Dieses Arbeitspaket stellt für die Untersuchungen zu dezentralen geothermischen Ressourcen repräsentative Lastprofile für das Heizen und Kühlen unterschiedlicher Gebäudetypen in Stadtquartieren bereit. Im Ergebnis sollen für den Einsatz von Erdwärmepumpen unter besonderer Berücksichtigung typischer, diskontinuierlicher Lastfälle erweiterte Definitionen und Modelle für Referenzgebäude und -anlagentechnik vorliegen. Schwerpunkt in AP1 ist auch die Identifikation konkreter Nutzungsoptionen aus den Bereichen Wärmegewinnung und Wärmespeicherung für die weiteren Projektanalysen.

Zur Ermittlung des optimalen Arrangements der untertägigen Anlagenkomponenten bezüglich einer hohen geothermischen Ertragsleistung werden in diesem Arbeitspaket verschiedene Szenarien für die im AP1 definierten Nutzungsoptionen numerisch untersucht. Im Rahmen dieser Szenariensimulationen sind Sensitivitätsstudien geplant, um Informationen zu gewinnen, welche Parameter großen Einfluss auf die Simulationsergebnisse ausüben und somit besonderer Sorgfalt bei deren Ermittlung bedürfen. Untergrundparameter sind nur lokal an diskreten Punkten bekannt und daher mit Unsicherheiten behaftet, die für eine aussagekräftigere Vorhersage der relevanten Prozesse berücksichtigt werden sollten. Dazu dient die Unsicherheitsanalyse, bei der der Einfluss einer statistisch basierten Variation von verschiedenen Parametern auf das Simulationsergebnis untersucht wird. Die Ergebnisse dieser Analysen sollen hinsichtlich ihrer praktischen Relevanz sowie auch hinsichtlich ihrer Bedeutung für eine potenziell erforderliche Flexibilisierung regulativer Rahmenbedingungen bewertet werden.

Für die effiziente Auslegung der untersuchten geothermischen Systeme ist die Verfügbarkeit eines Algorithmus zweckmäßig, mit dessen Hilfe für ein gegebenes Gebiet die optimale Lage und/oder die optimale Dimensionierung der Systemkomponenten automatisiert berechnet werden können. Zur Entwicklung einer entsprechenden Optimierungsstrategie soll untersucht werden, welche mathematischen Optimierungsverfahren für die betrachtete Problemstellung besonders geeignet sind. Wegen der Komplexität dieses Optimierungsproblems werden gleichzeitig Möglichkeiten einer zweckmäßigen Modellreduktion untersucht, die vereinfachte Lösungen für die Ermittlung einer geeigneten Anordnung der Netzkomponenten mit hinreichender Zuverlässigkeit verknüpfen und potenziell Standard im Planungsprozess werden könnten.

Aufgrund der unterschiedlichen Ansprüche, der Variabilität des hydrogeologischen Regimes sowie der komplexen Prozesse und Wechselwirkungen in der ungesättigten Bodenzone und im Grundwasser sollen in diesem Arbeitspaket nutzungsabhängige, standortbezogene aber übertragbare, innovative Erkundungs- und Monitoringstrategien entwickelt und in der Praxis umgesetzt werden, mittels derer die Funktion thermischer Anwendung optimiert und die Auswirkungen auf das Grundwasser und den Boden erfasst werden können. Es werden einerseits szenarienabhängige Anforderungen an die Erkundung und das Monitoring definiert und andererseits bestehende Erkundungs- und Monitoringverfahren sowie -strategien vor diesem Hintergrund auf ihre Eignung, Aussagekraft und Effizienz geprüft.

Unter Nutzung der Modelle aus AP1 in Verbindung mit den Ergebnissen aus AP2 sollen Effizienzuntersuchungen zur Energiebilanz in Gebäuden erfolgen. Es ist zu prüfen, welchen Einfluss die optimierte Auslegung der untertägigen Systemkomponenten im Zusammenhang mit angepassten Gebäude- und Anlagenmodellen auf die Effizienz des Gesamtsystems hat. Es wird angestrebt, die Ergebnisse von Prognosesimulationen mit realen Monitoringdaten von Haustechnik abzugleichen. Hieraus sollen mögliche Konsequenzen für potenzielle Erweiterungen eines intelligenten Anlagenmonitorings und/oder Veränderungen der Betriebsweise des gesamten geothermischen Systems mit seinen unter- und obertägigen Komponenten abgeleitet werden. Darüber hinaus sollen innovative Monitoringkonzepte entwickelt werden, die die Bereiche Haustechnik, Simulation und Hydrogeologie sinnvoll vereinen.

Unter Einbeziehung innovativer Techniken zur 3D-Visualisierung werden Strategien zur Kommunikation und Information gestaltet, die Teil von Entscheidungshilfesystemen für Planer, Technologieanbieter und potenzielle Nutzer von Ver- und Entsorgungsstrukturen in Stadtquartieren werden können aber auch anschauliche Instrumente für die öffentliche Diskussion relevanter Projekte darstellen. Die integrierte Visualisierung bezieht unter- und obertägige Strukturen, Ver- und Entsorgungssysteme sowie die Ergebnisse von Erkundungs- und Monitoringkampagnen ebenso ein wie Ergebnisse numerischer Prozesssimulationen. Konkrete Darstellungen werden für stationäre Systeme, mobile Visualisierungstechnik, Arbeitsplatzlösungen und die dreidimensionale Dokumentenpräsentation aufbereitet.

Eine Reihe von Aspekten des im geplanten Vorhaben zu entwickelnden Prognoseinstrumentariums als Bestandteil eines Entscheidungshilfesystems zur Auslegung oberflächennaher geothermischer Systeme werden mit Daten unterschiedlicher realer Standorte validiert. Entsprechende Daten stehen entweder den Verbundpartnern Verfügung bzw. werden im hier beantragten Verbundvorhaben im Rahmen von Feldarbeiten an ausgewählten Demonstrationsstandorten erhoben.

Wirtschaftliches Hauptziel des geplanten Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines daten- und wissensbasierten Entscheidungshilfesystems zur standortoptimierten Auslegung dezentraler Wärme- und Kälteversorgungssysteme unter Nutzung oberflächennaher Ressourcen. Der Entwicklung dieses Entscheidungshilfesystems in der Synthese von Ergebnissen aller anderen Arbeitspakete ist dieses Arbeitspaket AP8 gewidmet, welches damit einen zentralen Platz in der Arbeitsplanung dieses Projekts einnimmt. Ausgehend von den Untersuchungen und Ergebnissen der betrachteten Nutzungsoptionen leistet dieses Arbeitspaket zudem spezifische Beiträge zur Anpassung regulativer Rahmenbedingungen sowie zu potenziellen Geschäftsmodellen.

In diesem Arbeitspaket werden im Wesentlichen Aspekte der Koordination der Projekt- und Öffentlichkeitsarbeit zusammengefasst, deren spezifische Inhalte in AP1-AP8 erarbeitet werden. Dazu gehört beispielsweise die Überwachung von Meilensteinen sowie der Dokumentation von Projektergebnissen sowie die Vorbereitung und Organisation von Verbundtreffen. Ein essenzieller Bestandteil der Verwertungsplanung des geplanten Verbundvorhabens ist die Organisation von zwei Workshops, die der unmittelbaren Verbreitung von Projektergebnissen in wissenschaftlichen und Nutzerkreisen dienen.