Kurs: Grundlagen und Perspektiven der Energiewende | OnCourse UB

  • Lektion 5

    • Geothermie

      Geothermie unterscheidet sich von der Nutzung oberflächennaher Wärme insbesondere in der Tiefe der Erschließung und bei hydro- und petrothermalen Anlagen auch unter anderem darin, dass Strom gewonnen wird. Weiterhin sind diese beiden Technologien in der Regel nicht für einzelne private Haushalte geeignet, sondern werden von größeren Betreibern genutzt.

      Für die Gewinnung der Wärme aus den tiefen Erdschichten gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die einfachste entspricht der Erdwärmesonde, wie wir sie schon im letzten Kapitel kennengelernt haben. Sie wird dann in deutlich tiefere und wärmere Schichten eingebracht, das Funktionsprinzip ist aber gleich. Das hydrothermale Verfahren nutzt die Wärme tiefliegender Grundwasserleiter und das petrothermale Verfahren die Wärme tiefliegender Gesteinsschichten.

      Tiefe Erdwärmesonde
      Der Übergang von normalen Erdwärmesonde zu einer tiefen Erdwärmesonde ist teilweise fließend. Es gibt tiefere Erdwärmesonden, die mit einer Wärmepumpe kombiniert sind. In den meisten Fällen ist aber die nutzbare Temperatur so hoch, dass diese direkt über einen Wärmetauscher genutzt werden kann. Meist wird die Wärme nicht direkt als Heizwärme genutzt, sondern in Kombination mit einer anderen Heizung. In der Regel handelt es sich bei den beheizten Gebäuden nicht um Privathäuser, sondern um größere Gebäude oder Gebäudekomplexe. 

      Für die Installation tiefer Erdsonden können bestehende Bohrungen verwendet werden, die zu anderen Zwecken angelegt wurden. Andernfalls ist die Bohrung sehr kostenintensiv. Als Wärmeleitträger wird meist kein Wasser verwendet, sondern CO2, Ammoniak und andere Verbindungen. Das Rohr ist in der Regel koaxial aufgebaut, d.h., dass außen die kalte Flüssigkeit nach unten geführt wird und die erwärmte Flüssigkeit in einem inneren Rohr nach oben geführt wird. Die Technologie gilt als weitgehend unproblematisch, da kein Austausch zwischen der Wärmeträgerflüssigkeit und der Umgebung stattfindet. Mit einer tiefen Erdwärmesonde können Leistungen von bis zu 30 kW Wärme erzeugt werden.

    • Hydrothermale Verfahren

      Das Prinzip des Geothermiekraftwerks ist für hydrothermale und petrothermale Anlagen das gleiche: Mithilfe der Wärme wird Wasserdampf oder ein anderes Dampfmittel erwärmt und über Turbine und Generator Strom gewonnen. In vielen Fällen wird die Wärme nach der Stromerzeugung als Fernwärme genutzt. Das erkaltete Medium wird dann zurück in den Untergrund gepumpt. Schematisch ist das in der Abbildung dargestellt, wobei zu beachten ist, dass hier meist getrennte Kreisläufe vorhanden sind, also das geförderte Wasser nicht in die Turbine oder Fernwärme geht.


      In Regionen wo bereits in geringen Tiefen besonders hohe Temperaturen erreicht werden, können mit Hilfe des Dry-Steam-Verfahrens oder des Flash-Steam-Verfahrens Strom gewonnen werden. Dafür wird das heiße Wasser aus der Tiefe gefördert. Bei ausreichend Druck und Temperatur ist der Dampf so heiß und trocken, dass er direkt auf eine Turbine geleitet werden kann (Dry-Stream-Verfahren). Wenn der Dampf Feuchtigkeit enthält wird diese zunächst abgeschieden und der verbleibende trockene Dampf auf eine Turbine gegeben (Flash-Steam-Verfahren).
      Beide Verfahren sind nur in bestimmten Regionen der Welt anwendbar, dort wo so genannte Hochenthalpiefelder vorhanden sind. Dazu gehören u.a. Regionen in den USA, Russland, Island und der Türkei.

      In den Regionen, in denen die Temperaturen der tiefen wasserführenden Schichten weniger heiß sind, wird der Dampf nicht direkt zum Antrieb der Turbine verwendet, sondern über einen Wärmetauscher ein anderes Dampfmittel, dass eine geringere Siedetemperatur als Wasser hat, erhitzt. Dadurch werden zwei Kreisläufe gebildet, weswegen das Verfahren als Binär-Kreislauf-Verfahren bezeichnet wird.

      In Deutschland gilt das Potential der hydrothermalen Geothermie als nicht ausgeschöpft. Es sind Erkundungen notwendig, um geeignete Standorte für Kraftwerke zu identifizieren. Viele Regionen gelten als geeignet.

      Petrothermales Verfahren

      Im Gegensatz zum hydrothermalen Verfahren wird das petrothermale Verfahren bisher kaum angewendet und bedarf der weiteren Erforschung. Manche Anlagen wurden bereits wieder geschlossen. Gleichzeitig wird es von Fachleuten als sehr vielversprechend eingestuft. Im Prinzip wird bei diesem Verfahren Wasser in heiße Gesteinsschichten gepumpt, welches sich dort erwärmt. An einer anderen Stelle wird das Wasser wieder hochgepumpt. Die Nutzung des Wassers erfolgt analog zum Hydrothermalkraftwerk. Die Öffnungen, in die das Wasser eintritt, bestehen bereits, oder müssen durch hohen Druck geweitet oder erzeugt werden, was eine Änderung der Gesteinsstruktur zufolge hat.

      In Deutschland gibt es bisher keine petrothermalen Kraftwerke. Das Potential dafür ist aber in weiten Teilen Norddeutschlands und auch Süd- und Ostdeutschlands vorhanden.

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