Die Tiefengeothermie in Bayern blickt auf eine fast 30-jährige Geschichte zurück. In dieser Zeit haben sich aus dem Betrieb der Anlagen im Malm zahlreiche Forschungsfragen ergeben. Das Verbundprojekt Geothermie-Allianz Bayern (GAB) begleitet seit 2016 den Ausbau der Geothermie wissenschaftlich und adressiert Fragen, die die Projektentwicklung verzögern könnten. Im Mittelpunkt der Forschung steht die interdisziplinäre Optimierung des untertägigen Systems und der Anlagentechnik, um den Anteil der Tiefengeothermie in Fernwärmesystemen zu erhöhen. Das soll unter anderem mit der Flexibilisierung des Anlagenbetriebs erreicht werden. Zudem soll das Potenzial der Tiefengeothermie für Industrieprozesse quantifiziert werden.

Im Jahr 2025 sind in Bayern 25 Anlagen in Betrieb, sechs im Bau und 36 in der frühen Entwicklungsphase. Dieses schnelle Wachstum wirft die Frage nach Wechselwirkungen zwischen benachbarten Bohrungen auf. Daher konzentriert sich die aktuelle Projektphase auf die Modellentwicklung zur Entscheidungsunterstützung für die Genehmigungsbehörden, um Temperatur- und Spannungsänderungen im Reservoir zu bewerten und so die langfristigen Risiken der thermischen Beeinflussung und induzierter Seismizität vorherzusagen.

Trotz der wachsenden Zahl von Genehmigungen konzentriert sich die Nutzung der Tiefengeothermie nach wie vor auf die südlichen, tieferen Teile des Malm-Reservoirs. Der dringende Bedarf an erneuerbarer Wärme in anderen Regionen macht jedoch deutlich, dass alternative Reservoire erkundet werden müssen. Daher rücken neue EGS-Konzepte für das kristalline Grundgebirge sowie die Erkundung mitteltiefer Sandsteine, die mit Großwärmepumpen kombiniert oder als thermische Aquiferspeicher genutzt werden, stärker in den Fokus.

Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die laufenden Forschungsarbeiten und ihre Bedeutung für die Zukunft der geothermischen Wärmeversorgung in Bayern.

Geothermie ist ein wichtiger Baustein zur Nutzung erneuerbarer Energien. Der Einsatz mitteltiefer Erdwärmesonden sowie hydrothermaler Systeme rückt im Zuge der kommunalen Wärmeplanung, auch auf kommunaler Ebene, immer mehr in den Fokus. Umfassende Informationen über die geologische Beschaffenheit des Untergrundes sind dabei eine wichtige Voraussetzung für die Nutzung von Erdwärme. Der Geologische Dienst NRW veröffentlicht daher im Auftrag der Landesregierung von Nordrhein-Westfalen digitalisierte Archivdaten und neugewonnene Daten im Geothermie‑Portal NRW.

Das Online-Portal „Geothermie in NRW“ wird bereits über 20 Jahren erfolgreich zur Planung von oberflächennahen Erdwärmeanlagen genutzt. Anfang 2023 wurde es durch ein umfangreiches Datenupdate um die mitteltiefe und tiefe Geothermie erweitert; zunächst für die Bearbeitungsräume „Rheinland“ und „Nordrand Rheinisches Schiefergebirge“. Im nächsten großen Update Anfang 2025 wurden die Untergrundmodelle aktualisiert und die Bearbeitungsräume um das „Ruhrgebiet“ und „zentrale Münsterland“ ergänzt. Sukzessiv werden Daten weiter eingearbeitet, bis ganz Nordrhein-Westfalen abgedeckt ist.

Für oberflächennahe Erdwärmesonden bis 100 m und mitteltiefe Erdwärmesonden bis 1000 m bieten Standortabfragen eine erste Einschätzung hinsichtlich der Nutzungsmöglichkeiten. Zudem ermöglicht das integrierte Planungstool WebEWS (entwickelt von der RWTH Aachen) Entzugsleistungen und Temperaturentwicklungen zu berechnen. Eine Kartenansicht potenzieller Zielhorizonte des Untergrunds für die Nutzung hydrothermaler Systeme gibt Auskunft über Tiefenlagen, Mächtigkeiten und Temperaturen in bis zu 6 000 m Tiefe. Ebenso werden unter anderem Informationen zu Bohrungen und seismischen Messungen, bestehenden Bergbauberechtigungen sowie Wasserschutzgebieten dargestellt.

Das Geothermie-Portal NRW ist durch stetige Aktualisierungen und Ergänzungen der Daten, besonders in der frühen geothermischen Planungsphase, bereits ein fester Bestandteil und dient als wichtige Entscheidungsgrundlage für Projektplaner.

Die Energie und Wasser Potsdam GmbH (EWP) hat in den vergangenen Jahren mit einer Bohrungsdublette das geothermische Potential des Aalen-Sandsteins am Standort Heinrich-Mann-Allee erkundet und erschlossen. Basierend auf den thermisch-hydraulischen Parametern des Reservoirhorizonts wurde die geothermische Heizzentrale geplant und errichtet.

Auf dem Weg zur Dekarbonisierung ihrer Energieerzeugung will die EWP in den kommenden Jahren sukzessive das geothermische Potential von Potsdam erkunden und – wo möglich – erschließen. Die Umsetzung dieses ambitionierten Programms erfordert eine koordinierte Bearbeitung zahlreicher genehmigungsrechtlicher und planerischer Maßnahmen. Genehmigungsseitig sind eine Bewilligung zur Gewinnung der Erdwärme am Standort Heinrich-Mann-Allee, zwei Aufsuchungserlaubnisse sowie die dazugehörigen wasserrechtlichen Erlaubnisse zu beantragen. Dazu sind intensive Abstimmungen mit den Bergbehörden des Landes Brandenburg sowie auch mit den Antragstellern angrenzender Felder nötig. Des Weiteren sind Betriebspläne für die Gewinnung der Erdwärme und für die Erkundungsarbeiten an weiteren Standorten zu erstellen.

Planungsseitig unterscheiden sich die Arbeiten für die zwei beantragten Erlaubnisfelder. Für das Feld Potsdam-Nord besteht ein höherer Erkundungsbedarf. Dementsprechend soll hier eine 2D-seismische Erkundung stattfinden. Zunächst werden die geologischen Daten erhoben und darauf basierend die seismischen Messungen geplant. Im Feld Potsdam-Südost wird das Abteufen von bis zu 8 Tiefbohrungen an zwei Standorten vorbereitet. Mit Hilfe eines geologischen 3D-Modells und hydrodynamischer Simulationen ist ein Konzept zur Erschließung des Reservoirs erstellt worden. Der Aufschluss des Reservoirs wird mit einem innovativen Bohrungsdesign erfolgen. Bei ausreichender Fündigkeit werden die Bohrungen jeweils zu Dubletten ergänzt, getestet und die obertägigen Anlagen geplant und errichtet.

In light of Göttingen's climate plans, several research institutions initiated a collaborative effort in 2022 to develop sustainable heating concepts for the north campus of Göttingen University, utilizing renewable energy and waste heat. Initial analysis shows that the north campus offers good conditions for testing and potentially demonstrating innovative geothermal heating concepts due to its geological features and existing infrastructure, which is planned to be renovated in the near future. Thus, the CampusGeoHub project has come into being with the aim of integrating geothermal energy into a multifunctional energy system, using the example of the fossil-based, high-temperature district heating network of the north campus. This integration and the energy transformation of the campus can be based on a new approach – the geothermal hub. This approach intends to enhance the potential of geothermal energy by considering multiple geological target horizons with different temperatures, matching them to the temperature demands of various buildings, and developing underground heat storage as an important element. The initial geological and technical conditions on the north campus, the concept of the geothermal hub, potential risks and challenges of the project, planned tasks and approaches, as well as initial insights, are discussed in this work.

In Europe, thanks also to public investment, geothermal drilling is expanding and the number of complex wells drilled over 3,000 meters is increasing. This has led to the drilling of longer and multiple intermediate intervals that, from a drilling fluid perspective, require different fluids with incrementally greater temperature resistance that also address the multiple drilling challenges expected. Inhibition, high mud weight and wellbore stabilization are the main requirements associated with drilling deep geothermal wells characterized by low and medium enthalpy reservoirs, more than the conventional hazards, such as lost circulation. Managing these risks is correlated with the need to manage the economics of building and disposing of the drilling fluids, associated with the further environmental limits to deploy a fluid compatible with aquifer.
Geothermal drilling activity is growing everywhere in continental Europe and significant projects are ongoing in Eastern Europe. These countries are characterized by hot source rock, where access is challenging due to a complex lithology profile. This paper will discuss technical solutions developed to meet the operational, environmental and economic requirements, including how the fluid system was converted between intervals to meet the technical challenges encountered while also minimizing overall environmental impact. The combination of the application of new technologies and building on previous field experience resulted in the successful execution of this well in a medium enthalpy geothermal reservoir in Croatia.