schwerpunkt liegt auf der theoretischen und experimentellen Untersuchung der Einbettung von Proppants in das Lagerstättengestein unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses auf die hydraulische Leitfähigkeit eines durch Proppants gestützten Risses. Thematisch teilt sich die Arbeit in die beiden Schwerpunkte: (1) Berechnung der Proppant-Einbettung auf der Grundlage kontaktmechanischer Ansätze und (2) experimentelle Untersuchungen an realen Proppant-Schüttungen. Zur mathematischen Formulierung der Proppant-Einbettung wurde die in der Werkstofftechnik entwickelte Theorie des mechanischen Verhaltens rauer Oberflächen unter Lasteintrag (Kontaktmechanik) mit der ebenfalls aus der Werkstofftechnik bekannten Messung und Interpretation der Oberflächenhärte nach Meyer gekoppelt. Diese neuartige Formulierung ermöglicht es, die Einbettung von Proppants in Abhängigkeit der Materialeigenschaften der Formation, des Spannungszustandes, der Korngrößenverteilung und der Proppants-Konzentration zu berechnen. Zur Prognose des Erfolges einer Stimulation wurde ein 2D-numerischer Algorithmus (MATLAB®) entwickelt, der den Gesamtprozess der Einbettung, der Durchlässigkeitsentwicklung und deren Folgen für die Produktivität der Sonden widerspiegelt. Zur Verifizierung des Berechnungsalgorithmus wurde die Einbettung realer Proppant-Schüttungen in Lagerstättengesteinen (Tonschiefer, Shale) untersucht. Hierfür wurde in einer dafür konzipierten Flutzelle ein durch Proppants gestützter Riss nachgebildet, belastet und durchströmt. Ziel der Versuche war dabei zu messen, welchen Einfluss ein Spannungsanstieg auf die Einbettung und damit auf die hydraulische Leitfähigkeit hat. Diese Versuche wurden an zwei verschiedenen Shale-Gesteinen mit zwei verschiedenen Proppant-Konzentrationen durchgeführt. Zusätzlich zu den hydraulischen Experimenten wurden mechanische Untersuchungen (Härtemessungen) ausgeführt und nach der Meyer-Analyse der Werkstofftechnik interpretiert. Ein besonderer Vorteil dieser Auswertungsmethode liegt in ihrer durch Dimensionsanalyse erzielten Übertragbarkeit der Ergebnisse von Werkstoffen auf Gesteine. Der Vergleich von gemessenen und berechneten Einbettungen und hydraulischen Leitfähigkeiten ergab eine zufriedenstellende Übereinstimmung und erlaubt es festzustellen, dass mit der neuen Formulierung die planerische Voraussage von Frac-Stimulation möglich ist, wobei alleine die relativ einfachen laborativen Messverfahren zur Härtemessung (Gestein) und zur Korngrößenanalyse (Proppant) erforderlich sind.

Das Verfahrenshandbuch informiert umfassend über die Nutzung dieser umweltfreundlichen, erneuerbaren Energieform und richtet sich an Bauherren, Planer, Bohrfirmen und Behörden. In der Broschüre werden die Verfahrensabläufe für Erdwärmesonden, Grundwasserwärmepumpen sowie Erdwärmekollektoren beschrieben. Redaktionsschluss: 16.01.2023

Der Geologische Dienst von Sachsen feiert im Jahr 2022 sein 150-jähriges Jubiläum – am 6. April 1872 wurde die Geologische Landesuntersuchung im Königreich Sachsen gegründet. Auf 153 Seiten der Reihe „Geoprofil“ werden Einblicke in die Arbeit des Geologischen Dienstes im LfULG, seinen Aufgaben und die Dienste als zuständige Fachbehörde gegeben. Die elf Einzelbeiträge zeigen die aktuellen Herausforderungen und Chancen, die sich aus den Themenbereichen Umwelt, Naturschutz und Geologie für Sachsen stellen. Im Einzelnen geht es in den Beiträgen um die sächsische Rohstoffstrategie, die Suche nach einem Endlagerstandort für radioaktive Abfälle, Erdwärme, Hydrogeologie, die Eisenbahn Neubaustrecke Dresden – Prag, Naturgefahren, das geowissenschaftliche Archiv, Träger öffentlicher Belange (TöB), Geoparks und einen Blick in die 150 jährige Geschichte. Redaktionsschluss: 30.11.2021

Um den Planungsprozess von oberflächennahen Geothermieanlagen verbessern zu können, ist es von Vorteil, die Parameter zu kennen, welche besonders großen Einfluss auf die Leistung einer solchen Anlage haben. Um dies zu untersuchen, können globale Sensitivitätsanalysen durchgeführt werden. Die in dieser Arbeit vorgestellte Sensitivitätsanalyse beinhaltet ein Parameterscreening mit der One-Variable-At-a-Time-Methode und eine anschließend durchgeführte globale Sensitivitätsanalyse mithilfe von Sobol‘-Indizes. Hierbei werden die Eingabeparameter des verwendeten Berechnungsmodells innerhalb vorher definierter Wertebereiche und gemäß festgelegter Verteilungen variiert, was in einer großen Anzahl an Modelldurchläufen resultiert. Daher kommen bei Sensitivitätsanalysen oftmals approximierte Modelle zum Einsatz, welche das Verhalten des ursprünglichen Berechnungsmodells nachahmen sollen, um auf diese Weise eine geringere Rechenzeit zu erzielen. Hierfür werden in der vorliegenden Arbeit sogenannte Gauß-Prozess-Emulatoren verwendet. In dieser Arbeit werden die genannten Methoden aus mathematischer Sicht vorgestellt und eingeordnet und abschließend an einem analytischen Modell für die Untergrundparameter einer Geothermieanlage vorgeführt.

These are the abstracts of the oral presentations of the 6th PhD conference held on 10. June 2022 in Freiberg.

Ende der 1970er Jahre sah sich die SED in der DDR gezwungen angesichts hoher Auslandsverschuldung und gestiegener Importpreise für fossile Energieträger stärker in heimische Energiequellen und rationellere Energieanwendung zu investieren. In diesem Kontext und um Anschluss an die internationale Entwicklung zu halten wurde Ende der 1970er und in den 1980er Jahren die Nutzung oberflächennaher und tiefer Geothermie gefördert. Im Rahmen dieser Arbeit wird neben einer chronologischen Darstellung der Geothermieförderung in der DDR eine Einordnung in deren Energiepolitik, der Wärmeversorgung und der Förderung anderer erneuerbarer Energien geleistet. Aufgrund des geringen historischen Forschungsstandes zur Geothermie und der Wärmeversorgung in der DDR allgemein wurde dieser Arbeit ein explorativer Ansatz zugrunde gelegt. Als Quellenbasis dienten unter anderem Artikel aus wissenschaftlichen Zeitschriften der DDR und verschiedene Archivbestände. Ende der 1970er Jahre bis 1983 versuchte die SED den Einsatz von Wärmepumpen für die Wärmeversorgung zu fördern. Obwohl zahlreiche Pilotprojekte wie die Wärmepumpenheizzentrale Dresden fertiggestellt wurden stießen die politischen Planvorgaben auf materielle Engpässe und wenig Nachfrage in der Wärmeversorgung. Nach der abrupten Reduzierung der Zielvorgaben für die Wärmepumpenförderung wurde ab 1984 mit besonderem politischem Interesse die Tiefengeothermie gefördert und hierfür der Spezialbetrieb VEB Geothermie Neubrandenburg gegründet. Von den geplanten Anlagen zur Versorgung von Wohngebieten mit insgesamt 110 MW thermischer Leistung konnten bis zum Ende der DDR tiefengeothermische Heizzentralen in Waren, Neubrandenburg und Prenzlau fertiggestellt werden, was 22% der geplanten Leistung entsprach. Somit scheiterte auch das Großprojekt einer geothermischen Wärmeversorgung von Schwerin. Grund waren unter anderem übersteigerte Planvorgaben, der materielle Mangel in der Wirtschaft der DDR und nicht ausreichende Erfahrungen mit der jungen Technologie. / At the end of the 1970s the socialist party of the GDR was forced by high debts in foreign currency and risen import prices for fossil fuels to invest in indigenous energy sources and more rational energy applications. In this context and to take pace with the international development the SED began at the end of the 1970s and during the 1980s to support the use of geothermal heating. This thesis consists of a chronological representation of the geothermal energy support in the GDR and contextualizes East German energy policy, heat supply and use of other renewable energy sources. Historical sources consist to the main extent on archive material and scientific papers from the GDR. Until 1983 the SED tried to promote the application of heat pumps for heat supply. Even though several pilot projects like the heat pump station in Dresden were successfully erected, the political plan targets collided with material short supply and low demand in the heating business. After the sudden reduction of the political targets concerning heat pumps, special political interest was given to geothermal energy in higher depths since 1984. Therefore a special company the VEB Geothermie Neubrandenburg was founded. From the planned stations for heat supply of residential areas with a total power of 110 MW only 22% were actually finished until the end of the GDR in 1990. Those stations were located in Waren, Neubrandenburg and Prenzlau in the northern part of East Germany. Consequently failed the major project of a geothermal heat supply of the city of Schwerin. Reasons were excessive plan targets, the material short supply in the East German economy and a lack of experiences in the young technology.

Ende der 1970er Jahre sah sich die SED in der DDR gezwungen angesichts hoher Auslandsverschuldung und gestiegener Importpreise für fossile Energieträger stärker in heimische Energiequellen und rationellere Energieanwendung zu investieren. In diesem Kontext und um Anschluss an die internationale Entwicklung zu halten wurde Ende der 1970er und in den 1980er Jahren die Nutzung oberflächennaher und tiefer Geothermie gefördert. Im Rahmen dieser Arbeit wird neben einer chronologischen Darstellung der Geothermieförderung in der DDR eine Einordnung in deren Energiepolitik, der Wärmeversorgung und der Förderung anderer erneuerbarer Energien geleistet. Aufgrund des geringen historischen Forschungsstandes zur Geothermie und der Wärmeversorgung in der DDR allgemein wurde dieser Arbeit ein explorativer Ansatz zugrunde gelegt. Als Quellenbasis dienten unter anderem Artikel aus wissenschaftlichen Zeitschriften der DDR und verschiedene Archivbestände. Ende der 1970er Jahre bis 1983 versuchte die SED den Einsatz von Wärmepumpen für die Wärmeversorgung zu fördern. Obwohl zahlreiche Pilotprojekte wie die Wärmepumpenheizzentrale Dresden fertiggestellt wurden stießen die politischen Planvorgaben auf materielle Engpässe und wenig Nachfrage in der Wärmeversorgung. Nach der abrupten Reduzierung der Zielvorgaben für die Wärmepumpenförderung wurde ab 1984 mit besonderem politischem Interesse die Tiefengeothermie gefördert und hierfür der Spezialbetrieb VEB Geothermie Neubrandenburg gegründet. Von den geplanten Anlagen zur Versorgung von Wohngebieten mit insgesamt 110 MW thermischer Leistung konnten bis zum Ende der DDR tiefengeothermische Heizzentralen in Waren, Neubrandenburg und Prenzlau fertiggestellt werden, was 22% der geplanten Leistung entsprach. Somit scheiterte auch das Großprojekt einer geothermischen Wärmeversorgung von Schwerin. Grund waren unter anderem übersteigerte Planvorgaben, der materielle Mangel in der Wirtschaft der DDR und nicht ausreichende Erfahrungen mit der jungen Technologie.:1. Einleitung 3 2. Energiepolitik in der DDR 7 2.1 Energiepolitik der SED 7 2.2 Regenerative Energiequellen in der Energiepolitik 9 3. Erdwärme in der Energiewirtschaft der DDR 13 3.1 Akteure der Energiewirtschaft 13 3.2 Wärmeversorgung 15 3.3 Nutzung regenerativer Energiequellen 18 4. Oberflächennahe und tiefe Geothermie 22 4.2 Wärmepumpen zur Nutzung von Umweltwärme 22 4.2.1 Wärmepumpen für die rationelle Energieanwendung 22 4.2.2 Fallbeispiel Wärmepumpen-Heizzentrale Dresden 28 4.2.3 Vorzeitiges Ende der Wärmepumpenförderung 33 4.3 Tiefengeothermie im Norden der DDR 35 4.3.1 Hohe Erwartungen an die Tiefengeothermie 35 4.3.2 Grenzen der Leistungsfähigkeit des VEB Geothermie 41 5. Zusammenfassung 48 Literatur 51 Archivalische Quellen 54 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 56 Abkürzungsverzeichnis 57 Physikalisch-technischer Anhang 58 / At the end of the 1970s the socialist party of the GDR was forced by high debts in foreign currency and risen import prices for fossil fuels to invest in indigenous energy sources and more rational energy applications. In this context and to take pace with the international development the SED began at the end of the 1970s and during the 1980s to support the use of geothermal heating. This thesis consists of a chronological representation of the geothermal energy support in the GDR and contextualizes East German energy policy, heat supply and use of other renewable energy sources. Historical sources consist to the main extent on archive material and scientific papers from the GDR. Until 1983 the SED tried to promote the application of heat pumps for heat supply. Even though several pilot projects like the heat pump station in Dresden were successfully erected, the political plan targets collided with material short supply and low demand in the heating business. After the sudden reduction of the political targets concerning heat pumps, special political interest was given to geothermal energy in higher depths since 1984. Therefore a special company the VEB Geothermie Neubrandenburg was founded. From the planned stations for heat supply of residential areas with a total power of 110 MW only 22% were actually finished until the end of the GDR in 1990. Those stations were located in Waren, Neubrandenburg and Prenzlau in the northern part of East Germany. Consequently failed the major project of a geothermal heat supply of the city of Schwerin. Reasons were excessive plan targets, the material short supply in the East German economy and a lack of experiences in the young technology.:1. Einleitung 3 2. Energiepolitik in der DDR 7 2.1 Energiepolitik der SED 7 2.2 Regenerative Energiequellen in der Energiepolitik 9 3. Erdwärme in der Energiewirtschaft der DDR 13 3.1 Akteure der Energiewirtschaft 13 3.2 Wärmeversorgung 15 3.3 Nutzung regenerativer Energiequellen 18 4. Oberflächennahe und tiefe Geothermie 22 4.2 Wärmepumpen zur Nutzung von Umweltwärme 22 4.2.1 Wärmepumpen für die rationelle Energieanwendung 22 4.2.2 Fallbeispiel Wärmepumpen-Heizzentrale Dresden 28 4.2.3 Vorzeitiges Ende der Wärmepumpenförderung 33 4.3 Tiefengeothermie im Norden der DDR 35 4.3.1 Hohe Erwartungen an die Tiefengeothermie 35 4.3.2 Grenzen der Leistungsfähigkeit des VEB Geothermie 41 5. Zusammenfassung 48 Literatur 51 Archivalische Quellen 54 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 56 Abkürzungsverzeichnis 57 Physikalisch-technischer Anhang 58