Versuch soll nachweisen, dass Kühlwasserentnahme den Grundwasserspiegel nicht wesentlich absenkt
Die hochgenauen Komponenten der neuen Grossanlage des Paul Scherrer Instituts, der Röntgenlaser SwissFEL, müssen im Betrieb auf einer konstanten Temperatur gehalten werden – nur so können sie Röntgenlicht in hinreichender Qualität für aktuelle wissenschaftliche Experimente erzeugen. Für die Kühlung soll Grundwasser aus der Umgebung der Anlage sorgen. Berechnungen sagen voraus, dass die Wasserentnahme den Grundwasserspiegel nur wenig beeinflusst und die Versorgung anderer Nutzer wie der nahegelegenen Orte Würenlingen, Döttingen und Klein-Döttingen nicht beeinträchtigt. Ein Grosspumpversuch soll diese Voraussage nun bestätigen, so dass die nötige Grundwasserkonzession erteilt werden kann. Im Juli 2012 wird dabei zwei Wochen lang Wasser abgepumpt und die Wirkung auf den Grundwasserspiegel bestimmt. Die Vorbereitungen für den Versuch beginnen bereits im März mit der Rodung eines kleinen Waldstücks auf dem zukünftigen SwissFEL-Gelände.
Ziel des Pumpversuchs
Während des Betriebs wird in den einzelnen Komponenten des Röntgenlasers SwissFEL viel Wärme entstehen, die abgeführt werden muss, damit die Temperatur der Anlage konstant gehalten wird. Die Anlage soll mit Wasser gekühlt werden und als besonders geeignete Kühlwasserquelle hat sich das lokale Grundwasser herausgestellt, das über das gesamte Jahr eine weitgehend konstante Temperatur von rund 12-14 Grad Celsius aufweist. Die Wassertemperatur in der nahegelegenen Aare schwankt im Jahreslauf stark und müsste vor dem Einsatz als Kühlmedium zum Teil mit elektrischen Kältemaschinen gekühlt werden, was Temperaturschwankungen und einen zusätzlichen Energieverbrauch mit sich brächte.
Das Grundwasser kann aber nur genutzt werden, wenn sich der Eingriff in den Grundwasserhaushalt in Grenzen hält und insbesondere die Versorgung anderer Nutzer nicht beeinträchtigt wird. Zu denen gehören insbesondere die Orte Würenlingen, Döttingen und Klein-Döttingen, die ihr Trinkwasser aus dem Grundwasserstrom entnehmen. Ein hydrogeologisches Gutachten, das das Paul Scherrer Institut in Auftrag gegeben hat, sagt voraus, dass der Grundwasserspiegel bei maximaler Wassernutzung um knapp 70 cm absinken könnte. Angesichts einer Gesamtdicke der Grundwasserschicht von rund 20 Metern würde dies zu keiner Beeinträchtigung führen – auch angesichts der Tatsache, dass der Grundwasserspiegel im Jahresverlauf auch ohne jeglichen Eingriff um etwa einen Meter schwankt. Diese Voraussage soll nun durch einen Grosspumpversuch bestätigt werden.
Ort des Pumpversuchs
Der Pumpversuch wird auf dem zukünftigen SwissFEL-Gelände im Würenlinger Wald durchgeführt werden. Dazu wird ein rund 3'000 Quadratmeter (das ist weniger als die Hälfte eines Fussballplatzes) grosser Bereich gerodet. Für den gesamten SwissFEL wird eine Fläche von 47'000 Quadratmetern benötigt, in der das Gelände des Pumpversuchs bereits enthalten ist.
Ablauf des Pumpversuchs
Für den Grosspumpversuch wird ein Brunnen gebohrt, aus dem zwei Wochen lang kontinuierlich 50 Liter Grundwasser pro Sekunde abgepumpt und in die Aare geleitet werden. Das entspricht etwa der Hälfte der maximalen geplanten Wasserentnahme durch den SwissFEL, die in der zweiten Ausbaustufe bis zu 95 Liter pro Sekunde betragen kann. Für den Versuch ist es ausreichend, eine kleinere Wassermenge zu entnehmen als im Betrieb, da hier vor allem das Verfahren getestet wird, mit dem die Voraussagen für die Veränderung des Grundwasserspiegels gemacht wurden.
Während des Versuchs wird der Grundwasserspiegel an den verschiedenen Entnahmestellen in der Umgebung des Paul Scherrer Institut bestimmt. Die Ergebnisse werden nach Beendigung des Versuchs ausgewertet. Entsprechen die Ergebnisse den Voraussagen, wird die kantonale Behörde die entsprechende Konzession für die Grundwassernutzung erteilen. Sollte sich wider Erwarten eine deutlich stärkere Absenkung des Grundwasserspiegels ergeben als durch die Berechnungen vorausgesagt, müsste ein anderer Weg gefunden werden, an genügende Mengen Kühlwasser zu kommen.
Aufbau und Zeitplan des Pumpversuchs
Der eigentliche Pumpversuch wird im Juli 2012 stattfinden. Die vorbereitenden Arbeiten beginnen aber bereits im März. Im ersten Schritt wird die Fläche gerodet und anschliessend bis Ende April so vorbereitet, dass man dort die schweren Bohranlagen aufbauen kann. Noch im April wird eine Probebohrung durchgeführt, mit der die genaue Anordnung der geologischen Schichten, an der Stelle des zukünftigen Brunnens bestimmt wird. Diese Information wird benötigt, damit man im Voraus eine „massgeschneiderte“ Auskleidung für den Brunnen bauen kann. Bei der Hauptbohrung wird ein Schacht mit einem Durchmesser von 1,45 Metern gebohrt. Dabei wird auch die vorbereitete Auskleidung eingebaut, so dass ein Brunnen mit einem Innendurchmesser von 1,2 Metern entsteht. Die Auskleidung wird auf Höhe der Grundwasserschicht mit Löchern versehen, so dass Wasser in den Brunnen hineinfliessen kann. Dabei werden sich die Löcher nur an den Stellen befinden, an denen die Grundwasserschicht aus Kies besteht. Wo sie aus Sand besteht, ist die Auskleidung verschlossen, damit kein Sand in den Brunnen eindringt. In den Brunnen werden 3 bis 4 Pumpen eingebaut, die das Wasser an die Oberfläche bringen werden. Am oberen Ende wird ein kleines Brunnenhäuschen entstehen, das nur rund 50 cm über den Boden ragen wird. Zur Ableitung des abgepumpten Wassers in die Aare wird für die Zeit des Pumpversuchs entlang der Waldwege eine entsprechende Leitung verlegt.
Nach dem Pumpversuch
Der für den Versuch gebohrte Brunnen wird bestehen bleiben und während des SwissFEL-Betriebs für die Entnahme von Grundwasser für die Kühlung genutzt. Die provisorische Wasserrückleitung zur Aare wird hingegen nicht mehr benötigt und abgebaut. Während des SwissFEL-Betriebs wird die Anlage nicht unmittelbar durch das aufgenommene Grundwasser gekühlt, die Kühlung geschieht durch speziell aufbereitetes Wasser. Dieses aufbereitete Wasser fliesst in mehreren geschlossenen Kühlkreisläufen durch die Anlage und nimmt dabei die dort entstehende Wärme auf. Diese Wärme gibt es dann über einen Wärmetauscher an das aufgenommene Grundwasser ab. Das erwärmte Wasser eines der geschlossenen Kühlkreisläufe wird unterirdisch zum bestehenden PSI-Gelände Ost geleitet und dort für die Heizung genutzt. Das Grundwasser wird ebenfalls auf das PSI Areal geführt und über bestehende Einlaufbauwerke in die Aare abgelassen.