Schlüsselwörter
(Englisch)
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Tunnel infrastructure, thermally affected zones, waste energy, aquifer thermal energy storage, thermal groundwater regimes
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Projektziel ist die Erarbeitung von Werkzeugen und Grundlagen zur Evaluation thermischer Einflüsse und Nutzungspotentiale geplanter Tunnelbauwerke (v.a. Portalbereiche, Zwischenstationen) in der urbanen Region Basel. Damit die oft schon erhöhten urbanen Grundwassertemperaturen nicht weiter ansteigen, sollen Nutzungsmöglichkeiten und die saisonale Speicherung der Abwärme mittels Wärmetauscher- und Speichersystemen evaluiert werden.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Im Rahmen der vom BFE finanzierten Machbarkeitsstudie «Thermisches Potential urbaner Tunnelinfrastruktur in Lockergesteinsgrundwasservorkommen – ThePoTun» wurden von der Forschungsgruppe Angewandte und Umweltgeologie (AUG) der Universität Basel Konzepte für eine koordinierte effiziente
thermische Nutzung von Tunnelbauwerken im Stadtgebiet von Basel (Projektschwerpunkt A) und verschiedene Strategien zur saisonalen Wärmespeicherung im Festgestein (Projektschwerpunkt B) evaluiert.
Im Rahmen von Projektschwerpunkt A wurde einerseits der thermische Austausch von Tunnelinfrastukturen mit dem Untergrund (Festgestein und Grundwasser) und andererseits jener mit der Tunnelinnenluft (Abwärme von Fahrzeugen) betrachtet. Exemplarisch konnten für geplante Bauprojekte in Basel, einschliesslich dem S-Bahntunnel «Herzstück» (Kantone BS/BL, SBB) und dem Autobahnbauwerk «Rheintunnel» (ASTRA), unterschiedliche geothermische Energiesysteme (GES) untersucht und das thermischen Potential abgeschätzt werden. Im Rahmen von Projektschwerpunkt B konnten neben der saisonalen Wärmespeicherung im Festgestein durch verschiedene GES auch Konzepte zur Tunnel und Grundwasserkühlung diskutiert werden.
Die Ergebnisse für Projektschwerpunkt A und dem geplanten S-Bahntunnel «Herzstück» zeigen, dass die thermische Aktivierung von Tunnel Absorbersystemen (TAS) in solchen Abschnitten am effizientesten ist, in welchen das Tunnelbauwerk in den Grundwasser-gesättigten Lockergesteinen verläuft. So könnte im Winter eine Energiemenge von 5.2 bzw. 1.9 GWh pro Jahr, bei einer Wärmeleistung von bis zu 1.9 bzw. 0.7 MW, aus dem Grundwasser entnommen und mittels Wärmepumpe (Nutzwärme) auf ein nutzbares Temperaturniveau gebracht werden. Die Wärme stammt dabei nur geringfügig aus der Tunnelinnenluft, sondern hauptsächlich aus dem Lockergesteins-Grundwasserleiter. Im Sommer könnte das vergleichsweise kühlere Grundwasser zum Kühlen genutzt werden. Dabei würde die Abwärme einer Kälteanlage ans Grundwasser abgegeben. Für den geplanten S-Bahntunnel eignen sich dafür zwei 736 bzw. 284 m lange Tunnelabschnitte. Sie ermöglichen 3.7 bzw. 1.4 MW Abwärmeleistung oder 5.8 bzw. 2.1 GWh pro Jahr Abwärmeenergie abzuführen. Für das Stadtgebiet von Basel würde dies mit einem gesetzlich unzulässigen Wärmeeintrag in den Lockergesteins-Grundwasserleiter einhergehen. Für andere Standorte ist diese Einschränkung nicht zwingend gegeben und gewässerschutzrechtliche Aspekte müssten entsprechend geprüft werden.
Die Betrachtung des Kühl-Potentials (Wärmeeintrag in das Grundwasser), unter Berücksichtigung der gegenwärtigen Vorgaben des Grundwasserschutzes, zeigt, dass ein Sommerbetrieb für Kühlzwecke gesetzlich nicht möglich ist. Somit ist für das urbane Gebiet zum aktuellen Zeitpunkt nur der Betrieb von TAS nur zur Wärmeentnahme denkbar. Da auch in Basel der Wärmeentzug aus dem Grundwasser stetig zunimmt, könnte eine rechtliche Änderung die Flexibilität und die Potenzialerschliessung erhöhen. Der Wärmeentzug zur Verwendung für Heizzwecke würde in einer Abkühlung des Untergrundes und der Tunnelinnenluft resultieren. Da die Grundwassertemperaturen in Basel infolge diverser anthropogener Wärmeeinträgen bereits kritisch hoch sind, ist eine Abkühlung der Grundwassertemperaturen durchaus wünschenswert.
Da Tunnelbauwerke zu weiteren unerwünschten Wärmeeinträgen führen wurde im weiteren Verlauf des Projekts die Entwicklung von Konzepten für S-Bahntunnel zum Wärmeentzug für Heizzwecke respektive der damit einhergehender Tunnel- und Grundwasserkühlung weiterverfolgt. Auch vor dem Hintergrund der Klimaänderungen, würde der Betrieb von TAS im S-Bahntunnel eine mögliche Anpassungsstrategie darstellen, um der Temperaturerwärmung urbaner Grundwasserressourcen zu begegnen. Zusammengefasst könnte mit einer Installation von TAS dem Untergrund rund 85 bis 212 W m-2 Wärme, welche aus dem Grundwasser stammt, entzogen werden. Das urban erwärmte Grundwasser im Bereich des Tunnelbauwerkes könnte somit, für das untersuchte Betriebsszenario, um bis zu 4 K abgekühlt werden. Für das untersuchte Betriebsszenario konnte auch gezeigt werden, dass in Abhängigkeit der Jahreszeit, 46 bis 101 W m-2 Wärme über die Tunnelwand und das TAS der Tunnelinnenluft entzogen werden könnte. Dieser Wärmeaustausch ist um ein Vielfaches höher, als der Wärmeeintrag des Bahnbetriebs selbst, welcher geschätzt in der Grössenordnung von 2.2 bis 2.6 W m-2 liegt.
Für das Autobahnbauwerk «Rheintunnel» und die thermische Nutzung von Wasser, welches in Dükersystemen zirkuliert (Drainagewasser), erwies sich nur für Abschnitte, in welchen der Autobahntunnel senkrecht zur regionalen Grundwasserströmung verläuft und vergleichsweise hohe Grundwassertemperaturen existieren, der Wärmeentzug aus dem Grundwasser als vorteilhaft. Unter diesen Bedingungen könnten entlang eines 320 m langen Tunnelabschnittes Wärmeleistungen für Heizzwecke (z.B. Warmwasser) von bis zu 0.4 im Sommer bzw. 0.8 MW im Winter und Wärmeenergien von 1.1 im Sommer und 2.1 GWh im Winter entzogen werden (Wärmeentzug Drainagewasser). Die jahreszeitlichen Unterschiede ergeben sich aus den Grundwassertemperaturen am Untersuchungsstandort. So sind, vor allem auch urbanen Gebieten, aufgrund einer Phasenverschiebung die Grundwassertemperatur im Winter oft höher als im Sommer.
Im Rahmen von Projektschwerpunkt B wurden verschiedene Strategien zur saisonalen Wärmespeicherung im Festgestein untersucht, einschliesslich (1) Erdwärmesonden (EWS) und (2) Energiepfähle (EP). Für den Standort Basel liegt der berechnete Wärmetausch von EWS mit dem Untergrund zwischen
21 und 36 W m-1. Neu konnten die vorgenommenen Simulationen zeigen, dass für die geologischen Standortgegebenheiten im Untergrund von Basel, EWS für Heizzwecke am effizientesten bis in ca. 155 m Tiefe funktionieren. Dies liegt begründet in Kontrasten in den thermischen Eigenschaften der
verschiedenen Lithologien im Untergrund von Basel. Der berechnete Wärmetausch von EP mit dem Untergrund liegt zwischen 28 und 47 W m-1. Auch hier zeigen die vorgenommenen Simulationen erstmals, dass für die geologischen Standortgegebenheiten im Untergrund von Basel, EP-Wärmepumpen am effizientesten bis in ca. 30 m Tiefe funktionieren. Für beide GES ist die Effizienz im Sommerbetrieb sehr gering und sollte lediglich dahingegen betrachtet werden, dass die vom TAS abgeführte Wärme, einen Beitrag zur thermischen Regeneration der unterliegenden Felsformationen und somit zu einer
leichten Effizienzsteigerung der jeweiligen GES im Winterbetrieb leisten kann.
Das thermische Potential des Grundwassers ist vor allen von der Grundwasserfliessgeschwindigkeit, der Grundwassermächtigkeit, den Eigenschaften des Untergrundes (hydraulische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und -kapazität, Porosität) und den rechtlichen Rahmbedingungen (maximaler erlaubter
Temperatur-Einfluss im Grundwasser) abhängig. Die erwähnten hydrogeologischen Daten sind für verschiedene urbane Schweizer Lockergesteins-Grundwasservorkommen vorhanden. Dies ermöglichte eine erste Abschätzung, respektive Vergleich, zur Realisierung von TAS in verschiedenen Städten. Die Abschätzung deutet darauf hin, dass TAS bei Winterthur und in verschiedenen Abschnitten der Haupttäler des Kantons Basel-Landschaft interessant sein könnten. In Abhängigkeit der jeweiligen geologischen, hydraulischen, aber auch anthropogenen Randbedingungen (Untergrundinfrastruktur & -nutzung) müssen jeweils standortspezifische Abklärungen vorgenommen werden.
Ein wichtiges Ergebnis der Machbarkeitsstudie ist auch, dass das Potential der thermischen Nutzung von Tunnelinfrastrukturen im aktuellen kantonalen Teilrichtplan Energie für den Kanton Basel-Stadt Berücksichtigung fand und, dass schon für den sich in der Planung befindenden «Rheintunnel» Aspekte
der thermischen Beeinflussung und Nutzung abgeklärt werden. Auch die im Rahmen von ThePoTun durchgeführten Messungen der Tunnelinnenlufttemperatur des Autobahntunnels «Nordtangente» dienen gegenwärtig als Referenz für eine Abschätzung der thermischen Beeinflussung des Grundwasserfliessregimes durch die geplante Autobahn «Rheintunnel». Dies zeigt auch nochmals die Bedeutung entsprechender Datengrundlagen und Kenntnisse der thermischen Beeinflussung von Untergrundstrukturen. Vor allem auch vor dem Hintergrund, dass in der Schweiz Infrastrukturbauten
vermehrt im Untergrund realisiert werden, welche das Grundwasser sowohl quantitativ (Grundwasserdurchfluss) als auch qualitativ (Grundwassertemperaturen) beeinträchtigen.
Als Fazit lässt sich folgern, dass vor allem der Wärmeentzug aus dem Grundwasser mittels TAS oder auch über Dükersysteme, für den Standort Basel als positiv zu bewerten ist. Zum einen liegen die erzielten Wärmeleistungen in der Grössenordnung des Wärmebedarfs von Stadtquartieren und/oder Einkaufzentren, zum anderen könnten urbane Grundwasserresourcen abgekühlt werden. Der Einsatz von TAS und ein Wärmeentzug der Tunnelinnenluft würde es ermöglichen die durch den Bahnbetrieb eingebrachte Wärme zu kompensieren und damit zur Tunnelklimatisierung beizutragen. Überschusswärme aus den Sommermonaten könnte für die saisonale Wärmespeicherung im Untergrund genutzt werden.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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Within the framework of the feasibility study "Thermal potential of urban tunnel infrastructure in unconsolidated aquifers - ThePoTun" funded by the SFOE, concepts for a coordinated efficient thermal use of tunnel structures in the urban area of Basel (project focus A) and different strategies for seasonal heat storage in bedrock (project focus B) were evaluated by the Applied and Environmental Geology Research Group (AUG) of the University of Basel.
Within the scope of project focus A, the thermal exchange of tunnel infrastructures with the subsurface (solid rock and groundwater) on the one hand and with the tunnel interior air (waste heat from vehicles) on the other hand were considered. Exemplarily, different Geothermal Energy Systems (GES) could be investigated and the thermal potential could be estimated for planned construction projects in Basel, including the suburban railroad tunnel "Herzstück" (cantons BS/BL, SBB) and the highway construction "Rheintunnel" (ASTRA). In the context of project focus B, concepts for tunnel and groundwater cooling
could be discussed in addition to seasonal heat storage in solid rock by different GES.
The results for project focus A and the planned urban railway tunnel «Herzstück» show that the thermal activation of Tunnel Absorber Systems (TAS) is most efficient in those sections where the tunnel structure runs in the groundwater-saturated unconsolidated rock. Thus, in winter, an energy quantity of
5.2 and 1.9 GWh per year, respectively, with a heat output of up to 1.9 and 0.7 MW, respectively, could be extracted from the groundwater and converted to a usable temperature level by means of a heat pump (available heat). The heat drives only partly from the tunnel interior air, but mainly from the unconsolidated bedrock aquifer. In summer, the comparatively cooler groundwater could be used for cooling. In this case, the waste heat from a cooling system would be transferred to the groundwater. Two tunnel sections, 736 and 284 m long, are suitable for the planned urban rail tunnel. They allow 3.7 and 1.4 MW of waste heat capacity or 5.8 and 2.1 GWh per year of waste heat energy to be dissipated. For the urban area of Basel, this would involve a legally impermissible heat input into the unconsolidated bedrock aquifer. For other sites, this restriction does not necessarily apply, and water protection aspects would have to be surveyed accordingly.
The consideration of the cooling potential (heat input into the groundwater), considering the current requirements of groundwater protection, shows that summer operation for cooling purposes is not legally possible. Thus today, for the urban area of Basel, only the operation of TAS for heat extraction is possible. Since heat extraction from groundwater is also steadily increasing in Basel, a legal change could increase flexibility and potential development. Heat extraction for heating purposes would result in cooling of the subsurface and the tunnel interior air. Since groundwater temperatures in Basel are already critically high because of numerous anthropogenic heat inputs, a cooling of groundwater temperatures is desirable.
Since tunnel constructions lead to further undesired heat inputs, the development of concepts for urban rail tunnels for heat extraction for heating purposes and the associated tunnel and groundwater cooling was followed in the further course of the project. Also, in the light of climate change, the operation of
TAS in the railway tunnel would represent a possible adaptation strategy to counteract the temperature warming of urban groundwater resources. In summary, with the installation of TAS approximately 85 to 212 W m-2 of heat could be extracted, which originates from the subsurface and groundwater. The urban heated groundwater around the tunnel structure could thus be cooled by up to 4 K for the investigated operating scenario. It could also be shown that, depending on the season, 46 to 101 W m-2 of heat could be extracted from the tunnel interior air via the tunnel wall and the TAS. This heat exchange is many times higher than the heat input of the railway operation itself, which is estimated to be in the order of 2.2 to 2.6 W m-2.
For the highway «Rheintunnel» and the thermal use of water circulating in culvert systems (drainage water), heat extraction from groundwater proved to be advantageous only for sections in which the highway tunnel runs perpendicular to the regional groundwater flow and comparatively high groundwater
temperatures exist. Under these conditions, along a 320 m long tunnel section, heat capacities for heating purposes (e.g. hot water) of up to 0.4 in summer and 0.8 MW in winter and heat energies of 1.1 in summer and 2.1 GWh in winter could be extracted (heat extraction from drainage water). The seasonal
differences result from the groundwater temperatures at the study site. Because of the phase shift of temperature signals, particularly in urban areas, groundwater temperatures are often higher in winter than in summer.
In the framework of project focus B, different strategies for seasonal heat storage in bedrock were investigated, including (1) Borehole Heat Exchangers (BHE) and (2) Energy Piles (EP). For the city of Basel, the calculated heat exchange of BHE with the subsurface ranges between 21 and 36 W m-1. For
the first time, the performed simulations could show that for the geological site conditions in the subsurface of Basel, BHE work most efficiently for heating purposes down to a depth of about 155 m. This is because of contrasts in the geology and different thermal properties of the lithologies in the subsurface
of Basel. The calculated heat exchange of EP with the subsurface ranges between 28 and 47 W m-1. Again, the simulations performed show for the first time that for the geological site conditions in the subsurface of Basel, EP heat pumps function most efficiently down to about 30 m depth. For both GES,
the efficiency in summer operation is very low and should only be considered to use the heat dissipated by the TAS for thermal regeneration of the underlying rock formations and thus to slightly increase the efficiency of the respective GES in winter operation.
The thermal potential of groundwater depends mainly on the groundwater flow velocity, the groundwater thickness, the properties of the subsurface (hydraulic conductivity, thermal conductivity and capacity, porosity) and the legal framework (e.g. maximum allowed temperature influence in groundwater). The mentioned hydrogeological data are available for several urban Swiss unconsolidated aquifers. This allowed a first estimation, respectively comparison, for the realization of TAS in different cities. The assessment indicates that TAS could be interesting for the city of Winterthur and in different sections of the main valleys of the canton Basel-Landschaft. Depending on the respective geological, hydraulic, but also anthropogenic boundary conditions (subsurface infrastructure & use), site-specific clarifications must be made in each case.
An important result of the feasibility study is also that the potential of thermal utilization of tunnel infrastructures was considered in the current subdirective plan for energy for the canton of Basel-Stadt and that aspects of thermal influence and utilization are already being clarified for the «Rheintunnel», which
is currently being planned. The measurements of the tunnel internal air temperature of the freeway tunnel «Nordtangente», which were carried out within the framework of ThePoTun, also currently serve as a reference for an estimation of the thermal influence of the groundwater flow regime by the planned
Highway «Rheintunnel». This shows again the importance of corresponding data bases and knowledge of the thermal influence of underground structures. Especially against the background of the fact that in Switzerland infrastructure constructions are increasingly realized in the subsurface, which affect the
groundwater both quantitatively (groundwater flow) and qualitatively (groundwater temperatures).
In summary, it can be concluded that heat extraction from groundwater by means of TAS or culvert systems has positive effects on groundwater resources, especially for the city of Basel. On the one hand, the heat capacities achieved are in the order of magnitude of the heat demand of city quarters
and/or shopping centers, and on the other hand, urban groundwater resources could be cooled down. The use of TAS and a heat extraction of the tunnel interior air would make it possible to compensate the heat brought in by the railroad operation and thus contribute to the tunnel air conditioning. Excess heat from the summer months could be used for seasonal underground heat storage.
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Schlussbericht
(Französisch)
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Dans le cadre de l‘étude de faisabilité «Potentiel thermique d’infrastructure de tunnel urbain dans des aquifères en roche meuble – ThePoTun» financé par l’OFEN, le groupe de recherche en géologie appliqué et de l’environnement (AUG) de l’Université de Bâle a évalué des concepts pour une utilisation
thermique efficiente des tunnels en zone urbaine de Bâle (axe de recherche A) ainsi que différentes stratégies pour le stockage saisonnier de chaleur dans la roche consolidée (axe de recherche B).
L’axe de recherche A considère l’échange thermique des infrastructures de tunnel avec, d’une part, le sous-sol (roche et eau souterraine) et, d’autre part, l’air à l’intérieur des tunnels (chaleur dissipée par les véhicules). À titre d'exemple, divers systèmes énergétiques géothermiques ont déjà pu être étudiés
avec leur potentiel thermique dans le cadre de projets de construction prévus à Bâle, tels que le tunnel du RER "Herzstück" (cantons BS/BL, CFF) et l'ouvrage autoroutier "Rheintunnel" (OFROU). Concernant l’axe de recherche B, des concepts de refroidissement des tunnels et des eaux souterraines pourraient être pris en compte à côté des concepts de stockage saisonnier de la chaleur dans la roche consolidée via des systèmes énergétiques géothermiques.
Les résultats obtenus pour l’axe de recherche A et le projet de tunnel ferroviaire "Herzstück" en milieu urbain montrent que la stimulation thermique des systèmes d'absorption en tunnel (SAT) est plus efficace pour les tronçons du tunnel traversant la roche meuble saturée en eau souterraine. Ainsi, en
hiver, une quantité d'énergie de respectivement 5,2 et 1,9 GWh par an, avec une puissance thermique pouvant atteindre respectivement 1,9 et 0,7 MW, pourrait être extraite des eaux souterraines et convertie au moyen d'une pompe à chaleur (chaleur utile) à un niveau de température utilisable. La chaleur
provient essentiellement de l'aquifère en roche meuble et que très partiellement de l'air à l’intérieur du tunnel. En été, les eaux souterraines, qui sont comparativement plus froides, pourraient être utilisées pour le refroidissement. La chaleur dissipée par le système de refroidissement serait alors transférée aux eaux souterraines. Dans le cas du projet de tunnel RER, deux tronçons de 736 et 284 m de long conviendraient particulièrement bien à cet usage. Cela permettrait de dissiper la chaleur résiduelle avec une puissance de 3,7 et 1,4 MW ce qui équivaut à 5,8 et à 2,1 GWh par an d'énergie thermique résiduelle dissipée. Dans la zone urbaine de Bâle, cet apport de chaleur dans l’aquifère en roche meuble ne satisferait pas aux exigences légales. Cependant, d’autres sites ne sont pas forcément concernés par cette restriction légale. Les aspects de protection des eaux souterraines doivent donc être étudiés au cas par cas.
L’évaluation du potentiel de refroidissement (apport de chaleur dans les eaux souterraines) montre qu'une exploitation estivale des systèmes de refroidissement n'est légalement pas possible compte tenu des législations actuelles en matière de protection des eaux souterraines. Ainsi, seuls les SAT avec extraction de chaleur sont actuellement envisageables dans la zone urbaine de Bâle. Comme l’extraction de chaleur des eaux souterraines ne cesse d'augmenter à Bâle, une modification de la législation pourrait apporter une flexibilité accrue ainsi qu’une valorisation du potentiel énergétique. L’extraction de chaleur à des fins de chauffage entraînerait un refroidissement du sous-sol et de l'air à l’intérieur des tunnels. La température élevée des eaux souterraines atteint déjà un niveau critique à Bâle en raison des divers apports de chaleur anthropiques. Un abaissement de cette température est donc souhaitable.
Étant donné que les tunnels provoquent des apports de chaleur indésirables, le projet s’est concentré sur le développement de concepts permettant d'extraire la chaleur du tunnel du RER à des fins de chauffage, c’est-à-dire des concepts de refroidissement du tunnel et donc des eaux souterraines.
Compte tenu du changement climatique, la mise en place de SAT dans le tunnel du RER représenterait une stratégie d'adaptation permettant de faire face au réchauffement des eaux souterraines en milieu urbain. En somme, l'installation des SAT permettrait d'extraire du sous-sol environ 85 à 212 W m-2 de
chaleur provenant des eaux souterraines. Les eaux souterraines, qui ont subi en milieu urbain une augmentation de leur température, pourraient être ainsi refroidies de 4 K aux alentours du tunnel selon le scénario d'exploitation étudié. Il a également été démontré que, selon la saison, 46 à 101 W m-2 de
chaleur pourraient être extraits de l'air à l’intérieur du tunnel via la paroi du tunnel et le SAT. Cet échange de chaleur est plusieurs fois supérieur à l'apport thermique issu de l’activité ferroviaire qui est estimé entre 2.2 et 2.6 W m-2.
Pour l'ouvrage autoroutier "Rheintunnel" et l'utilisation thermique de l'eau circulant dans les drains de contournement (eaux de drainage), l'extraction de chaleur des eaux souterraines s'est avérée avantageuse uniquement pour les tronçons du tunnel perpendiculaires à l’écoulement régional des eaux
souterraines et où la température des eaux souterraines est relativement élevée. Dans ces conditions, il serait possible d'extraire d'un tronçon long de 320 m des puissances thermiques à des fins de chauffage (par ex. eau chaude) allant jusqu'à 0.4 MW en été et 0.8 MW en hiver et des énergies thermiques
de 1.1 GWh en été et 2.1 GWh en hiver (extraction de chaleur des eaux de drainage). Les différences saisonnières résultent du déphasage de température des eaux souterraines du site étudié. La température des eaux souterraines est généralement plus élevée en hiver qu'en été, en particulier dans les zones urbaines.
Dans le cadre de l’axe de recherche B, différentes stratégies de captage saisonnier de la chaleur dans la roche ont été étudiées, y compris (1) les sondes géothermiques et (2) les pieux énergétiques. Pour le site de Bâle, l'échange de chaleur entre les sondes géothermiques et le sous-sol est estimé entre 21
et 36 W m-1. Les simulations effectuées ont pu nouvellement montrer que les sondes géothermiques à des fins de chauffage fonctionnent le plus efficacement jusqu'à environ 155 m de profondeur pour le sous-sol de Bâle. Cela s'explique par le contraste entre les propriétés thermiques des lithologies du sous-sol. L'échange de chaleur entre les pieux énergétiques et le sous-sol est estimé entre 28 et 47 W m-1. Ici aussi, les simulations effectuées montrent pour la première fois que les pieux énergétiques fonctionnent le plus efficacement jusqu'à une profondeur d'environ 30 m pour le sous-sol de Bâle. En période estivale, l’efficacité des deux types de systèmes d’énergie géothermique (sondes géothermiques et pieux énergétiques) est très faible et leur utilisation ne devrait être envisagée que dans le but de régénérer thermiquement les formations rocheuses sous-jacentes avec la chaleur dissipée par le SAT. Cette stratégie permettrait d’augmenter légèrement l'efficacité des systèmes d’énergie géothermique en période hivernale.
Le potentiel thermique des eaux souterraines dépend principalement de la vitesse d'écoulement des eaux souterraines, de l’épaisseur de la nappe, des propriétés du sous-sol (conductivité hydraulique, conductivité, capacité thermique et porosité) et du cadre législatives (par ex. l’influence maximale de la
température des eaux souterraines autorisée). Les données hydrogéologiques étant disponibles pour plusieurs aquifères en roche meubles dans des zones urbaines en Suisse, une évaluation préliminaire des SAT dans plusieurs villes suisses a pu être conduite. L'évaluation indique que les SAT pourraient être intéressants à Winterthur et dans différentes parties des vallées principales du canton de Bâle- Campagne. En fonction des conditions géologiques, hydrauliques, mais aussi anthropiques (infrastructure et utilisation du sous-sol), il est conseillé de procéder à des études approfondies spécifiques à chaque site.
Un aboutissement important de l'étude de faisabilité est que le potentiel d'utilisation thermique des tunnels a été pris en compte dans l'actuel plan sectoriel énergétique du canton de Bâle-Ville et que les aspects de l'influence et de l'utilisation thermique ont déjà été clarifiés pour le "Rheintunnel" qui est en
cours de planification. Les mesures de température de l'air à l'intérieur du tunnel de l'autoroute "Nordtangente", qui ont été effectuées dans le cadre du projet ThePoTun, servent actuellement de référence pour l’estimation de l'influence thermique sur les eaux souterraines du projet de tunnel autoroutier
"Rheintunnel". Cela montre une fois de plus l'importance de posséder des bases de données et des connaissances préalables sur l'influence thermique des ouvrages souterrains. En effet, en Suisse, les constructions d'infrastructures sont de plus en plus souvent réalisées dans le sous-sol, ce qui a un
impact sur les eaux souterraines, tant sur le plan quantitatif (écoulement des eaux souterraines) que qualitatif (température des eaux souterraines).
En résumé, on peut conclure que l'extraction de chaleur des eaux souterraines au moyen de systèmes SAT ou de drains de contournement a des effets positifs sur les ressources en eaux souterraines en particulier pour la ville de Bâle. D'une part, les puissances thermiques obtenues sont de l'ordre de grandeur de la demande de chaleur des quartiers urbains et/ou des centres commerciaux et, d'autre part, les eaux souterraines urbaines peuvent être refroidies. L'utilisation de SAT ainsi que l’extraction de chaleur de l'air à l’intérieur du tunnel permettraient de compenser la chaleur dissipée par l’activité ferroviaire et contribuerait ainsi à la climatisation du tunnel. La chaleur excédentaire des mois d'été pourrait être utilisée pour le stockage saisonnier de la chaleur dans le sous-sol.
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