Erneuerbare Energie aus Geothermie – ein Geschenk der Erde
Geothermie, d.h. Erdwärme, ist eine erneuerbare Energiequelle, die die vorhandene Wärmeenergie im Erdinneren nutzt. Über geschlossene Thermalwasserkreisläufe kann diese Energie in geothermischen Erzeugungsanlagen für Verbraucher*innen nutzbar gemacht werden.
Geothermieanlagen können dabei unabhängig von der Witterung und Tages- oder Jahreszeiten Strom und/oder Wärme liefern. Entsprechend können sie mit mehr als 7.500 Betriebsstunden pro Jahr (Verfügbarkeit von ca. 85 %) entscheidend zur Deckung der Grundlast in der Energieversorgung beitragen.
Was ist Geothermie?
Im Erdkern herrschen Temperaturen von bis zu 7.000 °C, die größtenteils durch natürliche, radioaktive Zerfallsprozesse im Erdinneren hervorgerufen werden. An der Erdoberfläche herrschen hingegen Temperaturen von durchschnittlich 14 °C. Dies bedingt das kontinuierliche Nachfließen eines Wärmestroms in Richtung Erdoberfläche.
In vulkanisch nicht aktiven Regionen nimmt die Temperatur im Erdreich im Schnitt um 3 Grad Celsius pro 100 Meter Tiefe zu. Geht man davon aus, dass die Temperatur ab 10 Metern Tiefe ganzjährig rund 10 °C beträgt, ergeben sich in 3.500 Metern Tiefe bereits Temperaturen von 115 °C. An geothermisch besonders günstigen Standorten, wie im Oberrheingraben und damit auch dem Schwetzinger Hardt, nimmt die Temperatur sogar bis zu 4 °C pro 100 Meter Tiefe zu. Daher werden in rund 3.500 Metern Tiefe schon Temperaturen von über 160 °C erreicht. Diese Erdwärme, Geothermie, kann zum Heizen, Kühlen und zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Dabei wird zwischen der Oberflächennahen und der Tiefen Geothermie unterschieden, die unterschiedliche Temperaturniveaus in unterschiedlichen Tiefen nutzen.
Die Formen der Geothermie
Geothermie lässt sich grundsätzlich in zwei Nutzungsformen einteilen: oberflächennahe Geothermie und tiefe Geothermie. Diese Nutzungsformen können in die nachfolgend beschriebenen Techniken gegliedert werden.
Oberflächennahe Geothermie
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Art
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Temperaturen
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Beschreibung
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Art
Oberflächennahe Wasserreservoire
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Temperaturen
Typischerweise 8 – 15°C
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Beschreibung
Bei dieser Form der Erdwärmenutzung werden oberflächennahe Wasserströme über Brunnenanlagen in Tiefen von wenigen Zehnermetern (z.B. 20 Metern) genutzt. Auf diese Weise kann dem Wasser über Wärmeübertrager Wärme entzogen werden, die anschließend mittels Wärmepumpen auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird. Somit ist eine Nutzung der Wärme in Gebäuden möglich.
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Art
Wärmetauscher im Erdreich / Erdsonden
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Temperaturen
Typischerweise 8 – 12°C
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Beschreibung
Über oberflächennahe Rohrleitungen bzw. Bohrungen von i.d.R. weniger als 100 Metern wird dem angrenzenden Erdreich Wärme entzogen und die Wärmeenergie mit einer Wärmepumpe auf die benötigten Temperaturen zur Wärmeversorgung von Gebäuden gebracht. Eine direkte Nutzung der Temperaturen des Untergrundes sind i.d.R. nur im Sommer zur Kühlung von Gebäuden möglich.
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Tiefe Geothermie
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Art
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Temperatur
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Beschreibung
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Art
Hydrothermale Geothermie / natürliche Wasserreservoire
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Temperatur
Typischerweise 120 – 160°C
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Beschreibung
In hydrothermalen geothermischen Systemen werden bestehende Wasservorkommen über mindestens zwei Tiefbohrungen in einem geschlossenen Kreislauf geführt. D.h. über eine sogenannte Produktionsbohrung wird heißes Tiefenwasser an die Erdoberfläche befördert und mittels Wärmetauschern zur Energiegewinnung genutzt. Ab Thermalwassertemperaturen von über 120 °C ist neben einer Wärmenutzung auch eine Stromerzeugung möglich. Das abgekühlte Tiefenwasser wird über eine zweite Bohrung wieder in das Reservoir abgegeben.
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Art
Petrothermale Geothermie / künstliche Wasserreservoire
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Temperatur
Typischerweise 150 – 200 °C
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Beschreibung
Petrothermale Systeme sind unabhängig von Wasseraufkommen im Erdinneren. Es werden Bohrungen in bis zu über 5.000 m Tiefe vorgenommen, in die kaltes Wasser injiziert wird. Dieses erwärmt sich durch das heiße, umliegende Gestein, sodass die Wärmeenergie in einer übertägigen Anlage zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden kann. Diese Nutzungsform ist in Deutschland derzeit nicht genehmigungsfähig.
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Wo kann tiefe Geothermie genutzt werden?
In Deutschland sind vor allem drei Regionen besonders gut für die Nutzung von tiefer Geothermie geeignet:
- Das Molassebecken in Süddeutschland
- Das Norddeutsche Becken
- Der Oberrheingraben
Diese Gebiete sind in der nebenstehenden Karte rot markiert. Beispielsweise im Oberrheingraben ist davon auszugehen, dass die Temperatur in 3.500 Metern Tiefe ca. 160°C beträgt. Daher besitzt der Großraum Rhein-Neckar hohes geothermisches Potenzial, das im Rahmen des Projekts Geothermie Hardt genutzt werden soll.
Um welche Technik geht's bei der GeoHardt?
Die GeoHardt GmbH plant in ihrem Projekt eine Wärmenutzung aus tiefer Geothermie mittels hydrothermaler Verfahren umzusetzen. An geologisch begünstigten Standorten wird Wasser tief unter der Erdoberfläche über Erdwärme erwärmt. Dieses natürliche Thermalwasser kann zur Stromerzeugung oder Wärmebereitstellung genutzt werden. Dazu wird das Thermalwasser über eine sogenannte Förderbohrung an die Erdoberfläche transportiert. Für die Wärmeversorgung wird die Wärme des Wassers per Wärmetauscher in das Fernwärmenetz eingespeist und versorgt damit die angeschlossenen Gebäude. Das abgekühlte Wasser wird über eine weitere Bohrung wieder in den Untergrund zurückgespeist. Das gesamte System an der Erdoberfläche ist vollständig geschlossen. Das zurückgeleitete Wasser verteilt sich im Untergrund und kann nach der Passage durch das heiße Gestein zu einem Teil erneut in der Förderbohrung zu Tage gefördert werden. Nach menschlichen Maßstäben ist die im Untergrund gespeicherte Wärme unerschöpflich.
Geothermie in graphischen Darstellungen
Bildquelle: GeoHardt GmbH
Bildquelle: EnBW
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