Schlussbericht
(Deutsch)
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Seit beinahe dreissig Jahren wird in der Schweiz bei Tunnelbauten das geothermische Potential genutzt. Die erste bekannte Anwendung wurde am Südportal des Gotthardstrassentunnels umgesetzt. Seit 1980 wird dort die Wärme des aus dem Tunnel abgeführten Bergwassers gefasst, um das Wartungszentrum in Airolo zu heizen. Es wird geschätzt, dass noch immer ein Potenzial von mehreren Dutzend Megawatt besteht.
Heute beschränkt sich die Nutzung des thermischen Potenzials von Tunnelwasser darauf, dieses bei den Portalen zu fassen und zu den mehr oder weniger weit entfernten Verwendungsorten zu leiten. Diese Vorgehensweise mag für Fälle mit verhältnismässig eingeschränktem Abnehmerpotenzial ausreichen. Wenn dagegen ein grösseres mittel- oder langfristiges Abnehmerpotential zu erwarten ist, lohnt es sich, frühzeitig abzuklären, in welchem Ausmass der thermische Nutzungsgrad verbessert werden könnte oder ob sich weitere Möglichkeiten zur Nutzung des Potenzials anbieten.
Der thermische Nutzungsgrad des Tunnelwassers kann auf folgende Arten verbessert werden:
- Verminderter Wärmeverlust beim entlang des Tunnels geführten Wasser : Isolation der Kanalisationsleitungen
- Nutzung einer grösseren Wassermenge: mehr Bergwasser durch zusätzliche Bohrungen verfügbar machen
- Getrennte Drainagesysteme: Fassung und Evakuierung von Bergwasser unterschiedlicher Temperatur in getrennten Leitungen
Die Verbesserung hat aber den Anforderungen des Gewässerschutzes zu genügen, insbesondere im Zusammenhang mit der thermischen Belastung des Nachfluters. Voraussetzung für solche Verbesserungen ist, dass bereits bei der Konzeption von Bauwerken geeignete Massnahmen ergriffen werden, was eine gute Koordination zwischen allen beteiligten Parteien ab Beginn der Planung bedingt.
Nach einem Überblick über den aktuellen Entwicklungsstand und die technischen und ökologischen Anforderungen wird im vorliegenden Bericht auf die drei oben genannten Möglichkeiten zur Verbesserung des thermischen Nutzungsgrads eingegangen. In einem weiteren Kapitel werden die neuen Technologien zur Nutzung der Erdwärme vorgestellt. Dabei können die verschiedenen Bestandteile eines Tunnels, die mit dem Fels in Kontakt stehen, wie Felsanker, Dichtungsvliese, Auskleidungen und die verschiedenen Betonelemente im Bereich der Sohle, mit Wärmetauschern ausgestattet werden.
Das letzte Kapitel ist zwei grossen Tunnelprojekten gewidmet, bei denen die Massnahmen zur Verbesserung der Erdwärmenutzung in Betracht kommen. Eines dieser beiden Projekte befindet sich in der Lancierungsphase, zum zweiten finden noch Vorbereitungsgespräche statt.
Vorschläge zur Umsetzung der erwähnten Verbesserungsmöglichkeiten sind in der Schlussfolgerung aufgeführt. Der Anhang schliesslich besteht aus dokumentierenden Quellen und dem Literaturverzeichnis.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Wilhelm,Jules
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Schlussbericht
(Französisch)
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La valorisation énergétique de la chaleur rencontrée par les ouvrages souterrains remonte en Suisse à près de trente ans. La première application connue se situe au portail sud du tunnel autoroutier du St. Gothard où, dès 1980, on utilise la chaleur véhiculée par les eaux d’infiltration drainées par le tunnel pour chauffer les installations du centre d’entretien à Airolo. Les estimations indiquent qu’un potentiel de plusieurs dizaines mégawatts est encore disponible. Outre l’aspect purement énergétique, la contribution à la propreté de l’air peut contribuer à mettre en évidence l’image de marque écologique d’un ouvrage.
A l’heure actuelle l’utilisation du potentiel thermique des eaux drainées par les tunnels se limite à les capter au droit des portails et les conduire vers les points d’utilisation plus ou moins éloignés. Cette manière de faire peut être suffisante dans les cas où le potentiel d’utilisation est manifestement réduit. Cependant, lorsque l’on peut s’attendre à un potentiel d’utilisation plus marqué, que ce soit à moyen ou à long terme, il devient justifié d’examiner assez tôt dans quelle mesure le rendement thermique pourrait être amélioré, ou si une autre possibilité s’offre pour la valorisation de ce potentiel.
Le rendement thermique des eaux souterraines des tunnels est susceptible d’être améliorée par les voies suivantes :
- réduction des pertes de température de l’eau le long du tunnel : isolation de la conduite d’évacuation ;
- optimisation des débits d’eau disponibles : utilisation des eaux souterraines disponibles par activation au moyen de forages complémentaires ;
- drainage séparatif : captage et évacuation des eaux souterraines de températures différentes dans des conduites distinctes.
L’optimisation tiendra compte notamment des sujétions liées à la protection des eaux de l’émissaire extérieur face à la pollution thermique. Un préalable à ces améliorations est que des mesures ad hoc soient prises au niveau de la conception des ouvrages déjà, ce qui présuppose une bonne coordination entre toutes les parties intéressées dès le début de la planification.
Après un rappel de l’état actuel de développement et des exigences techniques et environnementaux, le présent rapport passe en revue les trois modes d’optimisation du rendement thermique énumérées ci-dessus. Par ailleurs, un chapitre est consacré à la présentation de nouvelles techniques de récupération de la chaleur souterraine. Il s’agit d’équiper en échangeur thermique des différentes parties constituantes d’un tunnel en contact avec le massif, tels les ancrages de soutènement, les gaines d’étanchéité, les revêtements et les divers éléments en béton au niveau du radier.
Le dernier chapitre fait mention de deux importants projets de tunnels, l’un en cours de lancement, l’autre encore à l’état de discussion préliminaire, où les procédures optimisées de valorisation du potentiel géothermique pourraient être envisagée.
Des propositions d’actions pour la mise en œuvre des améliorations évoquées sont présentées dans les conclusions. Une annexe est consacrée aux sources documentaires et aux références bibliographiques.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Wilhelm,Jules
Zugehörige Dokumente
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